CN107829722A - 一种深层地热气水两相井底测量装置及数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深层地热气水两相井底测量装置及数据处理方法，所述井筒的中间竖直设置有浅层，所述浅层的内部设置有光纤传感器，所述光纤传感器与数据收集装置连接，所述数据收集装置与数据处理装置连接，所述数据处理装置与数据显示及保存装置连接；本发明以数据采集、处理、校核为一体，实现实时的跟踪显示，主要依托相关的传感器实时采集到高精度的氯离子浓度的变化数据，基于相关的公式，编制相应程序，输出气液两相的配比关系，进而计算得到地热井两相流的井下动态热值。

Description

一种深层地热气水两相井底测量装置及数据处理方法

技术领域

本发明涉及的是深层地热资源开采技术领域，具体的说是一种深层地热气水两相井底测量装置及数据处理方法。

背景技术

在深层地热开采过程中，热量的测量与监测是一项非常重要的任务，它是生产井发电潜力评价基础数据的来源，以及相关热储资源、电站设计的主要依据。目前地热主要采用地面热量监测系统，比较简单，但由于深层地下与地面情况差别较大，地面监测难以反映深层地热的实际情况。

准确监测深层井下热值特别是气水两相流动难度较大，由于地热流体沿井筒产生沸腾而使问题变得复杂了。目前地下气水两相的监测方法主要有光纤传感器测量法和示踪剂稀释测量法。

光纤传感器测量法特别适用于气泡流，采用气泡通过两个传感器的时间不同得到气相的速度，而其它流动状态无法准确监测，例如井筒内环状流，其次，光纤传感器测量法只能得到气相流动速度，同时需要采用其它方法测量液相速度，例如采用电阻率测量得到液相流度和焓值。

示踪剂稀释测量法被广泛应用于EGS工程的不同阶段，包括储层改造之前、过程中、之后以及长期的场地管理或能力预测等阶段。依据示踪剂的属性分为天然示踪剂和人工示踪剂，传统示踪剂稀释测量法基于人工示踪剂，由注水井注入已知浓度的示踪剂，通过生产井处示踪剂的初始出现时刻、示踪剂浓度峰值出现时刻和峰值浓度等数据评价井间的连通性以及导热性，其中无机离子(CaF2,LIcl,etc)常作为液相示踪剂，挥发性的有机气体(乙烷、乙醇、等)作为气相示踪剂，而传统示踪剂稀释测量法无法考虑气相示踪剂在液相中的溶解过程，导致结果不够准确。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种深层地热气水两相井底测量装置及数据处理方法,该装置以数据采集、处理、校核为一体，实现实时的跟踪显示。主要依托相关的传感器实时采集到高精度的氯离子浓度的变化数据，基于相关的公式，编制相应程序，输出气液两相的配比关系，进而计算得到地热井两相流的井下动态热值，结果准确。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种深层地热气水两相井底测量装置，包含井筒、光纤传感器、数据收集装置、数据处理装置和数据显示及保存装置，所述井筒的中间竖直设置有浅层，所述浅层的内部设置有光纤传感器，所述光纤传感器与数据收集装置连接，所述数据收集装置与数据处理装置连接，所述数据处理装置与数据显示及保存装置连接。

进一步，所述浅层的内部从下到上依次设置有监测点2、监测点3、监测点1。

进一步，所述井筒的下端到上端依次设置有地层3、地层2、地层1。

进一步，所述地层3与监测点2相对应。

进一步，所述地层2与监测点3相对应。

进一步，所述地层1与监测点1相对应。

一种深层地热气水两相井底数据处理方法，具体步骤如下：

步骤1：根据地层情况分为单层或多层进行测试，下至传感器，主要包括压力、温度以及氯离子浓度监测装置，通过数据传感器实时导入数据接收装置，进行下步处理；

步骤2：若地热储层为单层，通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，并收集数据；

步骤3：若地热储层为多层，则需要通过监测到的氯离子含量进行分类，共分为三种情况；第1种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测器得到井底不同层的氯离子浓度、地层压力，并收集数据；第2种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测点2的氯离子浓度、地层压力、温度，并收集数据；第3种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测各层氯离子浓度、地层压力、温度，其次，通过光纤传感器测量地层孔隙度和气体流速，收集数据；

