CN101915090B

CN101915090B - 一种油气井出砂量监测系统及监测方法

Info

Publication number: CN101915090B
Application number: CN2010102411611A
Authority: CN
Inventors: 何保生; 刘刚; 周建良; 刘志国; 王平双; 曹砚锋
Original assignee: China University of Petroleum East China; China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Research Center
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: CN101915090A

Abstract

本发明涉及一种油气井出砂量监测系统及监测方法，它包括一高频信号感受装置和一控制装置；其中，高频信号感受装置包括一油流引入管路和一油流返回管路，油流引入管路和油流返回管路平行地设置在油气井的一油气产出管线上；油流引入管路上设置有一定量泵，油流返回管路上还设置有一压力传感器，油流引入管路和油流返回管路之间设置有一油流监测管路，油流监测管路与油流返回管路之间设置有一信号感受鼓膜，信号感受鼓膜上粘接有一高频信号感受器；控制装置包括一数据采集系统，数据采集系统采集压力传感器和高频信号感受器监测到的压力和冲击信号，并输送给一滤波放大器进行滤波和信号放大处理后，输送给一信号处理单元；信号处理单元对高频信号感受器监测到的冲击信号进行分析、判断，以实时对油气流中的出砂量进行监测。本发明适应用于油气井开发工程领域。

Description

一种油气井出砂量监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测系统及监测方法，特别是关于一种油气井出砂量监测系统及监测方法。

背景技术

油气开采过程中由于储层胶结疏松、强度低、流体的冲刷导致射孔孔道附近或井底带砂岩层结构被破坏，砂粒随流体从油层中运移出来进入井筒，这种出砂现象称为油气井出砂。随着能源需求的增大，油气开发的力度快速提高，出砂问题已成为困扰油田生产的关键，若不能及早发现、有效控制，可能会造成油气层砂埋、油管砂堵、地面管汇积砂等后果，对油气田生产影响极大。为了有效制止油气井出砂问题，首先必须清楚出砂的原因。而影响地层出砂的因素有很多，具有很强的不确定性。目前国内在油井出砂方面的研究还主要局限于出砂机理和出砂预测两个方面，但仅仅靠预测出砂远远不能满足生产需要，急需能够在地面对出砂进行连续监测的方法和装备，实时监测油井出砂量，以指导采油生产及时调整参数，保证适度出砂，达到提高油井产能，延长油井产寿命的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时监测油气井出砂量的油气井出砂量监测系统及监测方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：它包括一高频信号感受装置和一控制装置；其中，所述高频信号感受装置包括一油流引入管路和一油流返回管路，所述油流引入管路和油流返回管路平行地设置在油气井的一油气产出管线上，并与所述油气产出管线轴向垂直；所述油流引入管路上设置有一定量泵，所述油流返回管路上还设置有一压力传感器，所述油流引入管路和油流返回管路之间连通设置有一油流监测管路，所述油流监测管路与油流返回管路之间设置有一信号感受鼓膜，所述信号感受鼓膜上紧密粘接有一高频信号感受器；所述控制装置包括一数据采集系统，所述数据采集系统采集所述压力传感器和高频信号感受器监测到的压力和冲击信号，并输送给一滤波放大器进行滤波和信号放大处理后，输送给一信号处理单元；所述信号处理单元对所述高频信号感受器监测到的冲击信号进行分析、判断，以实时对油气流中的出砂量进行监测。

所述信号处理单元中预设置有一初始化模块、一功能选择模块、一数据采集模块、一滤波分析模块、一信号分析模块、一存储模块、一出砂量判断模块、一趋势预测模块和一报警输出模块；其中：所述初始化模块用于对所述信号处理单元进行初始化；所述功能选择模块用于选择采集通道、采集速率和出砂量变化报警阈值，以及设置存储方式；所述数据采集模块用于实时采集经所述滤波放大器滤波和放大处理后的压力和冲击信号，并显示压力信号；所述滤波分析模块对所述数据采集模块采集到的冲击信号进行小滤波处理；所述信号分析模块对所述经小滤波处理后的冲击信号进行相位、振幅、频率和能量进行分析，得到一出砂量变化信号；所述存储模块按照所述功能选择模块设置的存储方式对经所述信号分析模块分析的结果进行存储；所述出砂量判断模块对经所述信号分析模块分析出的出砂量变化信号与所述功能选择模块预设的阀值进行比较，如果出砂量变化信号超出了预设阀值，则向所述报警输出模块输送一信号，使所述报警输出模块发出一声光报警信号；如果出砂量变化信号未超出预设阀值，则根据出砂量变化信号在一段时间的变换规律预测出砂量的变化趋势。

