基于陣列光纖探針的水平井氣水兩相持率數據分析

王彤彤，劉軍鋒*，李秉科，鄧 翰，崔帥飛

（1.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），湖北 武漢 430100；2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100）

本文采用的GAT（Gas Array Tool）是Baker Hughes公司于2018年底推出的一種新型陣列光纖探針持氣率測井儀器。先利用Fluent軟件進行數值模擬，模擬條件設置為常溫常壓、氣水兩相總流量為300m3/d，得到氣水兩相流型。后在常溫常壓、氣水總流量為300m3/d的實驗條件下利用GAT進行物理實驗，得到6個光纖探針的持氣率測量值，采用簡單距離加權反比法、克里金插值法等對6個已知的持氣率測量值進行插值成像的方法，得到氣水兩相在井筒橫截面上的分布情況。

1 氣水流動數值模擬

利用Fluent中的VOF模型進行數值模擬，設置井筒直徑為0.124m，井筒長度為8m，溫度壓力設置為常溫常壓，流體材料為空氣和液態水，總流量300m3/d（流速為0.2876），含水率為5%、30%、50%、80%、90%、95%。模擬結果顯示流型為水平分層流，在總流量固定不變的情況下，改變含水率對氣水流型未產生明顯影響，含水率的增加改變了井筒截面上的氣水分布情況。

2 物理實驗及后續數據處理

2.1 實驗概況

實驗模擬井長為12m，管徑0.124m，傾斜角度90°（水平井）。實驗儀器為Baker Hughes公司的陣列光纖探針（GAT），采用混合流體為空氣和自來水，總流量300m3/d，折算混合流體流速0.2876m/s。將自來水的體積分數按5%、30%、50%、80%、90%、95%依次增加，測量在不同含水率條件下6個光纖探針的持氣率測量值。

2.2 插值算法

GAT的6個光纖探針只反映了井筒截面上6個點的局部持氣率情況，整個井筒截面上的持氣率測量值無法直接判斷。通過簡單距離加權反比和克里金插值法，利用6個局部光纖探針的測量值，得出氣水兩相在井筒截面上的分布。

簡單距離加權反比法是基于被估算的地址區塊的地址信息與周圍點有一定的屬性聯系而建立的一種插值算法，該屬性聯系表現為與已知點的距離的n(0≤n≤2)次冪成反比。克里金插值既考慮到待估點位置與已知數據的相互關系，也考慮到變量的空間相關性。

2.3 算法成像

GAT在含水率分別為5%、30%、50%、80%、90%、95%條件下的持氣率測量值如表1所示。表1中GATROT.DEG表示GAT在井筒中順時針旋轉角度，GATHUTX（X=1,2，…，6）表示第X個光纖探針持氣率測量值。

3 分析

1）當含水率為5%時，6個光纖探針的持氣率測量值幾乎全為1，說明GAT在含水率為5%時適用性差；當含水率為30%和95%時，簡單距離與克里金成像的氣水界面不是平整光滑的，與數值模擬和物理實驗結果對比后，表現出很大差異，探針在此含水率條件下適用性不佳；當含水率為50%、80%、90%時，對比簡單距離和克里金的成像結果，發現兩種結果差別不大，與數值模擬和物理實驗成果比較，三者具有較高的相似度，成像結果可大致反映出井筒截面上的氣水兩相分布。2）利用光纖探針測量值進行插值成像時，發現在含水率變化不大的情況下，井筒截面氣水兩相分布的成像結果沒有明顯變化，說明探針數目過少，不能很好地反映氣水界面變化。

表1 不同含水率條件下的持氣率測量值

4 結論與建議

1） 當含水率為50%～90%時，利用GAT的持氣率測量值進行插值，成像結果可以大致反映井筒截面的氣水兩相分布情況，即此時GAT具有較好的適用性。2） 由于光纖探針的數量有限，當含水率偏低或差別不大時，利用所測得的持氣率測量值插值得到的結果不能如實反映井筒截面上的氣水分布情況，建議對儀器進行改進。