CN103842614A - 井筒中的流体测定 - Google Patents

Abstract

一种用于沿井筒（12）中的取样长度（25）测定移动流体的系统(10,110,210)和方法。在井筒中运行脉冲发生器，所述脉冲发生器上垂下电缆（24），所述电缆设有两个长度等于取样长度的导体。沿所述电缆注入高频脉冲，根据所探测到的响应，用各反射的平均传播速度来确定流体混合物。在此描述了改善测定的实施例，例如采用具有交替阻抗的节段的电缆，螺旋缠绕的电缆，采用多信号发生器，引入数学模型，分析模拟信号响应，采用参照电缆和引入光学分布式温度传感器。

Description

井筒中的流体测定

本发明涉及井筒测定技术，具体来说，涉及，但不限于，一种沿井筒的一段长度测定流动流体中的流体类型和混合物的系统和方法。

石油和天然气工业非常依赖井筒测定技术来提供井筒深处正在发生的实际情况的信息。在生产石油和天然气之前会进行许多调查，包括地震、岩石孔隙度、含水量和微震。但是，在井筒全长上进行宽泛测定以获得井下行为数据的方法却很少，尤其是在井筒进行生产时的方法。

自1940年代起，点压力和温度传感器便投入了常规应用；现在，通常还会用上生产测井工具。在石油和天然气工业中，非常常见的是，运行测定含水率和井筒电阻率的测井工具，以及在油井中运行光学分布式温度传感系统，以测定井筒全长上的温度曲线。

点式传感器仅提供传感器所在位置上所发生状况的提示。测井工具在井筒全长上进行测定，但却并非实时测定，且仅能周期运行。当井筒中有泵时，测井工具的运行也十分困难。分布式温度测定则受到限制，因为虽然解读温度曲线能获取井筒其他行为的信息，原始温度信息并不能马上用于所生产（或注入）流体类型的测定。

石油和天然气工业都面临着提高效率和增加产率的压力，而这些都要求增进对储油层和生产行为的理解，这就形成了对储油层行为进行更多二维和三维测定的需求。

使用传输线，根据传输线之间介电性能发生变化而测定流体之间的界面是已知的。这项技术可以用来测定静态、非流动的井筒中的流体水平，如美国雪佛龙公司（Chevron USA Inc）的专利WO2011/044023所述。WO2011/044023公开了一种系统，该系统中包括了脉冲发生器、探测器和处理器，所述脉冲发生器用于生成沿井筒朝流体表面传播的电磁能脉冲，所述探测器用于探测器自流体表面反射并沿井筒朝所述探测器传播的部分所述电磁能脉冲。所述处理器用于分析所测得的信号，以测定所述流体表面的水平。在一个实施例中，所述系统包括泵控制器，以根据流体表面水平控制设在井筒中的泵的运行。

该系统的一个缺点在于多余反射的存在数量，所述多余反射造成错误读数。这些反射发生在井筒中任一介质面上，且由于传输线优选为由套管和位于套管中充当中央导体的管道共同构成，因此，所有连接点，例如套管接箍，都将产生多余反射。

为了克服这一缺点，该系统提供了在已知深度产生反射的标记，以协助测定流体表面的真实反射。这可以采取同轴扼流圈或刮臂的形式，所述形式可局部降低所述标记在其覆盖的长度上的介电性能。不幸的是，所述标记无法工作。这是因为当所述脉冲到达所述标记时，以及所述脉冲由于该标记和流体之间的介电性质的变化而离开该标记时，会发生反射。每个反射会形成与该反射精确相反的响应，且在标记所在的短短长度上，所述响应将会彼此相互抵消。

为了克服多余反射的问题，该系统还提供了一项实施方式，采用了一对绕轴导体，所述导体可以作为排水系统的一部分进入井筒。该系统的一个缺点在于进入泵所在的深井而采用的长电缆长度。由于脉冲发生器位于地表，当脉冲传播至其预定测定的流体表面水平时，该脉冲将已经被分散且信号强度减弱。同样的效果也会发生在本质为反射响应的反射信号上，其信号强度将被减弱。如果在实践中，所述系统包括标记，或要求测定第二个流体的水平，则返回的响应在井筒地表处模糊不清。