沿所述油流监测管路与油流返回管路连接的端口的内周壁设置有一双曲流线形的喷嘴，所述喷嘴的大孔径开口朝下，小孔径开口朝上。

所述高频信号感受装置的油流监测管路上包裹一层加温装置，所述加温装置上设置有一温度传感器。

所述高频信号感受装置的油流监测管路上包裹一层加温装置，所述加温装置上设置有一温度传感器，所述控制装置还包括一温度控制装置，所述温度控制装置与所述温度传感器和加温装置相连。

所述信号感受鼓膜和高频信号感受器外固设有一高压保护罩，所述油流引入管路和油流返回管路上均设置有一截止阀。

一种油气井出砂量监测方法，其包括以下步骤：1)将所述油流引入管路和油流返回管路平行设置在油气井的一油气产出管线上，并与所述油气产出管线轴向垂直；在所述油流引入管路上设置一定量泵，在所述油流返回管路上还设置一压力传感器，在所述油流引入管路和油流返回管路之间连通设置一油流监测管路，在所述油流监测管路与油流返回管路之间设置有一信号感受鼓膜，在所述信号感受鼓膜上紧密粘接一高频信号感受器；利用一数据采集系统采集所述压力传感器和高频信号感受器的压力和冲击信号，并将压力和冲击信号输送给一信号处理单元；2)选择采集通道、采集速率和出砂量变化报警阈值，以及设置存储方式，以完成不同工况下的出砂量监测和超阀值报警功能；3)按照所述步骤2)中所选的功能实时采集经滤波放大器滤波和放大处理后的压力和冲击信号，并由所述信号处理单元显示压力信号；4)对所述步骤3)中采集到的冲击信号进行小滤波处理；5)对所述步骤4)中经小滤波处理后的冲击信号进行相位、振幅、频率和能量进行分析，得到一出砂量变化信号；6)按照所述步骤2)中设置的存储方式对所述步骤5)中分析结果数据进行存储；7)将所述步骤5)得到的出砂量变化信号与所述步骤2)中的预设阀值进行比较，如果出砂量变化信号超出了预设阀值，则发出一声光报警信号，重复步骤4)、5)、7)，完成油气井出砂的连续监测；如果出砂量变化信号未超出预设阀值，则根据出砂量变化信号在一段时间的变换规律，预测出砂量的变化趋势，并进入步骤4)，重复步骤4)、5)、7)，完成油气井出砂量变化趋势的连续监测。

在所述高频信号感受装置的油流监测管路上包裹一层加温装置，在所述加温装置上设置有一温度传感器，将所述温度控制装置与所述温度传感器和加温装置相连。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于通过压力传感器来调整定量泵增大油气流中砂粒的动能，采用了信号感受鼓膜和感受装置感知油气流中砂粒的振动，并通过数据采集系统、滤波放大器和信号处理单元对采集的数据进行分析、计算，得出油气流中是否含有砂粒，以及砂粒的含量和粒径大小，因此能够实时监测油气井出砂量，以指导采油生产及时调整参数，保证适度出砂，达到提高油井产能，延长油井产寿命的目的。2、本发明由于设置有油流引入管路、油流返回管路、油流监测管路、压力传感器和定量泵，油流监测管路上包裹一层加温装置，加温装置上设置有一温度传感器，油流监测管路的顶部开放端上固定连接有一信号感受鼓膜，且信号感受鼓膜上紧密粘接有一高频信号感受器，定量泵根据压力传感器测得的油气流压力，可以对油气流加压并控制油气流的流动速度，从而为油气流中的砂粒提供动能，同时温度传感器将温度输送给外界控制装置，控制加热装置为油气流升温，降低油气流粘度，以增强在一定压差下的油气流速及砂粒运动速度，进而增强系统对振动信号的感应效果，油气流中的砂粒撞击在信号感受鼓膜产生的频率信号被高频信号感受器感受到，从而起到了实时监测油气井出砂量的作用。3、本发明由于油流监测管路中设置有一中空的圆柱体，且圆柱体的顶部与油流返回管路底部管壁位于同一水平面上，圆柱体的中空部分是一双曲流线形的喷嘴，喷嘴的大口径朝下，小口径朝上，因此有利于增大油气流的速度和冲击力，提高本实用新型的检测能力。4、本发明由于信号感受鼓膜和高频信号感受器外固定连接有一高压保护罩，因此可以起到防止管路高压击穿信号感受鼓膜造成对生产平台的安全隐患。4、本发明由于在油流引入管路和油流返回管路上均设置有一截止阀，因此可以截断从油气产出管线流出的油气流，在不影响生产的情况下维修监测系统，或不需监测时关闭监测系统，方便操作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是图1中A区的局部放大图

