CN102031960B - 一种油井液面测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种油井液面测试方法和装置，方法包括：利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据，所述相邻测温点之间等距离；根据所述温度数据确定所述测温点中的温度拐点；利用光时域反射技术OTDR对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。本发明实施例利用光纤测温技术来测量油井液面数据，其测试精度取决于测温点间的距离，当测温点间距离较小时，利用本发明实施例的方法所测得的页面数据精度较高。

Description

一种油井液面测试方法和装置

技术领域

本发明涉及油田采油技术领域，尤其是涉及一种油井液面测试方法和装置。

背景技术

在油田开发中，油井液面数据是一项重要的油井管理基础资料，它直接反应着油井的供液能力。油井动液面测试的常规方法为回声法，利用该方法申报的专利较多，其原理是在井口利用药弹爆炸发声或高压气瓶作为声源，产生的振动波沿油管、套管内的环行空间向下传播，遇到液面产生反射波，利用井口微音器接收反射波并计算液面的深度。该方法工艺简单、实施方便，但是在气油比较高或稠油生产井中，由于油管套管环空处存在的“泡沫段”或“死油块”影响，使得获得的测试结果误差很大(几十米到几百米不等)，有些稠油井甚至无法进行测试，影响了对油田生产井的正确评价。

还有一些测试油井液面的方法如浮筒法、压力计探测法和示功图法等。其中浮筒法中利用浮筒探测液面工艺受到浮筒重量和浮筒体积的限制，一般只能在油套环形空间没有压力的环空井和敞开井口的作业井使用，该方法容易理解，数据直观，施工周期短，但不能带压测试，也就无法满足生产过程中的测试，而且该方法在测试过程中仍受井身结构及“死油块”限制。压力计探测油井井下液面方法与测压方法基本相同，由压力梯度突变值确定气液界面，利用压力资料计算液面深度使用范围比较广泛，适用于一切油水井，计算液面也比较准确，缺点是不知道液面的大体位置，要保证压力计停点至少有3点在液面以下，至少每井次停5个点，施工复杂、周期长。而示功图法利用连通器原理，该方法操作简单、成本低，但受原油粘度、含水等因素影响，后期数据处理难度大、误差较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种油井液面测试方法和装置，用于提高油井液面的测试精度，为油井液面的精确测试提供了一种有效技术手段。

本发明实施例提供了一种油井液面测试方法，该方法包括：利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据，所述相邻测温点之间等距离；根据所述温度数据确定所述测温点中的温度拐点，包括：假设气相的导热系数λ_v和液相中导热系数λ_l保持不变，λ_l远大于λ_v；以及假设井下光纤无突变热源，根据如下公式来确定温度拐点：

λ_v(t_m+2-t_m+1)/δ＝λ_l(t_l-t_m)/d+λ_v(t_m+1-t_l)/(δ-d)＝λ_l(t_m-t_m-1)/δ其中：m为液相中的测温点个数；δ为两个测温点轴向距离；d为灵敏度测温区间落入液面内的深度，0≤d≤δ；t为测温点的温度值；t_l为油水界面的温度值；利用光时域反射技术(Optical Time Domain Reflectometer，OTDR)对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。

优选的，本发明实施例中利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据包括：利用光端机采集光纤测温点处带有温度信号的背向拉曼散射光信号，经过信号处理调解出所述温度数据。

本发明实施例还提供了一种油井液面测试装置，包括：光纤、测温单元、拐点确定单元和定位单元，所述光纤和所述测温单元相连，所述拐点确定单元分别和所述测温单元及所述定位单元相连，其中：测温单元，用于利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据，所述相邻测温点之间等距离；拐点确定单元，用于根据所述温度数据确定所述测温点中的温度拐点，包括：假设气相的导热系数λ_v和液相中导热系数λ_l保持不变，λ_l远大于λ_v；以及假设井下光纤无突变热源，根据如下公式来确定温度拐点：

λ_v(t_m+2-t_m+1)/δ＝λ_l(t_l-t_m)/d+λ_v(t_m+1-t_l)/(δ-d)＝λ_l(t_m-t_m-1)/δ其中：m为液相中的测温点个数；δ为两个测温点轴向距离；d为灵敏度测温区间落入液面内的深度，0≤d≤δ；t为测温点的温度值；t_l为油水界面的温度值；定位单元，用于利用光时域反射技术OTDR对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。

优选的，本发明实施例中测温单元包括：光端机和信号处理器，所述光端机用于采集光纤测温点处带有温度信号的背向拉曼散射光信号，所述信号处理器用于根据所述带有温度信号的背向拉曼散射光信号调解出所述温度数据。

本发明实施例利用光纤测温技术来测量油井液面数据，其测试精度取决于测温点间的距离，当测温点间距离较小时，利用本发明实施例的方法所测得的页面数据精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种油井液面测试方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的光纤在油井中的设置示意图；

图3为本发明实施例提供的一种油井液面测试装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种测温单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明实施例提供的一种油井液面测试方法流程示意图，该方法包括如下步骤：

