CN105683496A - 用于监测管道内的流体流的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于监测管道(5)内的流体流的方法包括：-将光纤(11)声学耦联到所述管道(5)，使所述光纤(11)与所述管道内的一个或多个限流件(R1-R4)相邻；-引入分布式声学感测(DAS)组件(12)，以测量由流过各限流件(R1-R4)的流体在所述光纤(11)中产生的声学噪声特征(SNR1-4)；-根据测得的所述声学噪声特征(SNR1-4)，推导流过各限流件(R1-R4)的流体的流体流率(QI、QI+II)；以及-在流体流率监视显示器上显示推导出的流体流率(QI、QI+II)。
Description
技术领域
本发明涉及用于监测管道内的流体流的方法和系统。
背景技术
当前有各种流量计可用于监测管道内的流体流。许多现有的流量计是难以安装在局促空间(诸如，油和/或气生产中或流体注入井中的井下)中的成本高的设备工件。
在美国专利No.6378380中，已知通过测量管道内的限流件两端的压力差监测这种情况下的流体流。然而，在油和/或气生产中或流体注入井中安装和校准这种流量计仍然是一种复杂且成本高的操作。
现有的井内文氏管流量计的进一步的缺点在于，Δ-P(Δp)传感器不可用于井下使用，因此绝对压力计将安装在每个文氏管流量计的上游和下游。结果是，为了推导出井下Δ-P(Δp)测量结果，必须减去两个大数字，这是导致不精确的主要原因。
为了降低这种不精确性，通常，井下文氏管经常被设计成具有大β(即，小内径)，以增大压降(Δp)。大压降(Δp>1巴)抑制了流体流量并且文氏管的小内径会阻止测井工具穿过文氏管。为了允许使用具有相对大内径的文氏管来测量相对小的Δ-P，这需要选择价格极高的高度敏感的压力计(如同石英晶体压力测量计(quartzdynegauge))。此外，各压力计具有定义的工作范围(常常1：10)，从而导致文氏管流量计具有相对小的工作范围(1:3)。因此，选择供井下使用的压力计需要很好地理解井的整个寿命期间的所期望井下压力的可能变化和压降(Δp)。
这需要避免或减轻与传统Δp测量方法相关的限制。
此外，需要用于在不需要安装压力计和其它相关高成本设备的情况下以成本有效方式监测管道内多个点的流体流的方法和系统。
发明内容
按照本发明，提供了一种用于监测管道内的流体流的方法，所述方法包括：
-将光纤声学耦联到所述管道，使所述光纤与所述管道内的限流件相邻；
-引入分布式声学感测DAS组件，以测量由流过所述限流件的流体在所述光纤中产生的声学噪声特征；
-根据测得的所述声学噪声特征，推导流过所述限流件的流体的流体流率；以及
-在流体流率监视显示器上显示推导出的流体流率。
可用符合McKinley等人的经验关系的测得的声学噪声特征SNR推导出流体流率Q，这需要用多流率测试来确定取决于所述限流件的数量的多个经验校准参数。
McKinley等人的经验关系可选地包括以下公式：
SNR＝A+B·QN，其中，A、B和N是凭经验确定的校准参数，可通过多流率生产测试来确定凭经验确定的校准参数，其中，气体和液体生产是通过测试分离器或多相流量计、或者通过流量测试在表面处测量的，在该流量测试中，将生产测井工具插入所述管道内所述限流件的附近，改变通过所述限流件的流体流率Q并用所述生产测井工具进行测量，同时用所述光纤和DAS询问器组件测量声学噪声特征SNR。
在多相流体混合物(诸如，两相流)中，可用在具有不同流阻率的两个连续流体限制件(诸如，具有不同外径/内径(OD/ID)比(β)的流文氏管)两端测得的声学噪声特征(SNR)，推导各个相位的流体流率。用已知的两个多相流公式，可推导两个单独流参数(诸如，气体/液体混合物中的气体和液体流率和油/水混合物中的水和油流率)。
可致使所述光纤和所述DAS组件测量流体流通过所述限流件向着所述光纤发送的1-10、10-200、200-2000或2000-5000Hz的不同频带内的声学信号的声学噪声特征SNR。
此外，按照本发明，提供了一种用于监测管道中的流体流的系统，所述系统包括：
-光纤，其声学耦联到所述管道的外表面，并与所述管道内的限流件相邻；
-分布式声学感测DAS组件，其被构造成测量由流过所述限流件的流体在所述光纤中产生的声学噪声特征；
-流体流动监视显示器，其用于显示根据测得的声学噪声特征推导出的流过所述限流件的流体的流体流率。
所述系统还可包括计算机可读介质，当连接到计算机时，所述计算机可读介质致使所述计算机用符合McKinley等人的经验关系的测得的声学噪声特征SNR推导出流体流率Q，所述经验关系将取决于所述限流件的数量的多个经验校准参数相关联。
McKinley等人的经验关系可包括使用以下公式：SNR＝A+B·QN，其中，A、B和N是凭经验确定的校准参数。
所述管道可以是布置在烃流体生产井内或者连接到烃流体生产井的烃流体运输管道、或者是连接到流体注入井或者布置在流体注入井内的流体注入管道，流体通过所述流体注入井注入到含烃流体地层。
具有不同流阻率的多个限流件可沿着所述管道的长度的至少部分布置并且所述限流件可布置在生产区的下游的生产管线中或所述井的注入区的上游的流体注入管线中，以测量从所述注入区中的地层产生或者注入所述地层中的流体的量。
在随附权利要求书、摘要和附图中描绘的非限制实施例的具体实施方式中描述根据本发明的方法和系统的这些和其它特征、实施例和优点，在对附图的描述中使用参考标号，这些参考标号是指在附图中描绘的对应参考标号。