在GB1017814.3中，描述了本发明申请者用参照电缆组件来除去井筒和装置的变化和影响，以及记录脉冲反射次数，从而改进对流体表面水平的测定。但是，由于脉冲穿过长电缆长度后的分散性质，该系统也在测定所需响应时遇到了困难。

这些缺点，将现有技术方法限制为仅测定静态井筒中的流体水平。在生产井中，流体处于流动中，不存在离散的水位，或在正在用泵抽吸的井中，泵吸入口的下方，流体从底层进入井筒处，主要存在的是连续而变化的流体和气体的混合物。因此，目前的技术不允许对移动而变化的流体混合物进行测定。

因此，本发明的目的之一，在于提供一种系统和方法，用于沿井筒长度测定流动混合流体中以二维形式（时间和深度）存在的流体类型和混合物

本发明的第一个方面，在于提供一种用于沿井筒中的一段取样长度测定移动流体的系统，包括：

电子模块，所述电子模块具有与绳索连接的第一端，且包括脉冲发生器，所述脉冲发生器可在井下操作以发生脉冲；

电缆，所述电缆从所述流体内的所述电子模块垂下，包括一对导体，所述导体的长度大致等同于所述取样长度；数据采集器，所述数据采集器对沿所述电缆注入脉冲的响应进行记录；以及

处理器，所述处理器根据所述响应对流体混合物进行测定。

由此，生成脉冲，并在所需测定的位置上获取响应信息，以降低沿长电缆长度传播时的分散和损耗。此外，通过在较短的取样长度上进行测定，信号强度不会由于虚假反射而受到损失，因为可以对取样长度进行选择，由此不存在接缝、接点或其他多余的介质边界。采用了各种反射的平均传播速度来测定流体混合物，其中所有反射都能提供可测定的响应。

所述电缆可用在水平传感系统中，且一个导体可采用传感导线的形式。实验数据表明，所述水平传感系统电缆的特征阻抗根据电缆周围的流体而变化，其具体原理在于，信号速度、组别和相数随流体的介电性质和导电性质而变化，而这就意味着传播速度根据电缆浸入的流体而变化。该速度在气体中最快，在油中较慢，在水中更慢。因此，信号到达电缆底部的时间以及信号在地表处被记录的时间，可用于信号经过的流体的组成成分的测量值。因此，若所安装的电缆跨越了油-气或油-水边界，或其安装在油-气或油-水的流动混合物中，则信号的平均传播速度可用作电缆传感器长度上的流体混合物的测量值。

优选地，所述脉冲发生器是高频信号发生器，提供快速上升时间的信号，典型为<5nS。该信号可以从以下选择：调制载波、脉冲流、脉冲序列和较短较简单的脉冲群。

优选地，所述电缆具有多个取样长度。由此，可以在每个取样长度上进行测定，获得一系列流体混合物测量值，并生成流体性质的二维图像。

优选地，相邻取样长度具有不同的特征阻抗。可选地，所述电缆为由两个独立机械结构构成的交替节段，所述结构具有不同的特征阻抗。变化的电缆结构之间的交界面将产生一个响应，该响应可用作每个节段中的速度参照物。由此，可以组建多区域传感电缆，从而生成每个电缆节段中的平均速度信息。

优选地，每个电缆节段具有显著长度。该长度可以大于1m。优选地，该长度至少为20m。所述节段与WO2011/044023中以分离的装置、夹具或套筒形式存在的所述标记形成直接对比。如上所述，由于所述标记的前缘生成响应，而其负缘生成反相响应，离散的小标记自身的信号由此抵消，这些标记在实践中并未提供有用信息。通过使用具有交替性质的长节段电缆，这一问题得到了解决，因为所述前缘响应和后缘响应相隔距离长，由此生成可利用的参考信息。

优选地，所述导体沿所述电缆螺旋盘绕。通过提供螺旋电缆组件，我们可以在相等长度电缆上，增加前缘响应和后缘响应之间的分隔。例如，脉冲前缘的典型传播速度为200E6 m/s，因此，1m标志上的始端响应和末端响应仅相隔5nS（且互为反相），而所述响应在例如20m的长电缆节段上则相隔100nS，如此类推。若我们还包括螺旋电缆组件，以将所述电缆节段的有效长度放大至少5倍，则我们具有了一个始端响应和末端响应相隔500nS的20m电缆节段。要该技术进行延展，可以增加螺旋的螺距，以及延长电缆节段的长度，直至所述系统在实用带宽下运行。

若采用螺旋传感电缆，则所述电缆的取样长度可以高倍率增加，增加有效空间解析度。由于所述系统采用高频脉冲，所测定的时间间隔极小，使得小空间测定非常困难。对直电缆来说，要获得良好解析度，需要极高速脉冲源，尤其是在流动流体中，因为流动流体中的流体混合物变化既迅速，变化发生的物理距离又相对短。因此，螺旋电缆增加了有效空间解析度，从而克服了这一问题。

优选地，所述信号包括高频脉冲PN序列。这消除了使用单脉冲反射测定脉冲速度时的主要问题，即从来自所述电缆系统的其他响应和噪音中提取有效反射。若传输高频脉冲PN序列，而非单脉冲，且对比来自所述系统的响应来寻找正确的脉冲序列，则可测定的解析度和潜在电缆深度得以增加。

优选地，所述处理器将所述响应与所述井筒的数学模型进行对比，以对每个取样长度上的流体混合物进行测定。优选地，所述处理器可以通过使用井筒相邻节段上的平均性质，对该节段的响应做出解读。此外，所述处理器可以通过查看节段之间的增量变化，来提供解读。由此，在便捷地测定两相流体混合物，例如油-气或水-气或水-油混合物的同时，对模型的解读和使用可以有助于测定流体的水、油和气三种相同时存在的位置。

优选地，在每个取样长度的任一端安装电子模块。还可以在每个取样长度的每一端安装电子模块。通过在节段的两端进行测定，限制了电缆损耗的影响，以及电缆节段越远其响应越混乱的影响，使得该系统可在深井筒中的长取样长度上进行有效操作。又优选地，使用PN序列时，可进行实时和连续的并行操作。优选地，可以采用正交PN序列，以便令两个或更多脉冲序列不会相互干扰。

优选地，所述系统包括模拟检测单元。可选地，所述系统还包括分析所述模拟反射响应的装置。由此，测定平均流体混合物的同时，可以获得该流体混合物在一个节段上的发生变化的位置的信息。主量测仅提供整个区域上的平均值。虽其不是可以轻易校准的一种量测，但来自该脉冲激发系统的模拟响应将呈现小反射，所述小反射主要来自电缆周围的连续水节段；通过分析该模拟反射响应，可以获得关于变化流体的附加信息，给基础量测增加一些主观细节。

在其中一个实施例中，所述电缆可以包括一对直导线，作为传输线。这是所述螺旋电缆的一种可选替代方式。

优选地，所述系统包括第三导体。优选地，所述第三导体与所述导体对中的第一导体基本相同。由此，所述第三导体用作参照物，来消除电缆接头、长度变化、加热和其他环境作用的影响。可选地，当所述第一导体包括多个交替几何节段时，所述第三导体包括单一几何结构，以提供参照。

优选地，所述系统进一步包括光学分布式温度传感器和相关加热元件。这样一来，所获取的流体速度信息，与流体组成信息测度相结合，为井筒中的流体性质提供进一步的信息。使用所述分布式温度感应系统，对发热进行二维测定。当存在大量气体时，生热远高于主要存在流体的区域。这一生热信息，在与此述的流体混合物测定相校准之后，允许对油-水-气结合的混合物进行更加精确的测定。脉冲速度测定在油-水-气混合物中可以被校准的前提下，气体存在所带来的生热可以与所述校准联用，来测定气和油的相对含量。这在气体体积浓度高时尤其有用。

