CN105089613B - 一种动态参数测量短节、节能采油系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态参数测量短节、节能采油系统及方法。该动态参数测量短节包括短节外壳、测试仓和环空液体流动通道。其中短节外壳两端开口；测试仓为封闭式仓且通过支撑元件固定于短节外壳内，包括测试仓液体入口、测试仓液体出口和传感器与测量模块；环空液体流动通道位于短节外壳与测试仓之间。产层的产液通过测试仓液体入口流入测试仓，经过传感器与测量模块、通过测试仓液体出口流入环空液体流动通道，并且通过开口流出该动态参数测量短节。传感器与测量模块用于采集产层的产液参数。本发明提高了油井监测结果的精度和可信度，并且实现了油井长期动态监测与智能封堵的功能，避免了能源浪费，达到了节能降耗的效果。

Description

一种动态参数测量短节、节能采油系统及方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及一种动态参数测量短节、节能采油系统及方法。

背景技术

在油田的开采过程中，随着开发时间的延长，原油的产量会不断下降。由于绝大多数油井采用注水或注聚合物等方式进行开采，从而导致油井产液的含水率很高。油田的地面工程设施需要把采出的液体所含的大量水份分离出去，然后再回注到地层中以提高地层的压力，这样才能把地层中越来越少的石油驱替出来。

经过长期开采，地层中的产液已非油水混合均匀的液体，即不属于退极化分布状态，同时原油已经无连续相可言。不论是在两相流还是三相流状况下，常规缆式方法一次所测的全井资料都无法反映不同油层的变化规律。因此，常规缆式方法的含水率测量误差过大，从而会使针对堵水的判断失误、造成堵水效果不明显或失败，结果会导致大量的无功作业和电力能源浪费。

发明内容

为解决由于常规方法的含水率测量误差所导致的采油时能源浪费问题，实现节能采油，本发明提供一种用于油井分层监控及油层开闭控制的动态参数测量短节，该动态参数测量短节包括：

短节外壳，其两端开口；

测试仓，其为封闭式仓且通过支撑元件固定于短节外壳内，包括测试仓液体入口、测试仓液体出口和传感器与测量模块；以及

环空液体流动通道，位于短节外壳与测试仓之间；

其中，一个产层的产液通过所述测试仓液体入口流入所述测试仓，经过所述传感器与测量模块、通过所述测试仓液体出口流入所述环空液体流动通道，并且通过开口流出所述动态参数测量短节；其中，所述传感器与测量模块用于采集产层的产液的参数。

可选的，所述动态参数测量短节的短节外壳上具有液体流入孔，所述液体流入孔与测试仓液体入口之间连接有液体导入管，其中产液从短节外壳的外部通过该液体流入孔和液体导入管流入所述测试仓。

可选的，所述传感器与测量模块还用于根据一段时间内对一个产层采集的参数，获得该产层的产油情况。

可选的，所述传感器与测量模块包括一个或多个传感器阵列，所述传感器阵列包括以阵列结构排列的含水率传感器，所述含水率传感器用于采集经过传感器与测量模块的液体的含水率。

可选的，所述传感器与测量模块还包括用于测量温度、压力或者流量的传感器。

可选的，所述测试仓还包括电磁阀；其中，所述传感器与测量模块还用于根据所述一个或多个传感器阵列在一段时间内采集得到的含水率测量结果控制所述电磁阀打开或关闭所述测试仓液体出口。

可选的，所述传感器与测量模块用于在产层的含水率测量结果超过预定值时控制所述电磁阀关闭所述测试仓液体出口。

根据本发明的一个实施例，还提供一种节能采油系统，包括：

一个或多个油管；

一个或多个上述的动态参数测量短节；以及

封隔器，用于分隔产层；

其中，所述一个或多个动态参数测量短节用一个或多个油管进行串接；其中，通过由相邻的封隔器、套管、油管的部分以及一个动态参数测量短节构成的外环空间流入该动态参数测量短节的液体来自同一产层。

可选的，所述节能采油系统还包括控制与无线通讯模块，用于向地面传输每个动态参数测量短节监测到的对应产层的产油情况。

可选的，所述控制与无线通讯模块还用于控制电磁阀打开或封堵油井中的对应产层。

根据本发明的一个实施例，还提供一种采用上述节能采油系统的节能采油方法，包括：

步骤1)、对于油井的每个产层，通过该产层对应的动态参数测量短节的传感器与测量模块采集该产层的产液的参数；

步骤2)、每个传感器与测量模块根据在一段时间内采集得到的含水率测量结果控制该动态参数测量短节的电磁阀打开或关闭测试仓液体出口。

可选的，步骤2)包括：如果在一段时间内采集得到的含水率测量结果超过预定值，则传感器与测量模块控制动态参数测量短节的电磁阀关闭测试仓液体出口。

采用本发明可以达到如下的有益效果：

1、通过长时间分层采集每一个产层的多种动态参数，提高了含水率测量的精度；此外，采用阵列式的含水率传感器，符合高含水状态的油水空间与时间分布关系，从而保证了测量结果的可信度。