不同图中的类似参考标号指代相同或类似的对象。
附图说明
图1是使用根据本发明的方法和系统的监测流体流的井的流入区域的示意性纵向剖视图；
图2是使用传统ΔP方法和根据本发明的方法的监测压降和流体流入的井的示意性侧面和部分纵向剖视图；以及
图3示出使用传统ΔP方法和根据本发明的方法在图2中示出的井中测得的压降的比较。
具体实施方式
图1是油和/或气生产井1的示意性纵向剖视图。
井1包括井套管2，井套管2被水泥粘结在周围地下地层3内。地层3包括两个油和/或气承载层3A和3B，并且井套管2被上部孔组件2A和下部孔组件2B穿孔，以便于原油和/或天然气从这些层3A和3B流入井1的内部中，如箭头4A和4B所示。
生产管线5从井口6悬起，进入井1中并且通过与油和/或气承载地层3A和3B的上边缘相邻设置的一对封隔器7和8密封地连接到井套管2，使得在生产管线5和井套管2之间的环状空间9被划分成上部环状空间9A、中间环状空间9B和下部环状空间9C。
允许原油和/或天然气经由下部孔组件2B、下部环状空间9C和生产管线5的敞口下端从下部原油和/或天然气承载地层3B流入生产管线5的内部的下部部分5B中，如箭头4B所示。
允许原油和/或天然气经由上部孔组件2A、中间环状空间9B和滑动套阀10从上部原油和/或天然气承载地层3A流入生产管线5的内部的上部部分5A中。
一对下部文氏管限流件R1和R2布置在滑动套阀10下方的生产管线5的内部的下部部分5B中并且一对上部文氏管限流件R3和R4布置在滑动套阀10上方的生产管线5的内部的上部部分5A中。
图2示出具有两个流入区20A和20B的油和/或气生产井20，在这两个流入区20A和20B中，原油和/或天然气流过进入井内的井套管21的孔部分21A-B进入流入区，在井套管21内，生产管线22从井口24悬起，同时井内部的下部区域被封隔器23A和23B分成两个井流入区20A和20B。
在各井流入区20A和20B中，生产管线22包括孔部分22A、22B，孔部分22A、22B连接到围绕包含环状流入控制阀(ICV)26A、26B的生产管线22内部的环状件22C、22D。各环状ICV26A、26B形成经过环状件22C、22D进入生产管线22内部的其它部分中的井流出Q1、Q2流量的限流件。
经过各ICV26A、26B的流体产生噪声(SNR1和SNR2)，通过将光纤27声学耦联到各ICV26A、26B来监测噪声。光纤27连接到分布式声学感测(DAS)组件28，DAS组件28通过光纤27发送光脉冲并且基于飞行时间和背散射光脉冲的Raleigh波长变化，测量因噪声SNR1和SNR2(分贝)产生的沿着光纤27的长度的应力变化。随后，按照McKinley等人的经验关系，根据测得的声学噪声特征SNR推导经过各ICV26A、26B内部的流体流率Q(M3/S)，McKinley等人的经验关系需要进行多流率测试，以确定取决于限流件数量的多个校准参数。可通过多流率生产测试来确定凭经验确定的校准参数，其中，通过测试分离器或多相流量计测量表面上的气体和液体生产。
在图2中示出的实施例中，McKinley等人的经验关系包括以下公式：SNRi＝Ai+Bi·Qi N i，其中，Ai、Bi和Ni是凭经验确定的校准参数，可将生产测井工具(PLT)插入管线22中，监测流率Q1和Q2，随后逐步变化流率Q1和Q2中的每个，同时通过光纤28和DAS组件27监测与ICV26A和26B中的每个相邻的声学噪声比SNR1和SNR2的变化，来确定各ICV26A和26B的这些校准参数。
因此，在下部流入控制阀ICV26A处测得的声学噪声SNR1是SNR1＝A1+B1·Q1 N 1，其中，A1、B1和N1是凭经验确定的校准参数，在上部流入控制阀ICV26B处测得的声学噪声SNR2是SNR2＝A2+B2·Q2 N 2，其中，A2、B2和N2是凭经验确定的校准参数。在图2中示出的实施例中，两对测量计P1&P2和P3&P4布置在生产管线22中，用于测量各ICV26A-26B两端的压降(即，环状件和管线压力之间的差异)，以根据本发明使用光缆27和DAS组件与流体流率测量平行地确定通过各ICV26A-26B的流体流入流率Q。
图3示出使用传统压降(ΔP)方法和根据本发明的声学噪声测量方法(DAS)的流体流率测量的比较的结果。
曲线图表明使用传统Δp方法的Δp测量结果和根据本发明的声学噪声(SNR)测量结果的比较，在传统Δp方法中，使用压力计P1&P2和P3&P4来测量各ICV26A、26B两端的压降，在根据本发明的声学噪声(SNR)中，测量各ICV26A、26B处或各ICV26A、26B附近的声学噪声SNR，比较结果表明，使用根据本发明的声学噪声(SNR)方法的流动测量与使用传统Δp测量方法的流动测量准确匹配。
传统Δp测量方法一般用于基于熟知的压力流率关系(诸如，Bernouilli定律)来测量经过限流件(诸如，孔板、文氏管和流入控制阀)的流体流率Q。
使用传统压力计P1-P4的缺点在于，它们是具有有限工作范围(1：10)的昂贵的设备工件，并且难以在远程位置(诸如，蒸气和/或其它流体注入井、油和/或气生产井中的井下或水中)进行安装、校准和检查。
在根据本发明的方法和系统中，只有光纤27在井下安装在井中，使得可用比传统Δp方法更有成本效益的方式来执行Δp和相关流体流测量。