本发明的第二个方面在于，提供一种测定井筒中流动的流体混合物的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）在处于井筒流动流体中的电缆上，运行脉冲发生器；

（b）沿所述流体中悬垂自所述脉冲发生器的电缆注入脉冲；

（c）记录所述脉冲在所述电缆上的平均传播速度的响应；以及

（d）确定所述电缆长度上的流体混合物。

优选地，对所述信号在所述电缆内的界面上反射所形成的多个响应进行记录。

优选地，所述步骤（b）包括注入高频脉冲PN序列，且所述步骤（c）包括匹配正确脉冲序列，以记录响应

优选地，所述步骤（c）包括将所述响应与数学模型对比的步骤。该方法还可以通过将响应与其他响应相对比，来解读该响应。

优选地，所述方法包括在沿所述电缆多个位置上测定响应的步骤。优选地，可以在所述电缆的每一端测定所述响应。所述方法还可以包括在沿电缆不同位置上生成信号的步骤。这允许在电缆不同节段上进行测定。此外，可以注入正交PN序列，来避免干扰。

优选地，所述电缆包括充当传输线的第一和第二导体。

优选地，对来自第三导体的响应进行记录，用来为所述电缆提供对照。

优选地，所述方法包括对模拟响应进行记录，用来为测定提供额外信息的步骤。

优选地，所述方法包括在管道中穿过一条光学分布式温度感应电缆和加热元件；通过对所述元件进行加热，并测定所述流体中的热损失，来生成流体速度信息；以及，使用所述信息来辅助测定所述流体混合物。

下面将仅以示例方式，并引用如下附图，来描述本发明的实施方式：

图1是本发明的第一个实施例中的流体测定系统的示意图；

图2是信号强度随时间变化的图表，分别展示了注入气体、水和油中的三种脉冲的响应。

图3是本发明的第二个实施例中的流体测定系统的示意图；

图4是本发明的第三个实施例中的流体测定系统的示意图；

图5是本发明的一个实施例中的电子模块的示意图；

图6是一种模拟信号响应的图表；

图7是本发明中所用的螺旋缠绕的电缆的示意图；

图8（a）和图8（b）分别是本发明的又一个实施例中，一种流体测定系统中所用电缆的横截面图和示意图；

图9（a）、图9（b）和图9（c）分别是本发明的又一个实施例中，一种流体测定系统中所用的电缆的横截面图和示意图；以及

图10（a）和图10（b）是在井筒中装设流体测定系统的示意图。

首先，参考附图1，图中所示为本发明的一个实施例中的一种流体测定系统，主要由标号10所示。系统10位于井筒12中。在所述井筒12的地面14处，设有基于处理器的地面面板16，用于处理从井下收集的数据并控制所述系统10。所述面板16连接至电缆18，所述电缆18通过井口20进入井筒12。本领域技术人员可以知晓，我们使用术语“电缆”处，可采用任何能够传递电信号的连接方式，来将所述系统接入井筒中。所述电缆18衔接上端电子模块22，从所述上端电子模块22垂下传感线24，所述传感线24结束于下端电子模块26。所述电子模块22包括脉冲发生器和数据采集器。传感线24充当所述流体测定系统10的取样长度25。

在地质构造28中钻出井筒12，以获取形式为气30和油34的碳氢化合物。所述碳氢化合物30、34以流体混合物36的形式沿井筒12上升，所述混合物一般还含有卤水/水32。在足够井内压力的存在下，所述流体36可以自然流动；或者，可选地，可以辅助流体36到达地面，一般是通过位于井筒12中的泵（未显示）。由于沿井筒长度一路混入的其他成分，所述流体混合物36中的组成成分和每种成分的含量，将随着所述流体混合物在井筒12中的上升而变化。此外，组成成分可能混合形成多相混合物，其中每种纯组分的存在取决于井筒12中各位置的温度和压力。为了有效率地构建井筒12，需要知道流体混合物36在井筒12的各时间和深度上的组成成分。

所述传感线24完全被流体混合物36所包围。所述传感线24中注入高频脉冲，一般是具有<5ns的上升时间的高频脉冲。该信号生成于上端电子模块22中，而电子模块22、26则对传感线对脉冲的响应进行检测，所述响应为通过传感线的单通响应，或由导线末端40反射脉冲形成的双通响应。

实验数据表明，传感线24的特性阻抗根据传感线24周围的流体而变化，其具体原理是：信号速度、组别和相数根据流体的介电性和导电性而变化，而这就意味着传播速度会根据电缆所浸入的流体而变化。气中的速度最快，油中则较慢，水中更慢。因此，信号到达电缆底部的时间和信号在地表处被记录的时间，可用于衡量信号所经过的流体组成成分。图2中所示为脉冲在油34、卤水（盐水）32和气体30中通过传感线24的典型响应。

现在参考图2，图中所示为相对于时间44的信号强度42 的图表，展示了一个基本原理，即可以通过其经反射回到注入点的时间来衡量脉冲速度，且该速度随流体类型而变化。所注入的高频脉冲46从上端22或下端26电子模块注入传感线24。所述脉冲在取样长度25的末端反射，经过一段时间后回到其源头，被数据采集器接收。返回时间与传感区域中的流体混合物成正比，所述传感区域是采样长度25周围的区域。如图4所示，响应脉冲时间各异，响应时间最快的是在气体48围绕下的传感线24，然后是油50，最后是卤水或盐水52。因此，如果沿油-气或油-水边界建立节段25，或节段25实际上处于移动的油-气混合物或油-水混合物中，则可以用平均传播速度来衡量传感线24全长上的流体混合物。

所述响应由置于电子模块22、26中的数据采集单元54来检测，然后将该数据转达给所述地面处理器16。可选地，根据需要，可以在电子模块22、26中进行处理。对响应进行分析，以决定流体混合物36的组成成分。该结果针对的是井筒12中该取样长度25所在的区域，是该区域全长上的平均值。为了获得井筒中不同区域的测量值，需要众多的取样长度25。

现在，参考图3，图中所示为本发明的又一实施例中的一种流体测定系统，主要如标号110所示。与图1中类似的部件采用相同标号+100来进行标注，以帮助清楚理解。所述流体测定系统110具有基于处理器的地表面板116，所述面板连接在电缆118上，而所述电缆连接在传感节段上。所述电缆118连接于上端电子模块122、第一传感线124、第二电子模块56、第二传感线58、第三电子模块60、第三传感线62，并以下端电子模块126结尾。虽然三条传感线124、58、62的末端都有电子模块，但可以通过选择所需传感线的数量和长度，构建出任何数目的区域。

所述传感线124、58、62浸在井筒112中的流体和气体130、132、134这些井筒流体混合物136的组分中。所述系统110测定两个模块之间的平均流体性质：模块122和其后的模块56；模块56和其下方的模块60；以及模块60和最下方的模块126。此外，可以在任意一对模块之间进行测定，以提供额外分析数据。模块之间每个区域中的流体混合物的测定，产生对电缆传感区域全长上的流体性质的二维测量值。

现在，参考图4，图中所示为本发明的又一实施例中的一种流体测定系统，主要为标号210所示。与图1中的相似部件使用相同标号+200来表示，以便于清楚理解。所述流体测定系统210具有基于处理器的地表面板216，所述面板连接在电缆218上，而所述电缆连接在传感节段上。所述电缆218连接于上端电子模块222。本实施例中，传感线224由两个不同的几何结构224a-d组成。所述两个几何结构是交替的取样长度，是具有不同阻抗且相对较长的缆线。每个取样长度在100-500英尺之间。虽然图中只显示了4个节段224a-d，即每种阻抗各2段，但可以采用多至N个交替传感线节段，以下端电子模块226结尾。所述系统浸在井筒112中的流体和气体230、232、234这些井筒流体混合物236的组分中。所述系统210测定上端模块222和下端模块226之间传感长度的平均流体性质，且由于相邻两个不同阻抗的节段之间的每个界面64产生反射信号，还产生电缆224a-d的交替节段之间的流体性质测量值。所述系统110中，可以测定每个区域的流体混合物性质，且每个区域由一端取样长度来代表，产生电缆传感区域全长上的流体性质的二维测量值。

用于进行所述测定的所述电子模块22如图5中所示，包括：控制处理器或嵌入式PC型装置66、脉冲发生器68、频率发生器70以及高速数据采集模块72，所有所述装置都连接在所述传感线24上。所述电子模块22一般会产生单一脉冲、脉冲流或脉冲序列，可以是高频脉冲的单一脉冲或连续脉冲流。所述电子模块还可以产生扫描正弦波输出，并测定高频（HF）脉冲的频率响应行为和反射行为。所述处理器模块66还可以在所生成的脉冲序列和所有已记录的响应之间执行校正，以实现与所传输的脉冲流相匹配的高灵敏度响应输出。所述脉冲还可以编码，例如以PN序列进行编码，以移除井筒12中其他表面因反射而形成的杂散信号，或来自地表电子设备等的噪音。

所述系统10、110和210上还可以添加一些额外的特征和实施例，以改进流体混合物36、136、236的测定。所述地表处理器16，或任何其他分析点，可以包含井筒12和系统10 的数学模型，且所述数学模型基于历史数据、其他适当测量值或系统10测得的此前数据。所述数学模型还可以通过迭代及与实时记录数据的比较，估算油、气和水的水平和可能的交接点，以用于对比。这一对比可以由操作人员手动执行，或在与所述地表处理单元16相连接的软件系统中自动执行。所述匹配可以改进对所述流体混合物的预测。

还可以对模拟响应进行记录。测定平均流体混合物后，该模拟响应可以提供关于流体混合物在一个节段上发生改变的位置信息。主测定仅提供全部区域的平均值。虽然这不是一个容易校准的测量值，来自该脉冲激发系统的模拟响应会显示主要来自电缆周围的连续水节段的小型反射，通过分析该模拟反射响应，可以获得变化流体的附加信息，为基础测定增添一些主观细节。图6所示为将该模拟信号用作来自单一脉冲的直接追踪响应，或用作来自脉冲序列响应的校正输出。通过对照数学模型，或对照受控条件下的传感系统的响应，例如对照流体，可以使这些响应更加敏感化。处理后的成像中可以指示出传感长度上流体组成成分78、80发生变化的位置。这是对移动的油-水混合物中记录的数据进行处理后的例子，清楚地显示，可以对流体变化点进行高亮标记。这主要是一种定量测定。当与平均流体性质信息联用时，这可以为系统10长度上的流体变化生成更为详细的图像。

通过引入对照系统，可以进一步改进信号质量和测量值。所述对照系统的形式为与传感导线24平行的第三导体或传输线。注意，传感导线24设有第二导体，以提供传输线。所述第三导体可以是单一导线，或具有交替节段，以在采用所述交替节段的传感导线时与之相匹配。然后，可以对比来自传感导线和第三导体的响应，使用第三导体的响应作为对照，来抵消电缆接头、长度变化、加热和其他环境影响。

所述系统10还可以与光学分布式温度传感器（DTS）电缆和中央加热元件相结合。在与热线式风速计相同的原理下，位于电缆核心的加热元件的热损失可以提供流体速度信息。中央加热元件或其他加热元件的生热，可以用DTS系统进行二维测定。当存在大量气体时，生热要远高于主要是流体的区域。该生热信息在以此述的流体混合物测定进行校准以后，能够允许更为准确地测定油-水-气组合的混合物。在油-水和水-气混合物中的脉冲速度测定可以校准的前提下，气体存在所造成的生热可与所述校准共同使用，以测定油和气的相对含量。这在气体体积浓度高的情况下尤其有用。

