CN108071382A - 一种开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置及方法，适用于油井、气井、水合物井及流化矿井等含有固体物或生成固体物的井筒，对其固体物监测、预警与处置。装置包括：气‑液‑固多相流输送系统、固体物监测系统、井下数据采集传输系统、固体物情况评估系统、固体物预警设备及其辅助系统和固体物堵塞处置系统，即采用声波测量、电阻测量、介电常数测量、核磁共振成像、光透成像、超声成像、温度和压力等测试手段综合对井筒的固体物进行监测，并采用电信号速度快于流体速度的特性进行提前预警，并对可能出现的堵塞进行早期判断、预警、智能处置或人工处置。
Description
技术领域
本发明涉及含有井筒的常规与非常规能源和流化矿物开发等领域，具体涉及完井及采油、采气、采矿过程中的井筒固体物监测预警与处置装置及方法。
背景技术
用井筒开发常规与非常规油气以及流体矿物是目前较普遍的能源矿业开发手段，然而常规与非常规能源开发和流体矿物开发过程中，会有固体物进入井筒或在井筒中生成固体物，可能会影响安全生产，主要有水合物堵塞、蜡堵塞、砂堵塞、垢堵塞以及矿物堵塞等一种或多种固体堵塞，不仅会导致产量降低，而且会导致严重的事故和危害，如井筒堵塞、设备冲蚀、地层和井壁失稳以及超量废弃固体物对环境的污染。
因此，在井筒开发油气矿物过程中，只有准确了解开发井筒的固体物情况，才能确保油气矿井开发的顺利进行。然而目前现有的固体监测、预警与处置装置及方法尚不完善，例如专利CN 106194165 A公开了一种深水气井测试中天然气水合物堵塞监测装置及方法，该方法仅针对深水气井中的水合物监测，无法满足全体系固体物监测、预警与处置的需求。综上所述，研发井筒中全体系固体物监测、预警与处置装置，并建立其测试、作业方法，对井筒型能源矿产的开发具有重要意义。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置及方法，为实现以上目的，本发明提出了以下的技术方案：
1、一种开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，包括以下几个系统：
(1)气-液-固多相流输送系统：该系统为通过或者穿过井筒固体物监测系统的流体通道。即通俗意义上的井下管柱及井筒，为实现固体物监测，该装置需要预制管段加装井筒固体物监测系统，或者在现成管段上加装井筒固体物监测系统。
(2)井筒固体物监测系统：有内环井筒内壁的、有井筒中悬挂固定和外环井筒外壁的布置方式。井筒固体物监测系统主要由声波测量设备（发射和接收设备）、电阻测量两极或环形测量设备、核磁共振环形扫描设备、介电常数测量设备、光透成像设备、超声成像设备、温度传感器和压力传感器测试。
(3)井下数据采集传输系统：由井下监测供能系统、数据采集设备和井下数据传输系统组成。井下监测供能系统以有线供能、自发电功能和电池供能；数据采集设备分为井下数据采集和平台数据采集；井下数据传输系统以有线传输和无线传输两种。
(4)井筒固体物情况评估系统：该系统采用计算机预制程序。
(5)井筒固体物预警设备及其辅助系统：由计算机预制预警程序、预警设备、辅助预判系统组成。
(6)井筒固体物堵塞处置系统：包括混液池、井下注入管路、处置液。主要处置液采用水合物抑制剂、蜡解堵剂、固体砂解堵剂、矿物溶解解堵剂、抗聚剂、解垢剂中的一种或多种，通过预制的井筒固体物堵塞处置系统注入堵塞附件，利用流体推动力或重力作用带入堵塞处解堵抑制溶解或抗聚。主要根据预警设备适时提出的解堵方案，自动或人工对方案进行优选和执行。
2、一种开采过程中井筒固体物监测预警与处置方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1.固体物监测方法：有内环井筒内壁的、有井筒中悬挂固定和外环井筒外壁的布置方式。井筒固体物监测系统的声波发射和接收设备为内壁探头和井筒中悬挂探头，主要测量为井筒内水平断面和多断面之间的的声波速度，不同层位声波发射器依次发射波信号，不同层位的声波接收器依次接收波信号，根据波速度和波形的改变来判断固体物的变化；电阻测量设备为两极探头测量设备和环形测量设备，根据测得的电阻率变化来判断固体物的变化；核磁共振环形扫描设备为环形扫描井筒断面的固体物情况；介电常数测量设备为两极探头测量设备和时域反射测量设备来测量介电常数，进而判断管道内的气液固状态；光透成像设备为光发射设备和成像接收设备，根据光透成像情况来判断固液气状态；超声成像设备为超声发生器和接收器组成，根据接收的超声图像来判断固液气状态；温度传感器和压力传感器采用多层位布设进行测试。以上数据，通过接收井下数据采集传输系统传输的实时数据，并导入井筒固体物情况评估系统。
A2.井下数据采集传输系统方法：井下监测供能系统以有线供能、自发电功能和电池供能；数据采集设备分为井下数据采集和平台数据采集；井下数据传输系统以有线传输和无线传输两种。
A3.井筒固体物情况评估系统根据实时声波速度、实时电阻率、实时介电常数进行评估，结合实时的实时核磁共振图像、超声波成像和实时光透成像的图片以及采集的实时温度压力数据进行井筒内的固体物状态研判。辅助系统采用实验室模型和数值模拟模型编辑的预制程序，对数据和图片进行分析处理，对堵塞或者潜在堵塞进行预判。若存在堵塞或者潜在堵塞情况，进入步骤A4。
A4.固体物预警方法及其辅助判断，预警设备会根据固体物的状态进行预警和执行，辅助系统通过预制程序的判断启动智能处置方案或超出预制程序判断范围提交人工处置方案，预制辅助软件能够及时的提出参考方案。人工处置方案通过预警设备通知人工进行判断、优选参考方案和执行，并将预制方案或人工判断方案的执行命令进入A5步骤。
A5井筒固体物堵塞处置系统，收到预制方案或人工判断方案和执行命令，启动抑制剂、抗聚剂或解堵剂注入系统，采用水合物抑制剂、蜡解堵剂、固体砂解堵剂、解垢剂和矿物溶解解堵剂中的一种或多种通过预制的井筒固体物堵塞处置系统注入堵塞附近，利用流体或重力作用带入堵塞处进行解堵，同时返回步骤A3进行继续检测。
主要测量参数：(1)声波测量：主要采用声波发射器和接收器进行测试；(2)电阻测量：主要采用电极间电阻测量，主要有电桥法、Q表法；(3)核磁共振：主要采用核磁共振仪进行测试；(4)介电常数：主要采用时域反射法、电磁法和电桥法进行测试；(5)光透成像：主要采用光照射摄像头测。(6)超声成像：主要采用超声发射器和接收器进行成像测试。(7)温度：采用温度传感器。(8)压力：采用压力传感器。(9)其他参数：其他可区分气-液-固、气-固、液-固和气-液的测试技术。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明由于采用固体物监测装置，实现了井筒内固体物状态的监测；
2、本发明的固体物预警及其辅助装置，可以预警或提前预警固体物在井筒中堵塞的风险，并给出解堵或者早期处置方案；
3、本发明的固体物处置装置，根据预警及其辅助装置给出的方案，通过智能执行或人工优选与执行，能够对固体堵塞或者潜在固体堵塞进行解堵或早期处置，提高生产的稳定连续性。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明井筒横截面示意图
图3为本发明的工作流程图
其中：1、储层或矿藏；2、井筒；3、探头式监测设备；4、井下供能和数据传输线；5、出液口；6、油气矿集输树；7、井口监测设备；8、数据采集设备；9、固体物情况评估预制程序；10、混液池；11、注入泵；12、井下注入管路；13、井中悬挂及井下供能和数据传输线；14、井中悬挂式监测设备；15、井中固定式监测设备；16、环绕式监测设备；17、固体物预警设备。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2和图3所示，
（1）气-液-固多相流输送系统：由井筒2组成。
（2）井筒固体物监测系统：主要有预制环绕式固体物监测设备16的管柱或者后期下入的探头式监测设备3组成，监测系统上包括声波发射和接收探头、电阻测量探头、核磁共振测量探头、介电常数测量探头、光透成像的照光和成像采集探头、超声发射和接收探头以及温压探头监测设备组成，能够测试井筒横截面段的不同物性参数，以及沿立管一定距离之间的不同参数。
（3）井下数据采集传输系统：由井下监测供能和数据传输线4或井中悬挂及井下供能和数据传输线13以及数据采集设备8组成，利用井下监测供能和数据传输线4对环绕式固体物监测设备16和探头式监测设备3和井中固定式监测设备15供能并传输其监测数据，井中悬挂及井下供能和数据传输线13对井中悬挂式监测设备14供能并传输其监测数据，并通过以上线路将数据由数据采集设备8进行采集，并传入固体物情况评估预制程序9，由于信号传播速度快于流体速度，从而实现早期预警和处置。
（4）井筒固体物情况评估系统：井筒固体物情况评估系统由相关模型以及模拟器组成固体物情况评估预制程序9，根据采集的数据和图像经过计算和综合分析，给出结果和处置方案，若处于预警范围则激发固体物预警设备17；若处于安全范围，则重新开始监测过程；若处于智能预制执行范围，则启动智能预制执行方案，发送指令到井筒固体物堵塞处置系统。
（5）井筒固体物预警设备及其辅助系统：根据固体物情况评估预制程序9，若处于预警范围，固体物预警设备17被激活，通知预警作业人员，由人工判断做出执行与否；若执行方案，则指令发送到井筒固体物堵塞处置系统。
（6）井筒固体物堵塞处置系统：井筒固体物堵塞处置系统由注液泵或注气泵11和混液池10组成。若收到执行方案指令，将首先启动混液池10，混液池10根据方案自动执行处置液配比，并随后启动注液泵或注气泵11将处置液注入，通过井下注入管路12，处置液从出液口5流入井筒；井下注入管路12的阀门开闭可控制不同层位的出液口5出液。对于已经堵死的管段，采用堵塞上部注处置液，利用重力送液解堵；对潜在堵塞的管段，采用堵塞下部注处置液，利用井下流体将处置液送到潜在堵塞管段降低堵塞风险。对于水合物固体则采用水合物抑制剂，对于蜡固体则采用蜡解堵剂，对于结垢则采用解垢剂，对于固体砂则采用固体砂解堵剂，对于矿物固体则采用矿物溶解解堵剂，以上抑制剂和解堵剂中的一种或多种都是根据井下流体和固体的特性进行针对性配置。
综上，整个装置和方法可以有效避免井筒内水合物、蜡、砂石、垢、流化矿物等固体物的堵塞，该装置及方法能够适用于油井、气井、水合物井和流化矿物井等含有固体物或生成固体物的井筒中固体物监测、预警与处置。
当然，上述内容仅为本发明的较好实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (9)
1.一种开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，包括气-液-固多相流输送系统、井筒固体物监测系统、井下数据采集传输系统、井筒固体物情况评估系统、井筒固体物预警设备及其辅助系统和井筒固体物堵塞处置系统：
气-液-固多相流输送系统即井筒和井下管柱组成；
井筒固体物监测系统，即对井筒内的固体物进行监测；
井下数据采集传输系统，将井下监测的数据该系统传输至固体物情况评估系统中；
井筒固体物情况评估系统，对接收来自井下数据采集传输系统的数据进行评价，实时地给出井筒内固体物运移赋存状态；
井筒固体物预警设备及其辅助系统，跟据井筒固体物情况评估系统的固体物运移赋存状态，对井筒堵塞风险进行判断和预警；
井筒固体物堵塞处置系统：井筒固体物堵塞处置系统跟据井筒固体物预警设备及其辅助系统的评价情况自动或人工的对固体物堵塞进行处置。
2.如权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，所述的气-液-固多相流输送系统，包括油井、气井、水合物井及流化矿井等含有固体物或生成固体物的井筒和井下管柱，适配于井筒固体物监测系统。
3.如权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，所述的井筒固体物监测系统为安装在井筒的监测设备，包括声波测量设备、电阻测量设备、核磁共振环形扫描设备、介电常数测量设备、光透成像设备、超声成像设备、温度传感器和压力传感器。
4.如权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，所述的井下数据采集传输系统，由井下监测供能系统、数据采集设备和井下数据传输系统组成。
5.如权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，所述的井筒固体物情况评估系统采用计算机预制程序。
6.如权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，所述的井筒固体物预警设备及其辅助系统由计算机预制预警程序、预警设备、辅助预判系统组成。
7.如权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，所述的井筒固体物堵塞处置系统包括混液池、井下注入管路、处置液。
8.如权利要求7所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置，其特征在于，在所述的处置液主要采用水合物抑制剂、蜡解堵剂、固体砂解堵剂、矿物溶解解堵剂、抗聚剂、解垢剂中的一种或多种。
9.开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置及方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1所述的开采过程中井筒固体物监测预警与处置装置来进行，具体包括如下步骤：
A1.固体物监测方法：有内环井筒内壁的、有井筒中悬挂固定和外环井筒外壁的布置方式；
井筒固体物监测系统的声波发射和接收设备为内壁探头和井筒中悬挂探头，主要测量为井筒内水平断面和多断面之间的的声波速度，不同层位声波发射器依次发射波信号，不同层位的声波接收器依次接收波信号，根据波速度和波形的改变来判断固体物的变化；电阻测量设备为两极探头测量设备和环形测量设备，根据测得的电阻率变化来判断固体物的变化；核磁共振环形扫描设备为环形扫描井筒断面的固体物情况；介电常数测量设备为两极探头测量设备和时域反射测量设备来测量介电常数，进而判断管道内的气液固状态；光透成像设备为光发射设备和成像接收设备，根据光透成像情况来判断气液固状态；超声成像设备为超声发生器和接收器组成，根据接收的超声图像来判断气液固状态；温度传感器和压力传感器采用多层位布设进行测试；
以上数据，通过接收井下数据采集传输系统传输的实时数据，并导入井筒固体物情况评估系统；
A2.井下数据采集传输系统方法：井下监测供能系统以有线供能、自发电功能和电池供能；数据采集设备分为井下数据采集和平台数据采集；井下数据传输系统以有线传输和无线传输两种；
A3.井筒固体物情况评估系统根据实时声波速度、实时电阻率、实时介电常数进行评估，结合实时的实时核磁共振图像、超声波成像和实时光透成像的图片以及采集的实时温度压力数据进行井筒内的固体物状态研判；
辅助系统采用实验室模型和数值模拟模型编辑的预制程序，对数据和图片进行分析处理，对堵塞或者潜在堵塞进行预判；
若存在堵塞或者潜在堵塞情况，进入步骤A4；
A4.固体物预警方法及其辅助判断，预警设备会根据固体物的状态进行预警和执行，辅助系统通过预制程序的判断启动智能处置方案或超出预制程序判断范围提交人工处置方案，预制辅助软件能够及时的提出参考方案；
人工处置方案通过预警设备通知人工进行判断、优选参考方案和执行，并将预制方案或人工判断方案的执行命令进入A5步骤；
A5井筒固体物堵塞处置系统，收到预制方案或人工判断方案和执行命令，启动抑制剂、抗聚剂或解堵剂注入系统，采用水合物抑制剂、蜡解堵剂、固体砂解堵剂、解垢剂和矿物溶解解堵剂中的一种或多种通过预制的井筒固体物堵塞处置系统注入堵塞附近，利用流体或重力作用带入堵塞处进行解堵，同时返回步骤A3进行继续检测。
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| CN113588797A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于储气库的井筒结盐监测装置及方法 |
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