步骤4：通过显示器实时显示结果，做到实时监控，并进行数据存储。

采用上述结构后，本发明的有益效果为：采用示踪剂稀释测量法，以氯离子浓度为指示物，发明了配套井口装置，该装置以数据采集、处理、校核为一体，实现实时的跟踪显示，主要依托相关的传感器实时采集到高精度的氯离子浓度的变化数据，基于相关的公式，编制相应程序，输出气液两相的配比关系，进而计算得到地热井两相流的井下动态热值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的单层地热储层热值计算流程图；

图3是本发明的多层地热储层分类图；

图4是本发明的情况1地热储层热量计算流程图；

图5是本发明的情况3地热储层热量计算流程图；

图中1.井筒、2.监测点2、3.监测点3、4.监测点1、5.浅层、6.地层1、7.地层2、8.地层3、9.光纤传感器、10.数据收集装置、11.数据处理装置、12.数据显示及保存装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参看图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种深层地热气水两相井底测量装置，包含井筒1、光纤传感器9、数据收集装置10、数据处理装置11和数据显示及保存装置12，所述井筒1的中间竖直设置有浅层5，所述浅层5的内部设置有光纤传感器9，所述光纤传感器9与数据收集装置10连接，所述数据收集装置10与数据处理装置11连接，所述数据处理装置11与数据显示及保存装置12连接。

所述浅层5的内部从下到上依次设置有监测点22、监测点33、监测点14；所述井筒1的下端到上端依次设置有地层38、地层27、地层16；所述地层38与监测点22相对应；所述地层27与监测点33相对应；所述地层16与监测点14相对应。

针对不同底层的地质特性，合理划分地层，合理布置离子浓度传感器，这样可以对于每一层得出不同的热值数据，最后通过特定算法，合理校正整个地层的热值。步骤如下：

步骤1：根据地层情况分为单层或多层进行测试，下至传感器，主要包括压力、温度以及氯离子浓度监测装置，通过数据传感器实时导入数据接收装置，进行一步处理。

步骤2：若地热储层为单层，通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测器得到井底氯离子浓度、地层压力，收集数据，并经过图2所示流程得到井底气液两相热值。

步骤3：若地热储层为多层，则需要通过监测到的氯离子含量进行分类，共分为三种情况如图3所示。第1种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测器得到井底不同层的氯离子浓度、地层压力，收集数据后通过图4所示流程得到井底气液两相热值；第2种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测点2的氯离子浓度、地层压力、温度，收集数据后通过图2所示流程得到井底气液两相热值；第3种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测各层氯离子浓度、地层压力、温度，其次，通过光纤传感器测量地层孔隙度和气体流速，收集数据后通过图5所示流程得到井底气液两相热值。

步骤4：通过显示器实时显示结果，做到实时监控，并进行数据存储。

(一)单层地热储层热值计算方法

基于氯离子始终保存在液相中，忽略气相中氯离子的含量，随着地热流体沿井筒沸腾导致液相中氯离子含量上升，基于质量守恒计算蒸汽含量及热值。为了得到地层气水两相热量需要在地面和地层进行同时测量包括地面压力、总质量流量、地面蒸汽含量、地面氯离子浓度、以及地层氯离子浓度和地层压力值，计算过程如下，并见图2：(1)基于氯离子质量守恒，则质量变化为0，即d(Cl·q_l)＝0，其中Cl为氯离子浓度，q_l为液相体积流量，其中地层液相的体积流量可通过以下公式得到

其中m为气液两相的总质量，x_s为地面蒸汽相分数，ρ_l为液相密度。

(2)基于气液两相总质量守恒，得到地层蒸汽相分数，代入下式h_t＝(1-x_d)h_l+x_dh_v计算得到地层总热值。

(二)多层地热储层热值计算方法

为了更加准确地计算气水两相井底热值，如图3所示设置不同的监测点，根据不同监测点氯离子浓度把多层地热储层分为三种情况：(1)若监测点33氯离子浓度总大于0，则进口为液相，而井筒1,监测点22为液相和气相混合物，如图3(a)所示；(2)若监测点33氯离子浓度有时等于0，有时大于0，但监测点22氯离子浓度总等于0，则进口和井筒1监测点为气液两相，而监测点22为液相，如图3(b)所示。(3)若监测点33氯离子浓度有时等于0，有时大于0，则进口和井筒1,监测点22都为气液两相，如图3(c)所示。