图3是本发明信号处理单元中的结构框图

图4是本发明方法的流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

由于油气井开采过程中油气流在管路中以一定的速度流动，如果油气流中存在有一定粒径的砂粒，则砂粒会随油气流一起运动。当运动的砂粒遇到阻挡物时，砂粒对阻挡物造成一定冲击，该冲击产生的作用力使阻挡物产生振动。砂粒的粒径越大，对阻挡物的冲击力越大；砂粒越多，对阻挡物的冲击次数越多。

如图1所示，本发明所提供的油气井出砂量监测系统包括一高频信号感受装置1和一控制装置2，高频信号感受装置1设置在油气产出管线3上，为油气产出管线3中的油气流加压和/或加热，以增大油气流中的砂粒动能和/或降低携带砂粒的油气流粘度，目的在于获得油气流中砂粒的冲击信号输送给控制装置2，由控制装置2对油气井出砂量变化趋势进行连续监测。

高频信号感受装置1包括一油流引入管路11和一油流返回管路12，油流引入管路11和油流返回管路12相互平行地设置在油气井的油气产出管线3上，并与油气产出管线3轴向垂直，油流引入管路11位于下方，油流返回管路12位于上方，并与油气产出管线3相连通。油流引入管路11和油流返回管路12上靠近油气产出管线3处分别设置有一截止阀13，用于截断从油气产出管线3流出的油气流，从而可以在不影响生产的情况下维修本发明的油气井出砂量监测系统，或不需监测时关闭本发明的油气井出砂量监测系统。油流返回管路12上还设置有一压力传感器14，用于监测经过油流返回管路12中的油气流的压力。油流引入管路11上还设置有一定量泵15，定量泵15固定在生产平台上，定量泵15的电源由生产平台提供，定量泵15根据压力传感器14测得的油气流压力，可以对油气流加压并控制油气流的流动速度，从而为油气流中的砂粒提供更大的动能。

如图2所示，油流引入管路11和油流返回管路12之间连通有一油流监测管路16，油流监测管路16与油流返回管路12的连接处通过螺纹固定连接有一信号感受鼓膜161，作为阻挡物感受油气流中砂粒的冲击。信号感受鼓膜161是一块圆形不锈钢波纹片(图中未示出)，以增强对砂粒冲击的感受效果。信号感受鼓膜161上紧密粘接有一高频信号感受器162，用于感受油气流中砂粒对信号感受鼓膜161的冲击信号，本实施例中，高频信号感受器162的感受频率范围宜大于10KHz。信号感受鼓膜161和高频信号感受器162外固设有一高压保护罩17，高压保护罩17可以起到防止管路高压击穿信号感受鼓膜161造成对生产平台的安全隐患。

在油流监测管路16外还包裹有一层加温装置18，加温装置18采用电阻丝加热或云母片加热，但不限于此。为油流监测管路16加热是为了使其中的油气流温度升高，从而降低油气流粘度，进而增强在一定压差下的油气流速及砂粒运动速度，以提高油气流速和砂粒对信号感受鼓膜161的冲击力。加温装置18上设置有一温度传感器19，用于实时监测管路的温度。

上述实施例中，沿油流监测管路16与油流返回管路12连接的端口的内周壁设置有一双曲流线形的喷嘴163，喷嘴163的大孔径开口朝下，小孔径开口朝上，利于增大油气流的速度和冲击力。

