CN105587304A - 火驱点火监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火驱点火监测系统。该监测系统包括：传感器，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；模数转换设备，与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号；显示设备，与模数转换设备相连接，用于基于数字信号显示传感器采集到的参数；点火器，设置在点火井中；调节装置，与点火器相连，用于调节点火器的功率。解决了无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题，达到了可为注气点火参数调控提供参考依据，从而大幅度提高原油采收率的效果。

Description

火驱点火监测系统

技术领域

本发明涉及采油技术领域，具体而言，涉及一种火驱点火监测系统。

背景技术

目前稠油开采主要以注蒸汽热采为主。随着开采周期的延长，大部分稠油老区火驱进入开发中后期普遍存在油汽比低、含水率高、经济效益低下等问题，急需转换开发方式。

火驱是稠油热采领域的前沿技术，与其它热采方法相比，火驱具有明显的技术优势：热效率高，适用油藏范围广，对环境污染小，采收率高的特点。作为稠油油藏注蒸汽后期的接替开发技术，能大幅度提高原油采收率。

火驱技术(也称为火烧油层)是将含氧气体(空气)从注入井注入油层，通过人工点火(电热、燃气、化学)方式点燃油层，利用原油中10％重质成分作为燃料，连续注入空气为助燃剂，不断向油层传递热量和驱动能量来提高产量的一种热力采油方法。当火线由注入井向生产井移动式，形成7个不同温度带和流体饱和度带，即已燃区、燃烧前缘、焦炭、蒸汽带、热水带、轻质油带和富油带。

所谓点火，即采用自燃或人工加热的方式在近井地带形成一个高温区域，在此区域内原油与注入空气发生剧烈氧化反应即燃烧，从而点燃油层。自燃点火需要原油具有良好的氧化特性，一般比较少见。现有技术中火驱采用的人工点火技术按热源的不同主要有电(加热)点火、井下高温气(液)体燃烧器点火、化学点火3种点火方式。电点火工艺见图1，包括：上位机监测计算机1、空气压缩机2、电控柜3、电缆4、测温点5和电加热器6。将电热点火器下至井底，在点火过程中，通过调节地面调压装置来调节点火器的加热功率，以及通过节流阀调整井口的注气流量，从而控制点火器的出口空气温度高于其附近地层原油的燃点。电点火技术的优点就是点火过程较为可靠，点火温度可实现精确调控，是应用较多的点火技术。

火烧油层的工艺过程非常复杂，尤其在点火过程中，实时了解油层温度分布及其各种参数的变化是判断成功点燃的关键，而油层是由岩石组成的孔隙结构，充有原油和水等，在高温气体进入油层的热交换过程中还发生组分和相态的变化，油层升温过程中同时向上下盖层发生传导等热交换过程，所以气体加热油层是非常复杂的过程。加热过程中油层内的温度、压力组分等参数是点火过程的基本参数，其对点火工艺的调控至关重要，而这些参数无法在油层中布设测量装置进行直接监测。

目前对于点火过程油层燃烧状态的判断主要采用间接的综合方法：首先在井下加热器出口部位设置温度传感器，确保进入油层的空气温度高于原油燃点，在点火期间，通过人工取样的方法动态监测点火井周边一线生产井产出气体组分中O₂、CO₂浓度变化的情况，一般认为O₂浓度接近于零，CO₂浓度高于10％，即可判断油层已点燃。

由于不可能在井筒周围的油层中布设测温点，现有技术中分析近井地带燃烧温度及判断点火是否成功的方法都属于间接的监测手段，井下测温容易受到传感器测量误差的影响，产出井气体组分受取样间隔、油井间地层连通性以及部分CO₂可溶解于地层水中其浓度受到影响等多种因素的影响，当周边存在已点火井时，产出井中燃烧气体组分受已点火井干扰，使得取样气体无法较准确地反应油层实际燃烧特征，从而无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况。

针对相关技术中无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种火驱点火监测系统，以解决无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种火驱点火监测系统。根据本发明的火驱点火监测系统包括：传感器，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；模数转换设备，与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号；显示设备，与模数转换设备相连接，用于基于数字信号显示传感器采集到的参数；点火器，设置在点火井中；调节装置，与点火器相连，用于调节点火器的功率；传感器包括以下任意一个或多个传感器：第一传感器，与点火井口油管注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气速度；第二传感器，与点火井地面注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气压力；第三传感器，与点火井套管注气管线相连接，用于采集传送至点火器外壁的冷却注气速度；第四传感器，与点火电控柜相连接，用于采集点火器的加热功率数据；第五传感器，设置于点火器上端，用于采集点火器的接线端温度；第六传感器，设置于点火器下端，用于采集点火器的出口温度；第七传感器，设置于点火井井口，用于采集点火井井口温度。