2、在采油过程中，每一个产层都依据本产层的测量结果自动地控制本产层通道的开启与关闭，完全避免了无效的注水循环，减少了电力的损耗，并且提高了高含水油田的注采效果，能够实现真正意义上的节能采油。

3、本发明适用于分支井和海洋石油开采。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的动态参数测量短节的透视图；

图2示出了根据本发明实施例的多个传感器阵列的示意图；以及

图3示出了根据本发明实施例的节能采油系统的透视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明加以说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明的一个实施例，提供一种动态参数测量短节，用于测量产油层(即产层)的动态参数。

图1示出了动态参数测量短节的一个实施例，该动态参数测量短节5包括短节外壳13和测试仓16。其中，短节外壳13可以是类似于油管的圆柱形外壳，其两端开口，且外壳上具有液体流入孔8。测试仓16位于短节外壳13内，用于测量相应产层的动态参数。可以通过支撑元件18将测试仓16固定在短节外壳13内，并且在短节外壳13和测试仓16之间形成环空液体流动通道12。如图1所示，测试仓16是表面具有测试仓液体入口17和测试仓液体出口9的封闭式圆柱体。测试仓16的测试仓液体入口17与短节外壳13的液体流入孔8之间通过液体导入管14相接，使得短节外壳13外的液体可经由液体流入孔8、液体导入管14和测试仓液体入口17流入测试仓16内。接着，液体可经由测试仓液体出口9流出测试仓16进入环空液体流动通道12。在流出测试仓16之前，该液体还会经过测试仓16内的传感器与测量模块10，该传感器与测量模块10用于测量流经它的液体的动态参数。

本文中，动态参数可以包括但不限于产液的温度、压力、流量和含水率，因此，在一个实施例中，传感器与测量模块10包括但不限于用于测量温度、压力、流量和含水率的传感器以及测量电路。在一个实施例中，传感器与测量模块10还可以包括微处理器，其用于根据连续一段时间在相应产层进行动态参数测量得到的测量结果(例如，流量测量结果、含水率测量结果等)得到该产层的产油情况(例如，累计的产液量、累计的产油量等)。

在本实施例中，采用连续一段时间测量的动态参数数据来得到含水率测量结果，这样做的原因在于：当产层的产液已非油水混合均匀的液体时，通过长时间的含水率测量所得到的含水率结果的可信度要高于一次测量得到的含水率数据。其中，可利用概率和随机过程模型对一段时间内测量得到的含水率数据进行处理，以得到含水率测量结果。并且，可以使用符合该模型的阵列式传感器来进行含水率的测量。在一个实施例中，用于测量含水率的传感器可以是如图2所示的多个传感器阵列20。其中，每个传感器阵列20可以包括在平面上以阵列形式排列的含水率传感器19，该传感器阵列平面垂直于测试仓16内的液体流向。多个传感器阵列20可在测试仓16内平行布置，这样的传感器结构可以保证传感器在立体空间内尽可能多地与被测液体接触，从而提高了测量结果的精度和可信度。

在上述动态参数测量短节5的基础上，根据本发明的一个实施例，还提供一种节能采油系统，用于提供油井的分层监测。

如图3所示，该节能采油系统包括一个或多个动态参数测量短节5，其中每一个产层对应有一个动态参数测量短节5，使得每个动态参数测量短节5能够实时地测量对应产层的动态参数。在一个实施例中，可以根据每个产层的深度，用油管1将多个动态参数测量短节5串接起来，使得在放入井下后每个动态参数测量短节5能与一个产层相对应，并且，在油管1内流动的液体也可以通过动态参数测量短节5的环空液体流动通道12流动。此外，可以利用套管2和油管1之间的多个封隔器4(例如Y111-114压缩式封隔器)将每一个产层隔开，使得通过短节外壳13上的液体流入孔8流入动态参数测量短节5的液体来自于同一个产层。如图3所示，某一产层的产液可通过套管2上的弹孔3流入由相邻的两个封隔器4、油管1的部分、套管2以及动态参数测量短节5的短节外壳13形成的外环空间11，进而经由短节外壳13上的液体流入孔8流入该动态参数测量短节5。

在一个实施例中，节能采油系统还可以包括丢手15以及控制与无线通讯模块7。在用油管1串接好所有动态参数测量短节5后，可在由油管1和动态参数测量短节5形成的管道的顶部(即接近地面的一端)装上丢手15，并且在丢手下方的管道内安装控制与无线通讯模块7(参见图3)。在一个实施例中，控制与无线通讯模块7可以是由微处理器、电子线路，以及频率小于100Hz的低频电磁波发射与接收装置组成的控制与无线通讯模块。该控制与无线通讯模块7可与地面无线通信，此外，该控制与无线通讯模块7可用于控制每个动态参数测量短节5并且用于井下状态与监测结果的传输，例如，控制与无线通讯模块7将从每个动态参数测量短节5接收的监测结果及系统工作状态无线传输到地面监控装置，地面监控装置可以通过该控制与无线通讯模块7控制动态参数测量短节5。其中，每个动态参数测量短节5与控制与无线通讯模块7之间可采用有缆通讯方式来实现信号通讯。线缆可沿由油管1和动态参数测量短节5的短节外壳13形成的管道延伸，以便连接无线通讯模块7和每个动态参数测量短节5。

除了能够进行油井的分层监测，在一个实施例中，节能采油系统的动态参数测量短节5还可以包括电磁阀6，用于封堵相应的产层。在进一步的实施例中，除了使用地面监控装置根据分层监控结果来控制产层的开启和关闭，传感器与测量模块10中的微处理器也可以对比经过一段时间测量之后得到的含水率测量结果与预定值，当测量结果超过该预定值时，微处理器会给出一个控制命令来启动电磁阀6工作，以关闭该层对应的动态参数测量短节5的测试仓液体流出口9，从而该层的产液无法通过测试仓液体流出口9进入环空液体流动通道12，进而去往地面。这样，由传感器与测量模块10以及电磁阀6实现了产层采出的反馈闭环控制。也就是说，当连续一段时间测量后得到的含水率结果高于预定值，则关闭该层，从而使得含水率过高的油层与环空液体流动输出通道12完全隔离，从而避免了大量的水参与采油过程的无用循环，在节约能源的同时也节省了时间。

在一个实施例中，当每一产层对应的动态参数测量短节5能够自动控制该产层的开启与关闭时，控制与无线通讯模块7也可以用于地面人工辅助控制井下电磁阀6的动作，以消除安全隐患。

下面结合具体实验来验证本发明提供的节能采油系统的有效性，实验背景如下：

某油田某区块属于正旋回沉积地层，目前已进入高含水后期，经过长期注水与注聚合物开发，油藏储层孔隙结构发生变化，形成了许多底部大孔道结构，厚层孔隙大的底部储层内驱油效不好，而顶部又不清楚情况。A1和A2是该区块的两口产出井，S1、S2和P1是位于870米以下的产层，都属于正旋回沉积，两口井相距430米左右。

实验对比了采用常规阻抗式环空测井与本发明提供的节能采油系统分别对A1和A2进行测量与控制的效果。在本实验中，用5级Y111-114压缩式封隔器配合动态参数测量短节5来组成节能采油系统。首先根据油井中每个产层的深度，利用油管1和5级Y111-114压缩式封隔器把多个动态参数测量短节5先在地面串接起来，并且在其顶部装上控制与无线通讯模块7和丢手15组成节能采油系统。接着，用作业车将在地面组装好的节能采油系统放到井下，经过常规的地面打压坐封后，由地面无线通讯控制系统(例如，通过控制与无线通讯模块7)启动该系统工作。该节能采油系统会根据事先在地面设置的采样密度、流量和含水率预定值等要求来自动监测与控制井下产层的采油过程，通过电磁阀6和传感器与测量模块10构成的反馈闭环控制自行决定开启或关闭对应的产层，实现油井的分层监测与节能采油。

表1给出了采用常规方法(简称常规)和采用本发明提供的节能采油系统(简称本发明)得到的平均每日产液量和原油产量。如表1所示，在使用本发明提供的系统时，两口井在产液量降低了36％－41％的情况下，几乎没有影响到产油量。也就是说，相对常规方法而言，减少了近40％左右的液体无用循环，相当于节约了近40％的能源消耗。由此可见，本发明提供的系统在采油时节能显著，具有很好的实用性。

表1

表2和表3分别给出了使用常规缆式环空找水测井对两口井的监测结果。从表2中可以看出，A1井实际原油产量的误差为63％。从表3中可以看出，A2井实际原油产量的误差更高，达到了171％。这些测量结果表明，采用常规测量方法导致测量的原油产量与实际产量误差太大，其无法指导实际生产。

表2

A1#	S1层	S2层	P1层
					流量m<sup>3</sup>/d	8.6	17.8	32
含水率％	67	89	93
					平均含水率％				83
测量总产液量				58.4m<sup>3</sup>/d
					实际产液量				55m<sup>3</sup>/d
计算产油量				7.03m<sup>3</sup>/d
					实际量油				4.3m<sup>3</sup>/d