根据本发明的方法和系统的其它优点在于，DAS对于拾取热和声学噪声是极其敏感的，从而允许小的β(文氏管的大内径和低压降)，允许例如生产测井工具的井介入工具。第二，DAS测量是可推导出流率的直接单次测量。第三，DAS的动态范围非常大，大得足以覆盖ΔP的整个范围。第四，只需要单个光纤，其上可以在多点设置有(几乎无限数量的)文氏管计。第五，串联的两个文氏管和相关的敏感DAS组件的组合可揭示关于毛重和WC(含水量)和/或井下井管线和/或其它多相流体运输管筒中的多相流中的GVF(含气率)的信息。
Claims (15)
1.一种用于监测管道内的流体流的方法，所述方法包括：
-将光纤声学耦联到所述管道，使所述光纤与所述管道内的限流件相邻；
-引入分布式声学感测DAS组件，以测量由流过所述限流件的流体在所述光纤中产生的声学噪声特征；
-根据测得的所述声学噪声特征，推导流过所述限流件的流体的流体流率；以及
-在流体流率监视显示器上显示推导出的流体流率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，按照McKinley的经验关系从测得的声学噪声特征SNR推导出流体流率Q，所述McKinley的经验关系将取决于所述限流件的数量的多个经验校准参数相关联。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，McKinley的经验关系包括以下公式：SNR＝A+B·QN其中，A、B和N是凭经验确定的校准参数。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，通过多流率生产测试来确定凭经验确定的校准参数A、B和N和其它经验校准参数，其中，气体和液体生产是通过测试分离器或多相流量计、或者通过流量测试在表面处测量的，在该流量测试中，将生产测井工具插入所述管道内所述限流件的附近，改变通过所述限流件的流体流率Q并用所述生产测井工具进行测量，同时用所述光纤和DAS询问器组件测量声学噪声特征SNR。
5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中，致使所述光纤和DAS组件测量通过所述限流件的流体流向着所述光纤发送的1-10、10-200、200-2000和2000-5000Hz的不同频带内的声学信号的声学噪声特征SNR。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管道是布置在烃流体生产井内或者连接到烃流体生产井的烃流体运输管道、或者是连接到流体注入井或者布置在流体注入井内的流体注入管道，流体通过所述流体注入井注入到含烃流体地层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述管道布置在井下的所述烃流体生产井中或所述流体注入孔中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，沿着所述管道的长度的至少一部分布置诸如文氏管-插件的多个人工限流件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述限流件具有不同的流阻率。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述限流件布置在生产区的下游或者所述井的注入区的上游并且使用所述方法来测量从该区中的地层产生或者注入该区的地层中的流体的量。
11.一种用于监测管道中的流体流的系统，所述系统包括：
-光纤，其声学耦联到所述管道的外表面，并与所述管道内的限流件相邻；
-分布式声学感测DAS组件，其被构造成测量由流过所述限流件的流体在所述光纤中产生的声学噪声特征；
-流体流动监视显示器，其用于显示根据测得的声学噪声特征推导出的流过所述限流件的流体的流体流率。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统还包括计算机可读介质，当连接到计算机时，所述计算机可读介质致使所述计算机使用以下公式根据测得的声学噪声特征SNR推导出流体流率Q：SNR＝A+B·QN其中，A、B和N是凭经验确定的校准参数。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其中，所述管道是布置在烃流体生产井内或者连接到烃流体生产井的烃流体运输管道、或者是连接到流体注入井或者布置在流体注入井内的流体注入管道，流体通过所述流体注入井注入到含烃流体地层。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述管道是布置在井下的所述烃流体生产井中或所述流体注入井中的井管线。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，具有不同流阻率的至少两个限流件布置在所述井的各生产区的下游或各注入区的上游的井管线中，并且所述系统被构造成测量从该区中的地层产生或者注入所述地层中的流体的量。
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Application publication date: 20160615 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |