CN103615231A - 注汽式油井温度、压力、蒸汽干度同步在线测量装置 - Google Patents
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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，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，外壳壁上设置有导流孔，环空通过导流孔与外部连通；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。本发明解决了现有井下温度、压力及饱和蒸汽干度检测方法不适用于井下高温高压环境，存在效率低的技术问题，本发明用于解决注气式油井温度、压力、干度三参数在线测量问题，掌握油井蒸汽注入情况。
Description
技术领域
本发明涉及的是注汽式油井温度、压力、干度在线测试仪器，具体涉及的是一种注气井温度、压力、干度在线测量专用装置。
背景技术
由于稠油粘度大，温度对稠油的影响很大，温度升高粘度下降。稠油注蒸汽热力开采工艺技术是目前国内外主要的稠油开采手段，是用直流锅炉向井下注入湿饱和蒸汽加热油层降低稠油粘度达到开采目的。蒸汽干度是衡量蒸汽含热量的指标，蒸汽干度越高，单位蒸汽量所含热量就越多，才能保证油层有足够的热能来降低原油粘度。因此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。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。
传统的检测方法很难适用于井下高温高压环境，而且效率低，检测精度低，本发明提供一种可靠的基于光纤传感的光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量系统。其具有精度高、效率高、操作简单、人机交互等优点，为油藏开发过程中提供了一种更加优越的技术方案。
发明内容
为了解决现有井下温度、压力、及饱和蒸汽干度检测方法不适用于井下高温高压环境，存在效率低、检测精度低的技术问题，本发明的目的是提供一种光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量装置，它用于解决注气式油井温度、压力、干度三参数在线测量问题，掌握油井蒸汽注入情况。
本发明解决其技术问题所采用的方案是:
光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量装置，其特征在于：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。
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。
本发明所具有的有益效果：
1、本发明采用光学探头测量气液两相流反射率、光纤式FP腔测量井下压力、耐高温光纤测量井下温度。整个系统利用井下压力来查表求出所对应的饱和水蒸汽和饱和水的密度及折射率，然后加上光学探头测量的气液两相流的反射率，计算出饱和蒸汽干度。
2、本发明采用反射率探针测量井下气液两相反射率、加上井下压力及温度来测量蒸汽干度，测量系统简单，无需抽样，对环境要有不高，操作过程简单。
3、本发明测量系统简单，无需抽气采样，对环境要求不高，操作过程简单，精度高、在线实时测量，是一种非常值得研究的在线测量方法。
附图说明
图1为温度、压力、干度在线测量装置结构图；
图2为反射率传感器测量原理示意图；
图3为压力传感器结构示意图；
图4为井下探头的结构示意图；
其中附图标记为：1-外壳，2-密闭筒，3-温度传感器，4-反射率传感器，5-导流孔，6-环空，7-压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
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，井下环空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。
图2中,上半部表示的是反射率传感器中探头的光学材料：其中入射光线10与法线的夹角α为11°，反射光线11与法线的夹角β为11°；下半部表示的是流体。通过此反射率传感器可以求得气液两相面的反射率R,R可以通过入射与出射方介质的折射率表示。
假定待测的蒸汽两相流中,干蒸汽的体积比为xv,并认为在测量的有限时间内,水蒸汽的汽、液分布概率在考虑的界面上是相同的,那么蒸汽两相流的反射率R可表示为水蒸气反射率Rv、水的反射率Rw与干蒸汽的体积比Xv的函数。
测量折射率响应的同时,如果能测出注蒸汽的温度和压力值,就可以计算出汽液的密度,进一步可以得出干蒸汽的质量比,即热力学的干度值。
其中,水和蒸汽的密度，水和蒸汽的折射率，这些参数都和温度和压力有关。
利用光纤FP腔作为压力传感器，井下光缆结构中的环空作为压力导入设备，井下压力传给FP腔压力传感器后，入射光与其反射光干涉后的光波其光强随波长呈近似周期性变化（余弦），通过检测两个相邻最大光强的波长，便可得到FP腔的腔长d，从而通过腔长的变化来反映井下压力的变化，通过压力解调仪就可以求出井下当前压力。LF左热结合键到左腔端面距离，LFR是右端热结合键到右腔端面什么，lg是热结合键间标距
压力求出后，通过查IAPWS-IF97表可以得到此时对应的饱和水和饱和蒸汽的密度及折射率。进而可以求得饱和水和饱和蒸汽的反射率Rv、Rw。
利用温度传感器对井下整个链路实现温度测量，其中井下光缆作为温度传感器，可以对井下温度进行感知，井上的温度解调仪对采集到的光信号进行采集、数据处理分析实现井下温度的实时监测。
如图4为井下探头的结构示意图；采用高温光纤作为温度传感介质，具有在350度下长期可靠稳定工作能力，利用拉曼散射原理，对光纤中的背向散射光进行分析，拉曼散射由分子热运动引起，所以拉曼散射光携带散射点的温度信息。光在行进过程中与光纤中的粒子产生碰撞所激发出的后散射光，包含斯托克斯光和反斯托克斯光，其中反斯托克斯光中包含有温度信息，斯托克斯光对温度不敏感作为参考信号，光纤的局部温度可由斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比推测出。
假设锅炉标定好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，实现对井下温度、压力、饱和蒸汽干度三参数同步在线测量。
本发明同过检测当前井下气液两相面的反射率R，通过井下压力获得Rw、Rv，温度进行检测并判断井下温度是否满足干度计算要求。反射率测量采用光学探头法、精度高、系统稳定、温度检测采用耐高温光纤进行检测、响应快、测量范围广、精度高，压力传感器采用光纤式FP腔传感器，检测数据进行存储后，在地面进行工控机数据反演得到干度数值。
Claims (4)
1.光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量装置，其特征在于：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.根据权利要求1所述的光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量装置，其特征在于：所述温度传感器为耐高温光纤传感器。
3.根据权利要求1或2所述的光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量装置，其特征在于：所述压力传感器为光纤式FP腔传感器。
4.根据权利要求3所述的光纤温度、压力、蒸汽干度三参数同步在线测量装置，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。
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