S101：利用光纤上的测温点测得若干连续的温度数据，所述相邻测温点之间等距离。

在本实施例中，光纤深入油井液面以下，分布式光纤温度传感器中的光纤既是一种传输媒体又是传感媒体，在本实施例中可以利用光纤背向拉曼散射的温度效应，经光端机采集带有温度信息的背向拉曼散射光信号，经信号处理可以解调出实时的温度信息。

S102：根据所述温度数据确定所述测温点中的温度拐点。

如图2所示为本发明实施例提供的光纤在油井中的设置示意图，由图中可见，连续测温光纤2位于油井4内部，其一部分深入气液界面5以下的液相混合物3中，该液相混合物比如是油井中的石油等，另一部分位于油气液界面5以上的气相混和物6中，t_i为连续测温光纤2的第i个测温点。

在本实施例中确定温度拐点是基于如下两点假设：(1)气相的导热系数λ_v和液相中导热系数λ_l在计算过程中分别保持不变；(2)井下光纤沿程测温系统无突变热源，则井底热源沿井筒轴向传热量为：

Q_l＝Q_v＝Q_lv        (1)

式中：

Q_l——井底热源在液相中的轴向传热量；

Q_v——井底热源在气相中的轴向传热量；

Q_lv——井底热源在气液界面处的轴向传热量；

且有：

Q_l＝Q₁＝Q₂＝......Q_i-1＝Q_i＝λ_l(t_i-t_i-1)s/δ；(i＝1，2，3......，i≤m)(2)

式中：

t_i——第i个测温点的温度值；

s——井筒轴向传热横截面积；

δ——两个测温点轴向距离；

m——为液相中的测温点个数；以及

Q_v＝Q_i+2＝Q_i+3＝......Q_n-1＝Q_n＝λ_v(t_i-t_i-1)s/δ；(i＝m+1，m+2......，i≤n)(3)

式中：

n为井下总的测温点个数；

另外在气液界面处则有：

Q_m+1＝Q_lv＝λ_v(t_l-t_m)s/d+λ_v(t_m+1-t_l)s/(δ-d)(4)

式中：

t_l——油水界面测温点的温度值；

d——灵敏度测温区间(单位测温点)落入液面内的深度，0≤d≤δ。

由式(1)(2)(3)(4)关系联立可得：

λ_v(t_m+2-t_m+1)s/δ＝λ_l(t_l-t_m)s/d+λ_v(t_m+1-t_l)s/(δ-d)＝λ_l(t_m-t_m-1)s/δ(5)

化简式(5)可得：

λ_v(t_m+2-t_m+1)/δ＝λ_l(t_l-t_m)/d+λ_v(t_m+1-t_l)/(δ-d)＝λ_l(t_m-t_m-1)/δ(6)

由于液相中导热系数λ_l(10^-1W/m.K)是气相的导热系数λ_v(10^-2W/m.K)的几十倍，即t_m+2-t_m+1远大于t_m-t_m+1或t_m+1-t_l远大于t_l-t_m，即连续测温光纤2上的测温点出现了温度拐点值。根据式6，即可以得到出现温度拐点值的测温点m。

S103：利用光时域反射技术OTDR对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。

经过步骤S102后，在时域中，利用OTDR技术，根据光在光纤中的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间，即可以对上述温度拐点进行定位，从而确定液面数据。

可见，如果光纤测温点间距较小，比如1m，则可以将液面数据的误差控制在1m以内，当光纤测温点间距更小时，页面数据的误差也可以更加小。因此，本发明实施例利用光纤测温技术来测量油井液面数据，其测试精度取决于测温点间的距离，当测温点间距离较小时，利用本发明实施例的方法所测得的页面数据精度较高。

如图3所示为本发明实施例提供的一种油井液面测试装置的结构示意图，包括：光纤310、测温单元320、拐点确定单元330和定位单元340，光纤310和测温单元320相连，拐点确定单元330分别和测温单元320及定位单元340相连。由图3可见，光纤310位于油井304内部，其一部分深入气液界面305以下的液相混合物303中，该液相混合物比如是油井中的石油等，另一部分位于油气液界面305以上的气相混和物306中，t_i为光纤310上的第i个测温点。

在本实施例中，光纤310既是一种传输媒体又是传感媒体，具有光纤背向拉曼散射的温度效应。

测温单元320用于利用油井内光纤310上的测温点测得若干连续的温度数据，该相邻测温点之间等距离。

作为本发明的一个实施例，如图4所示，测温单元可以包括光端机321和信号处理器322，光端机321用于采集光纤测温点处带有温度信号的背向拉曼散射光信号，信号处理器322用于根据所述带有温度信号的背向拉曼散射光信号调解出所述温度数据。

拐点确定单元330用于根据测温单元320所得到的温度数据确定测温点中的温度拐点。

具体来说拐点确定单元330，在本实施例中确定温度拐点是基于如下两点假设：(1)气相的导热系数λ_v和液相中导热系数λ_l在计算过程中分别保持不变；(2)井下光纤沿程测温系统无突变热源，则井底热源沿井筒轴向传热量为：

