CN109339779B - 井下含水率测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下含水率测量装置及方法,该装置包括:中空的壳体,壳体上设置有用于流入井下流体的进液口;分离机构,其包括与进液口相连通的螺旋状分离通道和设置在分离通道内的油水分离层,分离通道具有相对的上游入口和下游出口,下游出口的下游位置分别设置有出油口和出水口;设置在出油口下游的第一流量检测机构,其用于检测出油口处的第一流量信号;设置在出水口下游的第二流量检测机构,其用于检测出水口处的第二流量信号;与第一流量检测机构和第二流量检测机构电性连接的控制器,控制器能根据第一流量信号和第二流量信号确定含水率。本发明提供的井下含水率测量装置及方法,满足高含水油井井下各层含水率测量的需求。
Description
技术领域
本发明涉及石油测试技术领域,特别涉及一种井下含水率测量装置及方法。
背景技术
目前,随着油田的陆续开发,由于边、底水突进的影响,有很大部分油田逐渐进入高含水阶段。为了提高采收率,制定合理的堵水措施,需要了解井下各生产层的生产状况,找出水层位。其中,直观表示出水层位的指标是各层的含水率或者持水率。其中,含水率是指单位时间内井筒内通过某一截面的水的体积流量占流体总体积流量的百分比;持水率是指井筒某一长度内水相体积所占的该段体积的百分比。
然而,当油田开发处于高含水开发时期,准确、可靠地测量井下油水两相流的含水率(持水率)是一个重大的技术难题。目前缺乏一种可靠的含水率测量装置,能够实现高含水油井井下各层含水率测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下含水率测量装置及方法,能够克服现有技术中的缺陷,能够满足高含水油井井下各层含水率测量的需求。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现:
一种井下含水率测量装置,该井下含水率测量装置包括:
中空的壳体,所述壳体上设置有用于流入井下流体的进液口;
分离机构,其包括与所述进液口相连通的螺旋状分离通道和设置在所述分离通道内的油水分离层,所述分离通道具有相对的上游入口和下游出口,所述下游出口的下游位置分别设置有出油口和出水口;
设置在所述出油口下游的第一流量检测机构,其用于检测所述出油口处的第一流量信号;
设置在所述出水口下游的第二流量检测机构,其用于检测所述出水口处的第二流量信号;
与所述第一流量检测机构和第二流量检测机构电性连接的控制器,该控制器能根据所述第一流量信号和第二流量信号确定井下流体的含水率。
在一个优选的实施方式中,所述第一流量检测机构包括:第一浮子和第一刻度盘,所述第一流量信号为所述出油口流出的油液作用在所述第一浮子上时,所述第一浮子上升的第一高度;
所述第二流量检测机构包括:第二浮子和第二刻度盘,所述第二流量信号为所述出水口流出的水作用在所述第二浮子上时,所述第二浮子上升的第二高度。
在一个优选的实施方式中,所述控制器能根据所述第一流量信号和第二流量信号确定井下流体的含水率的计算公式如下:
上式中,w表示含水率,Lo表示第一浮子的移动距离,Lh表示第二浮子的移动距离,α、β为修正系数。
在一个优选的实施方式中,所述壳体上还套设有集流伞,所述进液口位于所述集流伞内。
在一个优选的实施方式中,还包括导流管,所述导流管具有相对的第一端口和第二端口,其中,所述第一端口与所述进液口相连接,所述第二端口与所述上游入口相连接。
在一个优选的实施方式中,所述分离通道的上游入口高于所述下游出口,其中,所述出油口和出水口分布于所述壳体的两侧,所述出油口至所述第一浮子之间设置有第一通道,所述第一通道的末端为所述出油口;所述出水口至所述第二浮子之间设置有第二通道,所述第二通道的末端为出水口。
在一个优选的实施方式中,所述第一流量检测机构还包括第一位移传感器,所述第一位移传感器通过电缆与所述控制器相连接,
所述第二流量检测机构还包括第二位移传感器,所述第二位移传感器通过电缆与所述控制器相连接。
在一个优选的实施方式中,所述分离通道包括上壁和下壁,所述油水分离层位于所述上壁和下壁之间且平行于所述上壁和下壁。
在一个优选的实施方式中,所述上壁和下壁之间的间距不超过5毫米。
一种基于上述的井下含水率测量装置的井下含水率测量方法,包括:
将井下含水率测量装置下入指定层位;
获取第一流量信号和第二流量信号;
根据所述第一流量信号和第二流量信号确定所述指定层位处流体的含水率。
在一个优选的实施方式中,所述根据所述第一流量信号和第二流量信号确定所述指定层位处流体的含水率的计算公式如下:
上式中,w表示含水率,Lo表示第一浮子的移动距离,Lh表示第二浮子的移动距离,α、β为修正系数。
本发明的特点和优点是:本申请所提供的井下含水率测量装置及方法,其中通过设置分离机构、流量检测机构以及控制器,使用时将利用分离机构分离出的水相和油相分别作用在流量检测机构上,通过实时记录该流量检测机构检测到的数据,例如,对于浮子式流量检测机构而言,实时记录浮子的位移变化,上传控制系统后,可以计算出油井井下的含水率值,特别是能够满足高含水、低产液(100立方/天)油井的含水率测量的技术要求。
参照后文的说明和附图,详细公开了本申请的特定实施方式,指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解,本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1是本申请实施方式中一种井下含水率测量装置的结构示意图;
图2是本申请实施方式中一种井下含水率测量装置流量检测机构处的局部放大图;
图3是本申请实施方式中一种井下含水率测量装置流量分离通道处的局部放大图;
图4是本申请实施方式中一种井下含水率测量装置流量分离通道的截面示意图;
图5是本申请实施方式中一种应用井下含水率测量装置的井下含水率测量方法步骤流程图。
附图标记说明:
1-壳体,2-分离通道,3-第一电缆,4-第二电缆,5-第一流量检测机构,6-第二流量检测机构,7-上游入口,8-上壁,10-油水分离层,12-下壁,13-第二通道,14-第一通道,15-集流伞,16-进液口,17-导流管,18-刻度盘,19-浮子。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式,对本发明的技术方案作详细说明,应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
本发明提供一种井下含水率测量装置及方法,能够克服现有技术中的缺陷,能够满足高含水油井井下各层含水率测量的需求。
请参阅图1至图4,本申请实施方式中提供一种井下含水率测量装置,该井下含水率测量装置可以包括:中空的壳体1,所述壳体1上设置有用于流入井下流体的进液口16;分离机构,其包括与所述进液口16相连通的螺旋状分离通道2和设置在所述分离通道2内的油水分离层10,所述分离通道2具有相对的上游入口7和下游出口,所述下游出口的下游位置分别设置有出油口和出水口;设置在所述出油口下游的第一流量检测机构5,其用于检测所述出油口处的第一流量信号;设置在所述出水口下游的第二流量检测机构6,其用于检测所述出水口处的第二流量信号;与所述第一流量检测机构5和第二流量检测机构6电性连接的控制器,该控制器能根据所述第一流量信号和第二流量信号确定井下流体的含水率。
在本实施方式中,所述井下含水率测量装置主要针对高含水油井井下含水率测量。该井下含水率测量装置主要包括中空的壳体1,设置在所述壳体1中的螺旋状的分离机构、流量检测机构以及控制器等等。
其中,所述壳体1可以呈中空的筒状。当然,该壳体1的形状并不限于上述举例,本申请在此并不作唯一限定。在所述壳体1上设置有进液口16,用于流入井下的待测流体。
所述分离通道2与所述进液口16相连通用于将从进液口16流入的流体进行油水分离,以便于后续的测量。具体的,该分离通道2可以整体呈螺旋状,该分离通道2具有相对的上游入口7和下游出口,所述上游入口7可以位于所述下游出口的上方。通过所述进液口16流入所述分离通道2的流体在重力和离心力的共同作用下,对流体中的油相和水相实现高效分离。所述下游出口的下游位置分别设置有出油口和出水口。该出油口用于流出分离出的油相,该出水口用于流出分离出的水相。
请结合参阅图3和图4,在本实施方式中,所述分离通道2内设置有油水分离层10,该油水分离层10可以包括油水分离膜和网状钢丝。所述油水分离膜能够过流水而不过流油,所述网状钢丝用于为该油水分离膜提供支撑。
在一个实施方式中,所述分离通道2可以包括上壁8和下壁12,所述上壁8和下壁12之间的间距不超过5毫米;所述油水分离层10位于所述上壁8和下壁12之间且平行于所述上壁8和下壁12,所述油水分离层10包括:油水分离膜和网状钢丝。
具体的,所述分离通道2的截面形状可以为四边形,其中上壁8和下壁12可以分别对应为四边形的上下两条平行的边。所述油水分离层10位于所述上壁8和下壁12之间且平行于所述上壁8和下壁12。当所述分离通道2为上述结构时,流体流入该分离通道2后可以迅速沿着通道平面散开,并进行高效分离。
进一步的,所述上壁8和下壁12之间的间距不超过5毫米,从而较佳地保证流体在流经该分离通道2时能够实现油水分离。
在本实施方式中,所述第一流量检测机构5位于所述出油口的下游,用于检测所述出油口处的第一流量信号,即出油口处流出的油的流量。其中,所述下游为沿着流体流动的方向相对的下方,所述第一流量监测机构5位于所述出油口的下游,从而使得所述出油口处流出的油能够作用在所述第一流量检测机构5上。结合图1而言,所述第一流量检测机构5位于所述出油口的上方,当然也不排除所述第一流量检测机构5位于所述出油口的下方的场景。
所述第二流量检测机构6位于所述出水口的下游,用于检测所述出水口处的第二流量信号,即出水口处流出的水的流量。其中,该下游也是为沿着流体流动的方向相对的下方,所述第二流量监测机构6位于所述出水口的下游,从而使得所述出水口处流出的油能够作用在所述第二流量检测机构6上。结合图1而言,所述第二流量检测机构6位于所述出油口的上方,当然也不排除所述第二流量检测机构6位于所述出水口的下方的场景。
具体的,所述第一流量检测机构5和第二流量检测机构6的具体形式可以为浮子19式流量检测机构。
请结合参阅图2,在一个实施方式中,所述第一流量检测机构5可以包括:第一浮子19和第一刻度盘18。使用时,从出油口流出的油液作用在所述第一浮子19上,能够对所述第一浮子19产生向上的作用力。当出油口的流量越大,所述第一浮子19向上浮动的高度就越高。也就是说,在本实施方式中,所述第一流量信号为所述出油口流出的油液作用在所述第一浮子19上时,所述第一浮子19上升的第一高度。
进一步的,所述第一流量检测机构5还可以包括第一位移传感器。所述第一位移传感器通过电缆与所述控制器相连接,能够将所述第一浮子19上升的位移信号通过电缆传递给所述控制器。
同样的,所述第二流量检测机构6可以包括:第二浮子19和第二刻度盘18。使用时,从出水口流出的水作用在所述第二浮子19上,能够对所述第二浮子19产生向上的作用力。当出水口的流量越大,所述第二浮子19向上浮动的高度就越高。也就是说,在本实施方式中,所述第二流量信号为所述出水口流出的水作用在所述第二浮子19上时,所述第二浮子19上升的第二高度。
同样的,所述第二流量检测机构6还可以包括第二位移传感器。所述第二位移传感器通过电缆与所述控制器相连接。能够将所述第二浮子19上升的位移信号通过电缆传递给所述控制器。
其中,所述电缆可以包括第一电缆3和第二电缆4,其中第一电缆3用于连接所述第一位移传感器和控制器;所述第二电缆4用于连接所述第二位移传感器和控制器。当如,所述第一位移传感器和第二位移传感器也可以共用同一个电缆。
在本实施方式中,控制器与所述第一流量检测机构5和第二流量检测机构6电性连接。具体的,该电性连接的方式可以为电缆连接的方式,当然,其也可以为无线通信的方式等,具体的本申请在此并不作唯一限定。在本实施方式中,该控制器能根据所述第一流量信号和第二流量信号确定井下流体的含水率。
具体的,所述控制器能根据所述第一流量信号和第二流量信号确定井下流体的含水率的计算公式如下:
上式中,w表示含水率,Lo表示第一浮子19的移动距离,Lh表示第二浮子19的移动距离,α、β为修正系数。其中修正系数可以通过实验获取。
本申请所提供的井下含水率测量装置利用分离机构实现油水分离,将分离出的水相和油相分别作用在流量检测机构上,通过实时记录该流量检测机构检测到的数据,例如,对于浮子19式流量检测机构而言,实时记录浮子19的位移变化,上传控制系统后,可以计算出油井井下的含水率值,特别是能够满足高含水、低产液(100立方/天)油井的含水率测量的技术要求。
在一个实施方式中,所述壳体1上还套设有集流伞15,所述进液口16位于所述集流伞15内。
集流伞15的上下两端均与壳体1连接固定,进液口16可以位于集流伞15内。该集流伞15含有撑开和关闭状态,当处于撑开状态时,集流伞15能起到封闭井筒,收集井内流体的作用。集流伞15的初始状态为关闭。当该井下含水率测量装置需要使用时,首先将该井下含水率测量装置下入至井筒内的设定部位,例如待测含水率的指定层位。然后使集流伞15处于撑开状态,此时,集流伞15将封堵壳体1和井筒之间的环形空间,流体不能从壳体1和井筒之间再通过,迫使井内流体全部通过进液口16进入该井下含水率测量装置。
在一个实施方式中,所述井下含水率测量装置还可以包括导流管17,所述导流管17具有相对的第一端口和第二端口,其中,所述第一端口与所述进液口16相连接,所述第二端口与所述上游入口7相连接。
在本实施方式中,所述井下含水率测量装置的壳体1中还设置有导流管17,该导流管17用于将从进液口16流入的待测流体导向所述分离通道2的上游入口7处。具体的,该导流管17可以呈中空的筒状,其具有相对的第一端口和第二端口,其中,所述第一端口与所述进液口16相连接,所述第二端口与所述上游入口7相连接。该导流管17可以位于所述壳体1的中部,穿设在所述螺旋状分离通道2内。所述第一端口位于所述第二端口的下方,待测流体进入所述分离机构后能够在重力和离心力的作用下实现高效分离。
在一个具体的实施方式中,所述分离通道2的上游入口7高于所述下游出口,其中,所述出油口和出水口分布于所述壳体1的两侧,所述出油口至所述第一浮子19之间设置有第一通道14,所述第一通道14的末端为所述出油口;所述出水口至所述第二浮子19之间设置有第二通道13,所述第二通道13的末端为出水口。
在本实施方式中,所述分离通道2的上游入口7高于所述下游出口,能够保证待测流体进入所述分离通道2后,在重力和离心力的作用下实现高效分离。其中,所述出油口和出水口分布于所述壳体1的两侧,所述出油口至所述第一浮子19之间设置有第一通道14,所述第一通道14的末端为所述出油口。所述出水口至所述第二浮子19之间设置有第二通道13,所述第二通道13的末端为出水口。具体的,所述第一通道14或第二通道13可以为在所述壳体1的侧壁上设置的导管,当然也可以为在所述壳体1上开设的贯通孔,或者还可以为其他结构形成,本申请在此并不作具体的限定。所述第一通道14和第二通道13的首端分别和分离通道2相衔接,所述第一通道14和第二通道13的末端分别与浮子19相对,从而将分离通道2流出的油和水导向各自的浮子19,便于后续流量的测量和进一步含水率的计算。
在一个具体的应用场景下,井下的待测流体经集流伞15集流后,由进液口16进入壳体1内,并沿导流管17向上流动至分离通道2的上游入口7后,进入分离机构。当待测流体流入分离通道2后迅速沿分离通道2平面散开,分离通道2的旋转平面结构保证了流体与油水分离层10的接触面积,在重力以及流体动能的作用下,水相穿过油水分离层10进入下部的水相流通通道,而油相继续在油水分离层10上方流动。油相流体沿着油相流动方向流动,经下游出口流出分离机构后,分别沿着第一通道14和第二通道13继续向上流动并作用在浮子19式的流量检测机构上。在流体的作用下,浮子19向上移动,浮子19的一端作用在刻度盘18上,仪表盘内有传感器,可以实时记录浮子19的运动状态,并通过电缆将数据传回位于地面的控制器。通过分析浮子19的运动情况,就可以计算得出油水两相的流量比,由此可以反映出井下各生产层的含水率值。
请参阅图5,针对上述实施方式提供的井下含水率测量装置,本申请实施方式中还相应提供一种井下含水率测量方法,该方法可以包括如下步骤:
步骤S10:将井下含水率测量装置下入指定层位;
步骤S12:获取第一流量信号和第二流量信号;
步骤S14:根据所述第一流量信号和第二流量信号确定所述指定层位处流体的含水率。
本申请所提供的井下含水率测量方法是基于上述实施方式中所提供的井下含水率测量装置所实现的。
具体使用时,可以将该井下至含水率测量装置下入指定层位,该指定层位可以根据实际需要进行设定。
分别利用所述第一流量检测机构5和第二流量检测机构6获取第一流量信号和第二流量信号。其中,该第一流量信号或第二流量信号的具体含义可以根据流量检测机构的不同而不同。例如,当流量检测机构为浮子19式的流量检测机构时,所述流量信号可以为浮子19的位移信号。后续可以根据所述第一流量信号和第二流量信号确定所述指定层位处流体的含水率。
具体的,所述根据所述第一流量信号和第二流量信号确定所述指定层位处流体的含水率的计算公式如下:
上式中,w表示含水率,Lo表示第一浮子19的移动距离,Lh表示第二浮子19的移动距离,α、β为修正系数。
本申请所提供的井下含水率测量方法能够实现所述井下含水率测量装置同样的技术效果,具体的本申请在此不再赘述。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值,在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说,如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90,优选从20到80,更优选从30到70,则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值,适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例,可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明,所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而,“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”,至少包括指明的端点。
本文披露的所有文章和参考资料,包括专利申请和出版物,出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”,旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地,单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述,各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可,每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
以上所述仅为本发明的几个实施方式,虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种井下含水率测量装置,其特征在于,包括:
中空的壳体,所述壳体上设置有用于流入井下流体的进液口;
分离机构,其包括与所述进液口相连通的螺旋状分离通道和设置在所述分离通道内的油水分离层,所述分离通道具有相对的上游入口和下游出口,所述下游出口的下游位置分别设置有出油口和出水口;所述分离通道包括上壁和下壁,所述油水分离层位于所述上壁和下壁之间且平行于所述上壁和下壁;所述油水分离层包括:油水分离膜和网状钢丝;所述油水分离膜能够过流水而不过流油,所述网状钢丝用于为该油水分离膜提供支撑;
设置在所述出油口下游的第一流量检测机构,其用于检测所述出油口处的第一流量信号;
设置在所述出水口下游的第二流量检测机构,其用于检测所述出水口处的第二流量信号;
与所述第一流量检测机构和第二流量检测机构电性连接的控制器,该控制器能根据所述第一流量信号和第二流量信号确定井下流体的含水率。
2.如权利要求1所述的井下含水率测量装置,其特征在于,
所述第一流量检测机构包括:第一浮子和第一刻度盘,所述第一流量信号为所述出油口流出的油液作用在所述第一浮子上时,所述第一浮子上升的第一高度;
所述第二流量检测机构包括:第二浮子和第二刻度盘,所述第二流量信号为所述出水口流出的水作用在所述第二浮子上时,所述第二浮子上升的第二高度。
4.如权利要求3所述的井下含水率测量装置,其特征在于,所述壳体上还套设有集流伞,所述进液口位于所述集流伞内。
5.如权利要求4所述的井下含水率测量装置,其特征在于,还包括导流管,所述导流管具有相对的第一端口和第二端口,其中,所述第一端口与所述进液口相连接,所述第二端口与所述上游入口相连接。
6.如权利要求5所述的井下含水率测量装置,其特征在于,所述分离通道的上游入口高于所述下游出口,其中,所述出油口和出水口分布于所述壳体的两侧,所述出油口至所述第一浮子之间设置有第一通道,所述第一通道的末端为所述出油口;所述出水口至所述第二浮子之间设置有第二通道,所述第二通道的末端为出水口。
7.如权利要求2所述的井下含水率测量装置,其特征在于,
所述第一流量检测机构还包括第一位移传感器,所述第一位移传感器通过电缆与所述控制器相连接,
所述第二流量检测机构还包括第二位移传感器,所述第二位移传感器通过电缆与所述控制器相连接。
8.如权利要求1所述的井下含水率测量装置,其特征在于,所述上壁和下壁之间的间距不超过5毫米。
9.一种基于权利要求1所述的井下含水率测量装置的井下含水率测量方法,其特征在于,包括:
将井下含水率测量装置下入指定层位;
获取第一流量信号和第二流量信号;
根据所述第一流量信号和第二流量信号确定所述指定层位处流体的含水率。
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