提高信号质量的一种物理方法，是使用如图7所示的螺旋电缆组件。使用螺旋电缆82来放大所述系统中的空间分辨率，是通过令导线24中脉冲经过的实际距离远长于井筒12中的传感导线的物理长度来完成的。图中还显示了导体对的接地/回路导体25，用于提供传输线路。可以通过设计恰当的电缆，将灵敏度提高一个数量级。例如，典型的脉冲前缘速度为200E6 m/s，由此令来自1米标记的起始响应和结束响应仅相隔5ns（且相互颠倒），而在例如20米的长电缆节段中，响应则相隔100ns，以此类推。如果我们还包含一个螺旋电缆组件82，来将电缆节段的有效长度扩大至少5倍，那么我们将获得20米长的电缆节段，而在其前缘响应和后缘响应之间具有500nS间隔。可以通过增加该螺旋的螺距，也可以通过延长该电缆节段的长度，来扩展该技术，直至在实用的带宽下对系统10进行操作。 

螺旋电缆82的使用还设有核心84，所述核心可通过支撑传感导线24并为导体25连接地线/回路，来加强系统10。电缆86的又一实施例如图8（a）和8（b）所示。电缆86包括一对螺旋缠绕的传感导线24a、b，以充当传输线。每条螺旋缠绕的传感导线24a、b如参照图7所述。导线24a、b是等同的，包括其所缠绕的核心84a、b。电缆86也包括一对导线88，用于控制电子模块和与电子模块之间的数据通讯。导线88可以是任意数量，也可以根据需要省略。部件24、84、86都包括在强化材料89中，以预防恶劣环境带来的损坏。注意，材料89上，传感导线24a之一所在的位置上，设有凹口90，所述凹口标记该导线为“活跃”导线24a，即比第二导线24b更多与井筒中的流体相交流的导线，而所述第二导线成为对照导线24b。在使用中，电缆86的作用与此前参照图1至图5所述的流体测定系统一样。来自活跃传感导线24a的信号将得到测定。此外，还将测定来自对照传感导线24b的对照信号。由于传感导线24b与传感导线24a等同，且它们暴露在井下的相同环境条件中，可以参照信号对照导线24b，来校准来自活跃导线24a的信号。这保证了用于分析的信号和流体的计算仅代表所述活跃导线通过凹口90所接触到的流体的作用。

本发明的流体测定系统中，电缆92的又一种适合的实施方式如图9（a）、（b）和（c）所示，其中，与图7和图8中的相似部件以相同标号标记，以便清楚辨认。图9中所示尺寸仅为说明目的，而并非必须等比例使用。电缆92的截面为圆柱形，具有一条偏置的加热导线94。加热导线94包裹在绝缘但导热材料层96中，将加热导线94与实时传感器24c隔绝，但允许导线92至光纤传感电缆98的热传导。实时传感导线24c和光纤传感电缆98旁设有实时传感器24c的接地回路导线88a和连接电子模块的连通导线88b。实时传感器24c以短螺距的螺旋形螺旋缠绕在材料层96上。外围导线88a、88b和96形成有间隔的大致螺旋形，以辅助构建电缆92。整个电缆92包裹在强化材料100中，以形成圆柱形电缆，以便于向在井筒中放置。在使用时，电缆92经由上文所述的实时传感电缆24c，提供一种流体测定系统，同时还通过加热导线94和光纤传感电缆98，提供一种分布式温度传感器。运用来自每个所述系统的测量值，将流体速度信息与流体组成成分信息相结合，以提供井筒中流体性质的进一步信息。使用分布式温度传感电缆98，对导线94的生热进行二维测定，且该生热信息以此述的流体混合物测定来校准后，允许对井筒的油、水和气体组合混合物进行更为准确的测定。

如图10（a）所示，所述系统10、110、120可以进入绑定了管道74的井筒12、112、212。所述地表电子模块16以连接电缆18连接至传感序列上，而所述电缆绑定在管道74上。还设有上端电子模块22和具有多个电缆结构或电子模块的传感区域，而其下端以下端电子模块26结尾。

图10（b）中所示为一种可选的配置安排。所述系统10凭借重力下降，或用牵引机拖入井筒12，并固定在适当位置。该自主部署系统可以设有地表记录器和记录仪16，连接至上端电子模块22和传感节段24的连接电缆18。所述传感节段可以是电缆的单一节段，或具有多个电子模块的多个节段，或不同电缆几何结构的多个节段，如上文所述，所有所述传感节段都以下端电子模块26结尾，所述下端电子模块可以结合锚或挂钩76，以将电缆固定在适当位置。

本发明的一个根本性的有益效果在于，提供了一种对井筒的一段长度上的流体类型和混合物进行二维（时间和深度）测定的系统和方法。

本发明的又一有益效果在于，其可以进行近乎实时的测定，从而改进了对井操作的效率。

本发明的又一有益效果在于，可以对生产井进行测定，而不像现有技术中的测井系统那样，测定时必须停产。

对本领域技术人员来说，显而易见，可以在不脱离本发明范围的前提下，对其作出改进。例如，所述导体可以是井筒（如管道或套管）的结构部件。虽然附图中所示为垂直的井筒，所述系统可以在任何方向的任何管道中运行。可以使用水平井筒或多边井筒。此外，所述系统还可以应用在管线中。

Claims (19)

1.用于沿井筒中的一段取样长度测定移动流体的系统，包括：

电子模块，所述电子模块具有与绳索连接的第一端，且包括脉冲发生器，所述脉冲发生器可在井下操作以生成脉冲；

电缆，所述电缆从位于流体内的所述电子模块垂下，包括一对导体，所述导体的长度大致等同于所述取样长度；

数据采集器，所述数据采集器对沿所述电缆注入的脉冲的响应进行记录；以及

处理器，所述处理器根据所述响应对流体混合物进行测定。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还增加了一个或多个电子模块和电缆，所述电子模块和电缆依次悬垂在所述流体中，以提供取样长度的线性阵列。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，每个取样长度包括多个节段，相邻的所述节段具有不同的特征阻抗。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述取样长度沿所述电缆呈螺旋形盘绕排列。

5.根据前述权利要求的任一项所述的系统，其特征在于，所述脉冲发生器提供如下高频脉冲信号中的一种：调制载波、脉冲流、脉冲序列、脉冲群和PN序列。

6.根据前述权利要求的任一项所述的系统，其特征在于，所述处理器包括将所述响应与所述井筒的数学模型进行对比，以对每个取样长度上的流体混合物进行测定的装置。

7.根据前述权利要求的任一项所述的系统，其特征在于，所述电子模块包括所述数据采集器。

8.根据前述权利要求的任一项所述的系统，其特征在于，所述电子模块安装在每个取样长度的每一端。

9.根据前述权利要求的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括模拟检测单元和装置，以分析模拟反射响应。

10.根据前述权利要求的任一项所述的一种流体测定系统，其特征在于，所述系统包括用作参照的第二电缆。

11.根据前述权利要求的任一项所述的一种流体测定系统，其特征在于，所述系统进一步包括光学分布式温度传感器和相关加热元件。

12.一种测定管道中流动的流体混合物的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）在位于井筒的流动流体中的电缆上，运行脉冲发生器；

（b）沿所述流体中悬垂自所述脉冲发生器的电缆注入脉冲；

（c）记录所述脉冲在所述电缆上的平均传播速度的响应；以及

（d）确定所述电缆长度上的流体混合物。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对所述信号在所述电缆内的界面上反射所形成的多个响应进行记录。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤（b）包括注入高频脉冲PN序列，且所述步骤（c）包括匹配正确脉冲序列，以记录响应。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤（c）包括将所述响应与数学模型对比的步骤。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括沿所述电缆的不同位置生成信号，并在所述电缆的多个位置上测定响应的步骤。

17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其特征在于，对来自第二电缆的响应进行记录，用来为所述电缆提供参照。

18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括对模拟响应进行记录，用来为测定提供额外信息的步骤。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在管道中穿过一条光学分布式温度传感电缆和加热元件；通过对所述元件进行加热，并测定所述流体中的热损失，来生成流体速度信息；以及，使用所述信息来辅助对所述流体混合物的测定。

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