进一步地，模数转换设备包括：转换机构，用于接收模拟信号并转换为数字信号；微控制器，与转换机构相连接，用于读取数字信号；发送机构，与微控制器相连接，用于发送数字信号至显示设备。

进一步地，发送机构包括用于发送数字信号的第一无线模块，显示设备包括用于接收数字信号的第二无线模块。

进一步地，该系统还包括：第二处理器，与模数转换设备相连接，用于对数字信号进行解析，得到采集参数数据；存储器，与第二处理器相连接，用于存储采集参数数据。

进一步地，该系统还包括：空气压缩设备，与点火器相连接，用于提供点火器所需的风压。

进一步地，点火器包括：外筒，在外筒的顶端设置有端盖；发热元件，设置在外筒内；扶正器，设置在外筒的外壁上；电缆接头，设置在端盖上。

进一步地，点火器还包括：发热元件感温元件；热端感温元件；冷端感温元件。

本发明提供的火驱点火监测系统，通过传感器，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；模数转换设备，与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号；显示设备，与模数转换设备相连接，用于基于数字信号显示传感器采集到的参数；点火器，设置在点火井中；调节装置，与点火器相连，用于调节点火器的功率；传感器包括以下任意一个或多个传感器：第一传感器，与点火井口油管注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气速度；第二传感器，与点火井地面注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气压力；第三传感器，与点火井套管注气管线相连接，用于采集传送至点火器外壁的冷却注气速度；第四传感器，与点火电控柜相连接，用于采集点火器的加热功率数据；第五传感器，设置于点火器上端，用于采集点火器的接线端温度；第六传感器，设置于点火器下端，用于采集点火器的出口温度；第七传感器，设置于点火井井口，用于采集点火井井口温度。解决了无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题，达到了可为注气点火参数调控提供参考依据，从而大幅度提高原油采收率的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术中火驱点火装置的示意图；

图2是根据本发明的火驱点火监测系统的第一实施例的示意图；

图3是根据本发明的监测系统计算模型的示意图；

图4是根据本发明的监测软件中油层温度界面的示意图；

图5是根据本发明的监测软件中空气温度界面的示意图；

图6是根据本发明的监测软件中空气压力界面的示意图；

图7是根据本发明的火驱点火监测系统的第二实施例的示意图；

图8是根据本发明的火驱点火监测系统的第三实施例的示意图；以及

图9是根据本发明的火驱点火监测系统的第四实施例的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明旨在提供一种火驱点火监测系统，该系统通过点火过程中点火井就地采集的点火参数，将点火参数发送至监控计算机，由组态软件实时显示现场点火参数，同时将这些数据存入数据库中供模拟监测软件实时提取数据，通过计算得出近井地带油层被加热后的温度、压力、含油(水)饱和度等参数，为分析点火过程中近井地带加热半径分布、判断燃烧状态提供参考依据。

图2是根据本发明的火驱点火监测系统的第一实施例的示意图。如图2所示，该系统将井下点火器冷端和热端测温电阻数据、热电阻信号、计算到的温度补偿值、井口注气参数7、井下测温数据8、点火功率数据9等现场模拟量数据。其中，井口注气参数7包括：点火井口的注空气量、注气压力和注气温度。通过信号电缆传输至控制柜，通过控制柜上安装的数据采集模块10将现场模拟量转换为数字信号。需要说明的是：数据采集模块10为小型RTU，也可采用PLC模拟量输入模块或无纸记录仪以及模拟量采集板卡等类似模块，其主要功能是通过采集热电阻、热电偶、4-20mA、0-5V等模拟信号，通过设置通道地址、采样时间和显示量程等参数，将模拟量转换为12位数字量，再通过modbus等通讯协议传输至上位计算机。通过无线传输模块11及无线传输模块12远程传输至中控室的监控计算机13，由监控计算机上的组态软件实时显示现场注气和点火参数，以便于监控和调节点火井的参数。同时，组态软件将这些数据存入数据库14中供模拟监测软件15提取数据做运算分析，计算出近井地带油层被加热后的温度、压力、含油(水)饱和度等参数的变化情况，可为分析点火过程中近井地带加热半径分布、判断燃烧状态提供参考依据。

需要说明的是：组态软件接收远程终端的数字信号，在开发的监控主界面上实时显示采集数据，同时以2分钟一次的频次将数据存入oracle数据库中，通过定期刷新模拟监测软件，提取数据库中最新数据做数值运算，单次运算时间小于2分钟。