Q_l＝Q_v＝Q_lv      (1)

式中：

Q_l——井底热源在液相中的轴向传热量；

Q_v——井底热源在气相中的轴向传热量；

Q_lv——井底热源在气液界面处的轴向传热量；

且有：

Q_l＝Q₁＝Q₂＝......Q_i-1＝Q_i＝λ_l(t_i-t_i-1)s/δ；(i＝1，2，3......，i≤m)(2)

式中：

t_i——第i个测温点的温度值；

s——井筒轴向传热横截面积；

δ——两个测温点轴向距离；

m——为液相中的测温点个数；以及

Q_v＝Q_i+2＝Q_i+3＝......Q_n-1＝Q_n＝λ_v(t_i-t_i-1)s/δ；(i＝m+1，m+2......，i≤n)(3)

式中：

n为井下总的测温点个数；

另外在气液界面处则有：

Q_m+1＝Q_lv＝λ_l(t_l-t_m)s/d+λ_v(t_m+1-t_l)s/(δ-d)      (4)

式中：

t_l——油水界面测温点的温度值；

d——灵敏度测温区间(单位测温点)落入液面内的深度，0≤d≤δ。

由式(1)(2)(3)(4)关系联立可得：

λ_v(t_m+2-t_m+1)s/δ＝λ_l(t_l-t_m)s/d+λ_v(t_m+1-t_l)s/(δ-d)＝λ_l(t_m-t_m-1)s/δ(5)

化简式(5)可得：

λ_v(t_m+2-t_m+1)/δ＝λ_l(t_l-t_m)/d+λ_v(t_m+1-t_l)/(δ-d)＝λ_l(t_m-t_m-1)/δ(6)

由于液相中导热系数λ_l(10^-1W/m.K)是气相的导热系数λ_v(10^-2W/m.K)的几十倍，即t_m+2-t_m+1远大于t_m-t_m+1或t_m+1-t_l远大于t_l-t_m，即连续测温光纤2上的测温点出现了温度拐点值。根据式6，即可以得到出现温度拐点值的测温点m。

定位单元340用于利用OTDR技术对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。在时域中，利用OTDR技术，根据光在光纤中的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间，即可以对上述温度拐点进行定位，从而确定液面数据。

可见，如果光纤测温点间距较小，比如1m，则可以将液面数据的误差控制在1m以内，当光纤测温点间距更小时，页面数据的误差也可以更加小。因此，本发明实施例利用光纤测温技术来测量油井液面数据，其测试精度取决于测温点间的距离，当测温点间距离较小时，利用本发明实施例的方法所测得的页面数据精度较高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种油井液面测试方法，其特征在于，所述方法包括：

利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据，相邻测温点之间等距离；

根据所述温度数据确定所述测温点中的温度拐点，包括：

假设气相的导热系数λ_v和液相中导热系数λ_l保持不变，λ_l远大于λ_v；

以及假设井下光纤无突变热源，根据如下公式来确定温度拐点：

λ_v(t_m+2-t_m+1)/δ=λ_l(t_l-t_m)/d+λ_v(t_m+1-t_l)/(δ-d)=λ_l(t_m-t_m-1)/δ

其中：

m为液相中的测温点个数；

δ为两个测温点轴向距离；

d为灵敏度测温区间落入液面内的深度，0<d<δ；

t为测温点的温度值；

t_l为油水界面的温度值；

利用光时域反射技术OTDR对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据包括：

利用光端机采集光纤测温点处带有温度信号的背向拉曼散射光信号，经过信号处理调解出所述温度数据。

3.一种油井液面测试装置，其特征在于，包括：光纤、测温单元、拐点确定单元和定位单元，所述光纤和所述测温单元相连，所述拐点确定单元分别和所述测温单元及所述定位单元相连，其中：

测温单元，用于利用油井内光纤上的测温点测得若干连续的温度数据，相邻测温点之间等距离；

拐点确定单元，用于根据所述温度数据确定所述测温点中的温度拐点，

包括：根据下述公式确定温度拐点：

λ_v(t_m+2-t_m+1)/δ=λ_l(t_l-t_m)/d+λ_v(t_m+1-t_l)/(δ-d)=λ_l(t_m-t_m-1)/δ

其中：

m为液相中的测温点个数；

δ为两个测温点轴向距离；

d为灵敏度测温区间落入液面内的深度，0<d<δ；

t为测温点的温度值；

t_l为油水界面的温度值；且，

气相的导热系数λ_v和液相中导热系数λ_l保持不变，λ_l远大于λ_v，井下光纤无突变热源；

定位单元，用于利用光时域反射技术OTDR对所述温度拐点进行定位以得到油井液面数据。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测温单元包括：光端机和信号处理器，所述光端机用于采集光纤测温点处带有温度信号的背向拉曼散射光信号，所述信号处理器用于根据所述带有温度信号的背向拉曼散射光信号调解出所述温度数据。

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