本发明的控制装置2包括一温度控制装置21、一数据采集系统22、一滤波放大器23和一信号处理单元24。

其中，温度控制装置21与加温装置18和温度传感器19相连，本实施例中，温度控制装置21采用智能仪表控制方式，其内设定有一温度值，通常设定为150～180℃，但不限于此。温度传感器19感知系统温度，并输入温度控制装置21中，温度控制装置21将实际的温度值与设定的温度值进行比较，当实际的温度值高于设定温度值时，控制加热装置18停止加热；当实际的温度值低于设定温度值时，控制加热装置18加热，从而可以将油流监测管路16温度维持在设定温度，保证油气流速和砂粒对信号感受鼓膜161的冲击力。

数据采集系统22采集压力传感器14和高频信号感受器162监测到的油气流压力和油气流中砂粒对信号感受鼓膜161的冲击信号。滤波放大器23对数据采集系统22采集的压力和冲击信号进行滤波和信号放大处理后，输送给信号处理单元24。由于油气流的压力具有一个标准值，一旦信号处理单元24上显示的压力传感器14测得的压力大于标准值，操作人员则需要立即停止给定量泵15供电。本实施例中，数据采集系统22的信号采集频率在10KHz左右。

如图3所示，信号处理单元24对高频信号感受器162监测到的冲击信号进行分析、判断，以实时对油气流中的出砂量进行监测，信号处理单元24中预设置有一初始化模块241、一功能选择模块242、一数据采集模块243、一滤波分析模块244、一信号分析模块245、一存储模块246、一出砂量判断模块247、一趋势预测模块248和一报警输出模块249。下面结合信号处理单元24对信号进行分析和判断的操作步骤，对本发明系统的出砂量监测流程进行描述：

如图4所示，本发明对出砂量进行监测时，主要包括以下步骤：

1)启动信号处理单元24，初始化模块241对信号处理单元24进行初始化。

2)通过功能选择模块242选择采集通道、采集速率和出砂量变化报警阈值，以及设置存储方式，从而可以完成不同工况下的出砂量监测和超阀值报警功能。

3)数据采集模块243启动，并按照步骤2)中所选的功能实时采集经滤波放大器23滤波和放大处理后的压力和冲击信号，压力信号通过信号处理单元24上的显示屏进行显示。

4)滤波分析模块244对步骤3)中采集到的冲击信号进行小滤波处理。

5)信号分析模块245对步骤4)中经小滤波处理后的冲击信号进行相位、振幅、频率和能量进行分析，得到一出砂量变化信号。

6)存储模块246按照步骤2)中设置的存储方式对步骤5)中分析结果数据进行存储，以备后续分析、调用。

7)出砂量判断模块247对步骤5)综合分析识别后的出砂量变化信号的幅值、能量、频率特征与步骤2)中的预设阀值进行比较，如果识别的出砂量变化信号超出了预设阀值，则出砂量判断模块247向报警输出模块249输送一信号，使报警输出模块249发出一声光报警信号，提醒检测人员注意。重复步骤4)、5)和7)，即可完成油气井出砂的连续监测；如果出砂量变化信号未超出预设阀值，则根据出砂量变化信号在一段时间的变换规律，预测出砂量的变化趋势是处于不断增加还是不断减少的状态，并进入步骤4)。重复步骤4)、5)和7)，即可完成油气井出砂量变化趋势的连续监测。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：它包括一高频信号感受装置和一控制装置；其中，所述高频信号感受装置包括一油流引入管路和一油流返回管路，所述油流引入管路和油流返回管路平行地设置在油气井的一油气产出管线上，并与所述油气产出管线轴向垂直；所述油流引入管路上设置有一定量泵，所述油流返回管路上还设置有一压力传感器，所述油流引入管路和油流返回管路之间连通设置有一油流监测管路，所述油流监测管路与油流返回管路之间设置有一信号感受鼓膜，所述信号感受鼓膜上紧密粘接有一高频信号感受器；所述控制装置包括一数据采集系统，所述数据采集系统采集所述压力传感器和高频信号感受器监测到的压力和冲击信号，并输送给一滤波放大器进行滤波和信号放大处理后，输送给一信号处理单元；所述信号处理单元对所述高频信号感受器监测到的冲击信号进行分析、判断，以实时对油气流中的出砂量进行监测。