该系统可对油层注气点火过程中井筒周边油层加热带的范围和油层温度随注气参数的变化特征进行研究，对点火过程的燃烧状况提供参考信息。通过现场应用7井次表明，模拟监测系统能实时模拟井下加热半径以及油层加热带的温度和压力分布，分析燃烧状态与产出气体组分监测分析结果吻合度高，可为注气点火参数调控提供依据。火驱作为稠油油藏注蒸汽后期的接替开发技术，能大幅度提高原油采收率，该系统在稠油火驱开采领域有着非常广阔的应用前景。

将电热点火器A下至井底，在点火过程中，通过调节地面调压装置来调节点火器的加热功率，以及通过节流阀调整井口的注气流量，从而控制点火器的出口温度D高于其附近地层原油的燃点。模拟监测软件采用的耦合传热计算模型如图3所示，图示箭头代表传热方向。其基于流体力学、传热学的理论，以现场采集到的注气速度Q、注气压力P、注气温度T1，井下点火器出口温度T2、点火功率等点火参数为基本输入，在竖直井筒中分别考虑了注入气体的流动过程、注入气体的加热过程以及通过井筒壁向地层传热的计算模型，在油层B中及气体占据区C分别考虑了热空气与水、油的混合过程以及油层径向、油层加热带与上下岩层的传热过程的计算模型。通过求解建立的计算模型即可得到距离井筒轴心不同半径如R1、R2处注入热空气与原油和水混合后的温度T1、T2，压力P1、P2以及相应的含油(水)饱和度等点火关键参数。

部分模拟监测软件显示界面如图4、图5和图6所示，该软件具有在线模拟和离线模拟监测功能，在线模拟监测的主要功能是通过采集到的点火实时数据，分析处理并实时显示点火过程中，近井地带油层被加热后的温度、压力、含油(水)饱和度、空气压力等参数的变化情况。离线模拟监测的功能是从数据库中提取点火历史数据，在模拟软件中分析处理得到点火过程中油层加热参数变化情况，便于研究人员对已点火井进行深入研究分析。此外，若在线监测时出现系统运行故障、系统掉电导致数据丢失等问题时，可以通过离线模拟监测功能重新得到恢复缺失的数据，然后继续进行在线监测。模拟监测软件数据分析与处理功能，包括①在线实时分析处理分析油层燃烧参数；②利用历史数据离线分析油层燃烧参数，且具有断点恢复功能；③主界面多参数显示功能，综合显示井筒与油层加热关键参数动态变化过程；④一键式提取分析数据结果功能，可将数千个软件分析处理结果文件，按不同类型参数及分析要求整合到一个excel表内，便于点火数据的分析与处理。

图7是根据本发明的火驱点火监测系统的第二实施例的示意图。如图7所示，该火驱点火监测系统包括：传感器10、模数转换设备20和显示设备30。

传感器10，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号。

传感器(英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器10包含井口温度传感器、功率传感器、油层温度传感器等7个传感器。

模数转换设备20，与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号。

点火器40，设置在点火井中。

调节装置50，与点火器相连，用于调节点火器的功率。

模数转换设备20包括A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。因此任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

模数转换设备最重要的参数是转换的精度与转换速率，通常用输出的数字信号的二进制位数的多少表示精度，用每秒转换的次数来表示速率。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。

显示设备30，与模数转换设备相连接，用于基于数字信号显示传感器采集到的参数。

本发明实施例提供的火驱点火监测系统，通过传感器10采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；模数转换设备20与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号；显示设备30与模数转换设备相连接，基于数字信号显示传感器采集到的参数，点火器40设置在点火井中，调节装置50与点火器相连，用于调节点火器的功率。解决了无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题，达到了可为注气点火参数调控提供参考依据，从而大幅度提高原油采收率的效果。

优选地，第一实施例还包括：第一处理器，与显示设备相连接，用于基于传感器采集到的参数得到点火过程中油层内参数的动态分布。

图8是根据本发明的火驱点火监测系统的第三实施例的示意图。如图8所示，该火驱点火监测系统包括：传感器10、模数转换设备20、显示设备30、点火器40、调节装置50、转换机构60、微控制器70和发送机构80。

传感器10，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号。

模数转换设备20，与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号。

显示设备30，与模数转换设备相连接，用于基于数字信号显示传感器采集到的参数。

点火器40，设置在点火井中。

调节装置50，与点火器相连，用于调节点火器的功率。

转换机构60，用于接收模拟信号并转换为数字信号。

转换机构70，与转换机构相连接，用于读取数字信号。

发送机构80，与微控制器相连接，用于发送数字信号至显示设备。

本发明实施例提供的火驱点火监测系统，通过传感器10采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；模数转换设备20与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号；显示设备30与模数转换设备相连接，基于数字信号显示传感器采集到的参数，点火器40设置在点火井中，调节装置50与点火器相连，用于调节点火器的功率，转换机构60用于接收模拟信号并转换为数字信号；转换机构70与转换机构相连接，用于读取数字信号；发送机构80与微控制器相连接，用于发送数字信号至显示设备，解决了无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题，达到了可为注气点火参数调控提供参考依据，从而大幅度提高原油采收率的效果。

