CN103604463B - 注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，包括以下步骤：1】搭建测量装置：测量装置包括位于地面上的温度解调仪、压力解调仪、反射率解调仪、工控机、位于井下的温度传感器、压力传感器、反射率传感器以及井下探头；2】压力监测；3】干度计算：4】工控机将采集到的井下压力、井下测量温度和此时对应的干度值进行存储。本发明解决了注汽式井下压力、温度、干度无法在线测量、无法实时掌握油井蒸汽注入的干度的技术问题，本发明为油田稠油热力开采工艺技术的研究提供了井下环境实时变化的监控，可解决油田热力开采高温高压井下温度、压力以及干度的实时掌握，可有效的实现最优化的注气方案及稠油产能的提高。

Description

注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法

技术领域

本发明涉及的是注汽式油井温度、压力、干度三参数在线测量方法。

背景技术

稠油具有粘度高、分布不均的特点，通常开采的方法是向油井中注入高温、高压蒸汽，待石油呈流状后再加以开采，蒸汽注入过程中其干度的变化值是判断油层分布的重要资料，同时也是合理利用蒸汽资源的重要参考依据。注入的蒸汽温度和压力一般在300℃和20MPa左右。我国蒸汽热力开采稠油工艺的研究与应用，为我国石油工业的发展和国家能源供给提供了重要的技术支撑，稠油注蒸汽热力开采工艺井下热动态监测至关重要，它是了解热注效果，认识油层，掌握油层热含的关键技术，蒸汽干度、井下压力、井下温度是降低井下原油粘度，提高稠油产量的重要指标。

蒸汽干度作为稠油开采安全运行中的一个重要参数，也是影响稠油热采效果的一个重要指标。而现阶段蒸汽干度控制基本上处于常规控制阶段，因此蒸汽干度控制受人为因素影响较大，不仅稠油开采安全运行受到威胁而且影响稠油热采的效果，为此，对于稠油开采注入蒸汽干度进行自动控制的研究势在必行。

因此，在注气过程中需要实时监测井下温度、压力、及饱和蒸汽干度的数据，特此发明实现温度、压力、干度三参数同步测量方法。

发明内容

为了解决注汽式井下压力、温度、干度无法在线测量、无法实时掌握油井蒸汽注入的干度的技术问题，本发明提供一种注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法。

本发明的技术解决方案：

注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】搭建测量装置；

测量装置包括位于地面上的温度解调仪、压力解调仪、反射率解调仪、工控机、位于井下的温度传感器、压力传感器、反射率传感器以及井下探头，

所述井下探头包括外壳以及设置在外壳内的密闭筒，所述外壳与密闭筒之间形成环空，所述外壳壁上设置有导流孔，所述环空通过导流孔与井下探头外部连通；所述外壳和密闭筒的上一端均固定在井口处；

所述温度传感器和反射率传感器均放置在密闭筒内，所述压力传感器位于环空内且固定在井口处；

所述温度传感器的通过光纤与温度解调仪的一端连接，所述压力传感器通过光纤与压力解调仪的一端连接，所述反射率传感器通过光纤与反射率解调仪的一端连接，所述温度解调仪、压力解调仪以及反射率解调仪的另一端均与工控机连接；

2】压力监测：

2.1】将环空作为压力导入设备，利用压力传感器敏感到井下压力，并传输给压力解调仪，经过处理后，上传给工控机；

2.2】工控机根据收到的井下压力，在预存在工控机内IAPWS-IF97表中计算出井下压力对应的初始温度值T0，饱和水、饱和汽的折射率以及饱和水、饱和汽的密度值；

2.3】根据查找出来的折射率和密度值，计算出饱和水的反射率Rw以及饱和汽的发射率Rv，待用；

3】干度计算：

3.1】反射率传感器检测到井下气液两相面的反射率R，并通过光纤传输给反射率解调仪，经过反射率解调仪处理后，上传给工控机；

3.2】温度测量；温度传感器检测到井下测量温度T，并通过光纤传输给温度解调仪，经过温度解调仪处理后，上传给工控机；

3.3】工控机将井下测量温度与初始温度值T0进行比对：

如果T-0.5≦T0≦T+0.5，则此时处于饱和状态下，则执行步骤3.4】；

否则，执行步骤2】；

3.4】工控机根据步骤2.3】中得出的饱和水的反射率Rw、饱和汽的发射率Rv以及步骤3.1】得到的气液两相面的反射率R，计算出干度值；

4】工控机将采集到的井下压力、井下测量温度和此时对应的干度值进行存储。

还包括工控机接收到井下压力、井下测量温度以及计算出来的干度进行实时显示，实现对井下压力的实时监测。

上述温度传感器为耐高温光纤传感器。

上述压力传感器为光纤式FP腔传感器。

上述工控机包括信号处理器、单片机存储器以及电源。

本发明所具有的优点：

1、本发明可实现井下饱和蒸汽干度、温度、压力、三参数的连续精确测。

2、本发明为油田稠油热力开采工艺技术的研究提供了井下环境实时变化的监控，可解决油田热力开采高温高压井下温度、压力以及干度的实时掌握，可有效的实现最优化的注气方案及稠油产能的提高。

附图说明

图1为本发明注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量的结构示意图；

图2为本发明干度计算过程示意图；

图3为本发明测量方式的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，这种注汽井温度、压力、干度在线测量装置由温度传感器、压力传感器、反射率传感器、温度解调仪、压力解调仪、反射率解调仪、存储器、工控机以及井下探头构成。

工控机包括信号处理器以及安装在电路板上的单片机存储器，电路板和供电电池安装在机箱内。

井下探头包括外壳以及设置在外壳内的密闭筒，外壳与密闭筒之间形成环空，外壳壁上设置有有导流孔，环空通过导流孔与井下探头外部连通；外壳和密闭筒的上一端均固定在井口处；温度传感器和反射率传感器均放置在密闭筒内，压力传感器位于环空内且固定在井口处；温度传感器的通过光纤与温度解调仪的一端连接，压力传感器通过光纤与压力解调仪的一端连接，反射率传感器通过光纤与反射率解调仪的一端连接，温度解调仪、压力解调仪以及反射率解调仪的另一端均与工控机连接。

压力传感器为FP腔式，压力传感器与压力解调仪连接，反射率传感器通过光纤与反射率解调仪连接，温度传感器为封装在光缆中的耐高温光纤，耐高温光纤与地面温度解调仪连接，温度信号解调仪与压力信号解调仪连接到工控机。整个系统包括联机测量、数据分析、数据库管理、数据显示、人机交互等。

温度传感器采用耐高温光纤测量井下温度，压力传感器通过井下环空光缆连接，井下环空光缆将井下压力导入到压力传感器，反射率测量探头监测井下气液两相反射率变化。为了保证监测数据的准确、实时、一致性以及数据分析计算的准确性，数据采集存储后采用工控机进行数据的采集与处理。

如图2所示为干度计算流程：压力测量模块测得井下压力值后，进行查表求出对应的当下饱和水和饱和蒸汽的密度及折射率，利用密度和折射率计算饱和水和饱和蒸汽的反射率，反射率传感器探测得井下气液两相流的反射率，温度测量模块测得井下温度，只有特定的温度范围内，干度才有意义，温度满足条件后，利用得到的三个反射率就可以算出干度值。

饱和蒸汽干度是指每千克湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分比。

水在饱和点时，蒸汽干度为零；蒸汽在完全饱和状态时，干度为100%，此时水相质量为零。

采用光学折射率调制的原理对蒸汽的两相流干度进行测量，对两相流折射率敏感的光学传感头置于汽液两相流中，光学传感头的一端和流体接触实现对井下饱和蒸汽的反射率进行测量，通过井下光缆将信号传递给地面，地面解调系统监测反射率变化。

下面结合流程图3对本项发明做进一步描述；

1】压力监测：

1.1】将环空作为压力导入设备，利用压力传感器敏感到井下压力，并传输给压力解调仪，经过处理后，上传给工控机；

1.2】工控机根据收到的井下压力，在预存在工控机内IAPWS-IF97表计算出井下压力对应的初始温度值T0，饱和水、饱和汽的折射率以及饱和水、饱和汽的密度值；

1.3】根据查找出来的折射率和密度值，计算出饱和水的反射率Rw以及饱和汽的发射率Rv，待用；

2】干度计算：

2.1】反射率传感器检测到井下气液两相面的反射率R，并通过光纤传输给反射率解调仪，经过反射率解调仪处理后，上传给工控机；

2.2】温度测量；温度传感器检测到井下测量温度T，并通过光纤传输给温度解调仪，经过温度解调仪处理后，上传给工控机；

2.3】工控机将井下测量温度与初始温度值T0进行比对：

如果测量温度值T在初始温度值T0的正负0.5摄氏度，则此时处于饱和状态下，则执行步骤3.4】；

否则，执行步骤1】；

2.4】工控机根据步骤1.3】中得出的饱和水的反射率Rw、饱和汽的发射率Rv以及步骤2.1】得到的气液两相面的反射率R，计算出干度值；

4】工控机将采集到的井下压力、井下测量温度和此时对应的干度值进行存储。

本发明实现了从采集数据到判断，在到计算，再到数据的存储实现了压力、温度、干度三参数实时在线测量功能以及数据存储功能和数据导出功能。

1、压力监测

利用光纤压力传感器，井下光缆结构中的环空作为压力导入设备，井上采用光纤压力解调仪作为信号的采集处理，工控机通过与压力解调仪进行通讯，并定时向井上的压力解调仪发送读取压力数据指令，压力解调仪与工控机进行通讯后将压力值返回给工控机并显示在工控机主界面的压力仪表盘中，仪表盘指针指向当前读取到的压力值，同时仪表盘具有数据显示压力值功能，可实现仪表和数字实时显示压力值，从而实现了对井下压力数据的实时监测。

2、温度监测

利用温度传感器对井下整个链路实现分布式温度的测量，其中井下光缆作为温度传感器，可以对井下温度进行感知，工控机通过与温度解调仪进行通讯，定时向井上的温度解调仪发送读取温度数据指令，温度解调仪与工控机进行通讯后将温度值返回给工控机并显示在工控机主界面的温度仪表盘中，仪表盘指针指向当前读取到的温度值，同时仪表盘具有数据显示温度值功能，可实现仪表和数字同时显示温度值值，从而实现了对井下温度数据的实时监测。

3、干度解调

采用光学反射率调制的原理对蒸汽的两相流干度进行测量，对两相流反射率敏感的光学传感头置于汽液两相流中，测得气液两相流的反射率。工控机通过与反射率解调仪进行通讯，定时向反射率解调仪发送读取反射率数据指令，反射率解调仪与工控机进行通讯后将测得的反射率返回给工控机。

假设注蒸汽设备的锅炉标定好的的湿饱和蒸汽温度为T，在正负0.5度范围内其锅炉内的物质状态处于汽液两相共存，同时测量井下温度T1，如果T-0.5≦T1≦T+0.5,这时才能根据测得的反射率来计算其干度值，如果井下温度不在其范围内，计算干度是没有意义的。

整个系统同时工作，三个参数测量同时进行，实现对井下温度、压力、饱和蒸汽干度三参数同步在线测量。

Claims (5)

1.注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】搭建测量装置；

测量装置包括位于地面上的温度解调仪、压力解调仪、反射率解调仪、工控机、位于井下的温度传感器、压力传感器、反射率传感器以及井下探头，

所述井下探头包括外壳以及设置在外壳内的密闭筒，所述外壳与密闭筒之间形成环空，所述外壳壁上设置有导流孔，所述环空通过导流孔与井下探头外部连通；所述外壳和密闭筒的上一端均固定在井口处；

所述温度传感器和反射率传感器均放置在密闭筒内，所述压力传感器位于环空内且固定在井口处；

所述温度传感器通过光纤与温度解调仪的一端连接，所述压力传感器通过光纤与压力解调仪的一端连接，所述反射率传感器通过光纤与反射率解调仪的一端连接，所述温度解调仪、压力解调仪以及反射率解调仪的另一端均与工控机连接；

2】压力监测：

2.1】将环空作为压力导入设备，利用压力传感器敏感到井下压力，并传输给压力解调仪，经过处理后，上传给工控机；

2.2】工控机根据收到的井下压力，在预存在工控机内IAPWS-IF97表中计算出井下压力对应的初始温度值T0，饱和水、饱和汽的折射率以及饱和水、饱和汽的密度值；

2.3】根据查找出来的折射率和密度值，计算出饱和水的反射率Rw以及饱和汽的发射率Rv，待用；

3】干度计算：

3.1】反射率传感器检测到井下气液两相面的反射率R，并通过光纤传输给反射率解调仪，经过反射率解调仪处理后，上传给工控机；

3.2】温度测量；温度传感器检测到井下测量温度T，并通过光纤传输给温度解调仪，经过温度解调仪处理后，上传给工控机；

3.3】工控机将井下测量温度与初始温度值T0进行比对：

如果T-0.5≦T0≦T+0.5，则此时处于饱和状态下，则执行步骤3.4】；

否则，执行步骤2】；

3.4】工控机根据步骤2.3】中得出的饱和水的反射率Rw、饱和汽的发射率Rv以及步骤3.1】得到的气液两相面的反射率R，计算出干度值；

4】工控机将采集到的井下压力、井下测量温度和此时对应的干度值进行存储。

2.根据权利要求1所述的注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，其特征在于：还包括工控机接收到井下压力、井下测量温度以及计算出来的干度进行实时显示，实现对井下压力的实时监测。

3.根据权利要求1所述的注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，其特征在于：所述温度传感器为耐高温光纤传感器。

4.根据权利要求1或2所述的注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，其特征在于：所述压力传感器为光纤式FP腔传感器。

5.根据权利要求3所述的注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量方法，其特征在于：所述工控机包括信号处理器、单片机存储器以及电源。