表3

A2#	S1层	S2层	P1层
					流量m<sup>3</sup>/d	12.8	15.8	36
含水率％	87	76	64
					平均含水率％				75.7
测量总产液量				64.6m<sup>3</sup>/d
					实际产液量				61m<sup>3</sup>/d
计算产油量				18.41m<sup>3</sup>/d
					实际量油				6.8m<sup>3</sup>/d

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

附图标记列表

1-油管；

2-套管；

3-弹孔；

4-封隔器；

5-动态参数测量短节；

6-电磁阀；

7-控制与无线通讯模块；

8-液体流入孔；

9-测试仓液体流出孔；

10-传感器与测量模块；

11-外环空间；

12-液体流动通道；

13-短节外壳；

14-流体导入管；

15-丢手；

16-测试仓；

17-测试仓液体入口；

18-支撑元件；

19-含水率传感器；

20-传感器阵列。

Claims (10)

1.一种动态参数测量短节(5)，包括：

短节外壳(13)，其两端开口；

测试仓(16)，其为封闭式仓且通过支撑元件(18)固定于短节外壳(13)内，包括测试仓液体入口(17)、测试仓液体出口(9)和传感器与测量模块(10)；以及

环空液体流动通道(12)，位于短节外壳(13)与测试仓(16)之间；

其中，一个产层的产液通过所述测试仓液体入口(17)流入所述测试仓(16)，经过所述传感器与测量模块(10)、通过所述测试仓液体出口(9)流入所述环空液体流动通道(12)，并且通过开口流出所述动态参数测量短节(5)；

其中，所述传感器与测量模块(10)用于采集产层的产液的参数，所述传感器与测量模块(10)包括多个传感器阵列(20)，每个传感器阵列(20)包括在平面上以阵列结构排列的含水率传感器(19)，所述含水率传感器(19)用于采集经过传感器与测量模块(10)的液体的含水率；其中，所述多个传感器阵列(20)在所述测试仓(16)内平行布置并且每个传感器阵列(20)平面垂直于所述测试仓(16)内的液体流向；

其中，所述测试仓(16)还包括电磁阀(6)；所述传感器与测量模块(10)还用于根据所述多个传感器阵列(20)在一段时间内采集得到的含水率测量结果控制所述电磁阀(6)打开或关闭所述测试仓液体出口(9)。

2.根据权利要求1所述的动态参数测量短节(5)，其中，所述动态参数测量短节(5)的短节外壳(13)上具有液体流入孔(8)，所述液体流入孔(8)与测试仓液体入口(17)之间连接有液体导入管(14)，其中产液从短节外壳(13)的外部通过该液体流入孔(8)和液体导入管(14)流入所述测试仓(16)。

3.根据权利要求1所述的动态参数测量短节(5)，其中，所述传感器与测量模块(10)还用于根据一段时间内对一个产层采集的参数，获得该产层的产油情况。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的动态参数测量短节(5)，其中，所述传感器与测量模块(10)还包括用于测量温度、压力或者流量的传感器。

5.根据权利要求1所述的动态参数测量短节(5)，其中，所述传感器与测量模块(10)用于在产层的含水率测量结果超过预定值时控制所述电磁阀(6)关闭所述测试仓液体出口(9)。

6.一种节能采油系统，包括：

一个或多个油管(1)；

一个或多个如权利要求1-5中任一项所述的动态参数测量短节(5)；以及

封隔器(4)，用于分隔产层；

其中，所述一个或多个动态参数测量短节(5)用一个或多个油管(1)进行串接；

并且其中，通过由相邻的封隔器(4)、套管(2)、油管(1)的部分以及一个动态参数测量短节(5)构成的外环空间(11)流入该动态参数测量短节(5)的液体来自同一产层。

7.根据权利要求6所述的节能采油系统，还包括：

控制与无线通讯模块(7)，用于向地面传输每个动态参数测量短节(5)监测到的对应产层的产油情况。

8.根据权利要求7所述的节能采油系统，其中，所述控制与无线通讯模块(7)还用于控制电磁阀(6)打开或封堵油井中的对应产层。

9.一种采用如权利要求6-8中任一项所述的节能采油系统的节能采油方法，包括：

步骤1)、对于油井的每个产层，通过该产层对应的动态参数测量短节(5)的传感器与测量模块(10)采集该产层的产液的参数；

步骤2)、每个传感器与测量模块(10)根据在一段时间内采集得到的含水率测量结果控制该动态参数测量短节(5)的电磁阀(6)打开或关闭测试仓液体出口(9)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中步骤2)包括：

如果在一段时间内采集得到的含水率测量结果超过预定值，则传感器与测量模块(10)控制动态参数测量短节(5)的电磁阀(6)关闭测试仓液体出口(9)。