2.如权利要求1所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：所述信号处理单元中预设置有一初始化模块、一功能选择模块、一数据采集模块、一滤波分析模块、一信号分析模块、一存储模块、一出砂量判断模块、一趋势预测模块和一报警输出模块；其中：

所述初始化模块用于对所述信号处理单元进行初始化；

所述功能选择模块用于选择采集通道、采集速率和出砂量变化报警阈值，以及设置存储方式；

所述数据采集模块用于实时采集经所述滤波放大器滤波和放大处理后的压力和冲击信号，并显示压力信号；

所述滤波分析模块对所述数据采集模块采集到的冲击信号进行小滤波处理；

所述信号分析模块对所述经小滤波处理后的冲击信号进行相位、振幅、频率和能量进行分析，得到一出砂量变化信号；

所述存储模块按照所述功能选择模块设置的存储方式对经所述信号分析模块分析的结果进行存储；

所述出砂量判断模块对经所述信号分析模块分析出的出砂量变化信号与所述功能选择模块预设的阀值进行比较，如果出砂量变化信号超出了预设阀值，则向所述报警输出模块输送一信号，使所述报警输出模块发出一声光报警信号；如果出砂量变化信号未超出预设阀值，则根据出砂量变化信号在一段时间的变换规律预测出砂量的变化趋势。

3.如权利要求1所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：沿所述油流监测管路与油流返回管路连接的端口的内周壁设置有一双曲流线形的喷嘴，所述喷嘴的大孔径开口朝下，小孔径开口朝上。

4.如权利要求2所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：沿所述油流监测管路与油流返回管路连接的端口的内周壁设置有一双曲流线形的喷嘴，所述喷嘴的大孔径开口朝下，小孔径开口朝上。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：所述高频信号感受装置的油流监测管路上包裹一层加温装置，所述加温装置上设置有一温度传感器。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：所述高频信号感受装置的油流监测管路上包裹一层加温装置，所述加温装置上设置有一温度传感器，所述控制装置还包括一温度控制装置，所述温度控制装置与所述温度传感器和加温装置相连。

7.如权利要求5所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：所述高频信号感受装置的油流监测管路上包裹一层加温装置，所述加温装置上设置有一温度传感器，所述控制装置还包括一温度控制装置，所述温度控制装置与所述温度传感器和加温装置相连。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种油气井出砂量监测系统，其特征在于：所述信号感受鼓膜和高频信号感受器外固设有一高压保护罩，所述油流引入管路和油流返回管路上均设置有一截止阀。

9.如权利要求1～8中任一项所述系统的一种油气井出砂量监测方法，其包括以下步骤：

1)将所述油流引入管路和油流返回管路平行设置在油气井的一油气产出管线上，并与所述油气产出管线轴向垂直；在所述油流引入管路上设置一定量泵，在所述油流返回管路上还设置一压力传感器，在所述油流引入管路和油流返回管路之间连通设置一油流监测管路，在所述油流监测管路与油流返回管路之间设置有一信号感受鼓膜，在所述信号感受鼓膜上紧密粘接一高频信号感受器；利用一数据采集系统采集所述压力传感器和高频信号感受器的压力和冲击信号，并将压力和冲击信号输送给一信号处理单元；

2)选择采集通道、采集速率和出砂量变化报警阈值，以及设置存储方式，以完成不同工况下的出砂量监测和超阀值报警功能；

3)按照所述步骤2)中所选的功能实时采集经滤波放大器滤波和放大处理后的压力和冲击信号，并由所述信号处理单元显示压力信号；

4)对所述步骤3)中采集到的冲击信号进行小滤波处理；

5)对所述步骤4)中经小滤波处理后的冲击信号进行相位、振幅、频率和能量进行分析，得到一出砂量变化信号；

6)按照所述步骤2)中设置的存储方式对所述步骤5)中分析结果数据进行存储；

7)将所述步骤5)得到的出砂量变化信号与所述步骤2)中的预设阀值进行比较，如果出砂量变化信号超出了预设阀值，则发出一声光报警信号，重复步骤4)、5)、7)，完成油气井出砂的连续监测；如果出砂量变化信号未超出预设阀值，则根据出砂量变化信号在一段时间的变换规律，预测出砂量的变化趋势，并进入步骤4)，重复步骤4)、5)、7)，完成油气井出砂量变化趋势的连续监测。