情况1：地层流体仅为液相，则氯离子质量守恒方程为：q_in·Cl_in+(q₁-q_in)·Cl₂＝q₁·Cl₁，其中Cl_in和q_in分别为进口端氯离子浓度和液相体积流量，Cl₁和q₁分别为监测点14氯离子浓度和液相体积流量，Cl₂和q₂分别为监测点22氯离子浓度和液相体积流量；Cl_in，Cl₁，Cl₂可通过测量得到，q₁可由单层情况下步骤1得到，因此可通过上式得到q_in；q₂可由式q₂＝q₁-q_in得到。另一个需要计算的参数为监测点22流动蒸汽含量，由于情况1汽化只发生在井筒，类似单层情况可通过下式计算流动蒸汽含量，m₂＝m-q_in·ρ_in，具体流程如图4所示。

情况2：进口端流体为气液两相，但监测点22处为液相，因此监测点22热量可通过测量的压力和温度计算得到，监测点14的热量可通过单层情况下计算得到。

情况3：进口端和监测点14、监测点22流体为气液两相，该情况最为复杂，假定氯离子依然只存在于液相中，因此和情况1方法类似，可得到监测点22的液相流量，但由于监测点22为气液混合物，需要流动蒸汽流量，直接测量方法较难，因此采用光纤传感器9测量法得到气相流动速度，具体流程如图5所示。

为了实现地热储层热值的计算，本具体实施方式采用示踪剂稀释测量法，以氯离子浓度为指示物，发明了配套井口装置。该装置集数据采集、处理、校核为一体，实现实时的跟踪显示。主要依托相关的传感器实时采集到高精度的氯离子浓度的变化数据，基于相关的公式，编制相应程序，输出气液两相的配比关系，进而计算得到地热井两相流的井下动态热值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种深层地热气水两相井底测量装置，其特征在于：包含井筒、光纤传感器、数据收集装置、数据处理装置和数据显示及保存装置，所述井筒的中间竖直设置有浅层，所述浅层的内部设置有光纤传感器，所述光纤传感器与数据收集装置连接，所述数据收集装置与数据处理装置连接，所述数据处理装置与数据显示及保存装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种深层地热气水两相井底测量装置，其特征在于：所述浅层的内部从下到上依次设置有监测点2、监测点3、监测点1。

3.根据权利要求1所述的一种深层地热气水两相井底测量装置，其特征在于：所述井筒的下端到上端依次设置有地层3、地层2、地层1。

4.根据权利要求2-3所述的一种深层地热气水两相井底测量装置，其特征在于：所述地层3与监测点2相对应。

5.根据权利要求2-3所述的一种深层地热气水两相井底测量装置，其特征在于：所述地层2与监测点3相对应。

6.根据权利要求2-3所述的一种深层地热气水两相井底测量装置，其特征在于：所述地层1与监测点1相对应。

7.一种深层地热气水两相井底数据处理方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：根据地层情况分为单层或多层进行测试，下至传感器，主要包括压力、温度以及氯离子浓度监测装置，通过数据传感器实时导入数据接收装置，进行下步处理；

步骤2：若地热储层为单层，通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，并收集数据；

步骤3：若地热储层为多层，则需要通过监测到的氯离子含量进行分类，共分为三种情况；第1种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测器得到井底不同层的氯离子浓度、地层压力，并收集数据；第2种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测点2的氯离子浓度、地层压力、温度，并收集数据；第3种情况：通过地面监测器得到压力、总流量、蒸汽含量、氯离子浓度，地层监测各层氯离子浓度、地层压力、温度，其次，通过光纤传感器测量地层孔隙度和气体流速，收集数据；

步骤4：通过显示器实时显示结果，做到实时监控，并进行数据存储。