图9是根据本发明的火驱点火监测系统的第四实施例的示意图。如图9所示，该火驱点火监测系统包括：传感器10、模数转换设备20和显示设备30。其中传感器10还包括第一传感器101、第二传感器102、第三传感器103、第四传感器104、第五传感器105、第六传感器106或第七传感器107。

传感器10，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号。

模数转换设备20，与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号。

显示设备30，与模数转换设备相连接，用于基于数字信号显示传感器采集到的参数。

点火器40，设置在点火井中。

调节装置50，与点火器相连，用于调节点火器的功率。

第一传感器101，与点火井口油管注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气速度。

第二传感器102，与点火井地面注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气压力。

第三传感器103，与点火井套管注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气温度。

第四传感器104，与点火电控柜相连接，用于采集点火器的加热功率数据。第五传感器105，设置于点火器上端，用于采集点火器的接线端温度。

第六传感器106，设置于点火器下端，用于采集点火器的出口温度。

第七传感器107，设置于点火井井口，用于采集点火井井口温度。

本发明实施例提供的火驱点火监测系统，通过传感器10采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；模数转换设备20与传感器设备相连接，用于将模拟信号转换为数字信号；显示设备30与模数转换设备相连接，基于数字信号显示传感器采集到的参数，点火器40设置在点火井中，调节装置50与点火器相连，用于调节点火器的功率，第一传感器101与点火井口油管注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气速度。第二传感器102与点火井地面注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气压力。第三传感器103与点火井套管注气管线相连接，用于采集传送至点火器的注气温度。第四传感器104与点火电控柜相连接，用于采集点火器的加热功率数据。第五传感器105设置于点火器上端，用于采集点火器的接线端温度，第六传感器106设置于点火器下端，用于采集点火器的出口温度，第七传感器107设置于点火井井口，用于采集点火井井口温度，解决了无法准确判断点火过程中油层加热半径的分布和油层的燃烧状况的问题，达到了可为注气点火参数调控提供参考依据，从而大幅度提高原油采收率的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种火驱点火监测系统，其特征在于，包括：

传感器，用于采集点火过程中点火井油层内的参数，得到模拟信号；

模数转换设备，与所述传感器设备相连接，用于将所述模拟信号转换为数字信号；

显示设备，与所述模数转换设备相连接，用于基于所述数字信号显示所述传感器采集到的参数；

点火器，设置在所述点火井中；

调节装置，与所述点火器相连，用于调节所述点火器的功率；

所述传感器包括以下任意一个或多个传感器：

第一传感器，与点火井口油管注气管线相连接，用于采集传送至所述点火器的注气速度；

第二传感器，与点火井地面注气管线相连接，用于采集传送至所述点火器的注气压力；

第三传感器，与点火井套管注气管线相连接，用于采集传送至所述点火器外壁的冷却注气速度；

第四传感器，与点火电控柜相连接，用于采集所述点火器的加热功率数据；

第五传感器，设置于所述点火器上端，用于采集所述点火器的接线端温度；

第六传感器，设置于所述点火器下端，用于采集所述点火器的出口温度；以及

第七传感器，设置于所述点火井井口，用于采集所述点火井井口温度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一处理器，与所述显示设备相连接，用于基于所述传感器采集到的参数得到所述点火过程中油层内的参数的动态分布。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模数转换设备包括：

转换机构，用于接收所述模拟信号并转换为数字信号；

微控制器，与所述转换机构相连接，用于读取所述数字信号；以及

发送机构，与所述微控制器相连接，用于发送所述数字信号至所述显示设备。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发送机构包括用于发送所述数字信号的第一无线模块，所述显示设备包括用于接收所述数字信号的第二无线模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二处理器，与所述模数转换设备相连接，用于对所述数字信号进行解析，得到采集参数数据；以及

存储器，与所述第二处理器相连接，用于存储所述采集参数数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

空气压缩设备，与所述点火器相连接，用于提供所述点火器所需的风压。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述点火器包括：

外筒，在所述外筒的顶端设置有端盖；

发热元件，设置在所述外筒内；

扶正器，设置在所述外筒的外壁上；以及

电缆接头，设置在所述端盖上。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述点火器还包括：

发热元件感温元件；

热端感温元件；以及

冷端感温元件。