CN109594970A - 管柱冲蚀在线监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种管柱冲蚀在线监测方法及系统，其中，该系统包括：至少一个监测装置，监测装置设置在待监测井的冲蚀监测井段的油管外壁上，监测装置用于采集油管的磁场数据；井下电缆，监测装置与井下电缆中的电缆内芯一一对应连接，数据处理设备与井下电缆中的每根电缆内芯连接，每个监测装置通过自身连接的井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备；数据处理设备，用于分析各监测装置采集的磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。该方案可以实现实时监测管柱的冲蚀状况或提前预警管柱冲蚀失效等，有利于根据确定出的管柱的冲蚀情况进一步验证、修正现有临界冲蚀流量计算方法，来确保管柱不发生或减少冲蚀。

Description

管柱冲蚀在线监测方法及系统

技术领域

本发明涉及注采工程技术领域，特别涉及一种管柱冲蚀在线监测方法及系统。

背景技术

目前，气井和注采井管柱尺寸设计首先要满足气井配产和注采井注采气量的要求，同时需综合考虑沿程压力损失、临界携液流量及临界冲蚀流量等因素；其中，临界冲蚀流量是限制生产管柱和注采管柱尺寸的重要因素。临界冲蚀流量等于临界冲蚀速率与管柱横截面积的乘积。管柱尺寸不能小于临界冲蚀流量对应的尺寸，否则管柱很容易发生冲蚀，导致管柱失效；反之，如果为满足冲蚀流量而一味增加管柱尺寸，不可避免造成套管尺寸、井眼尺寸增加，进而大幅增加作业成本。目前，业内比较公认临界冲蚀流速计算方法是APIRP 14E提出的方法，不同公司在API RP 14E的基础上进行修正，设计临界冲蚀流量。

在实际生产过程中，按照上述方法设计临界冲蚀流量生产，无法实时确定管柱是否发生冲蚀，只能在管柱发生失效而进行修井或其他修井作业时起出管柱才能检测、判断是否发生冲蚀。如果等到管柱发生冲蚀导致失效才得知管柱发生冲蚀，已无任何意义；但同时也不同经常起出管柱检测油管是否发生冲蚀。因此，非常有必要设计一种可在线监测、判断管柱是否发生冲蚀的方法，提前预警管柱是否发生冲蚀，进一步验证、修正现有管柱临界冲蚀流量设计方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种管柱冲蚀在线监测方法，以解决现有技术中无法实时监测管柱冲蚀状况、提前预警管柱冲蚀失效的技术问题。该方法包括：

针对待监测井，在冲蚀监测井段的油管外壁上设置至少一个监测装置，通过所述监测装置采集所述油管的磁场数据；

每个所述监测装置通过井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备，其中，所述监测装置与所述井下电缆中的电缆内芯一一对应连接；

通过所述数据处理设备分析各监测装置采集的所述磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。

本发明实施例还提供了一种管柱冲蚀在线监测系统，以解决现有技术中无法实时监测管柱冲蚀状况、提前预警管柱冲蚀失效的技术问题。该系统包括：

至少一个监测装置，所述监测装置设置在待监测井的冲蚀监测井段的油管外壁上，所述监测装置用于采集所述油管的磁场数据；

井下电缆，所述监测装置与所述井下电缆中的电缆内芯一一对应连接，数据处理设备与井下电缆中的每根电缆内芯连接，每个所述监测装置通过自身连接的井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备；

所述数据处理设备，用于分析各监测装置采集的所述磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。

在本发明实施例中，通过监测装置可以在线实时采集油管的磁场数据，各监测装置并通过井下电缆中自身对应的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备，进而数据处理设备可以分析各监测装置采集的磁场数据的变化情况，来确定管柱的冲蚀情况(例如，哪个位置有冲蚀发生或即将发生冲蚀等)，使得可以实现实时监测管柱的冲蚀状况或提前预警管柱冲蚀失效等，有利于根据确定出的管柱的冲蚀情况进一步验证、修正现有临界冲蚀流量计算方法，来确保管柱不发生或减少冲蚀，有利于为本区块、本气田设计科学的、合理的临界冲蚀流速和冲蚀流量提供依据，使得充分发挥管柱的通过能力，确保气田和储气库的安全、高效运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种管柱冲蚀在线监测系统的安装示意图；

图2是本发明实施例提供的一种监测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种管柱冲蚀在线监测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种管柱冲蚀在线监测系统，如图1所示，该系统包括：

至少一个监测装置101，所述监测装置设置在待监测井的冲蚀监测井段的油管102外壁上，所述监测装置用于采集所述油管102(图1中105为套管)的磁场数据；

井下电缆103，所述监测装置101与所述井下电缆103中的电缆内芯一一对应连接，数据处理设备104与井下电缆中的每根电缆内芯连接，每个所述监测装置101通过自身连接的井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备104；

所述数据处理设备104，用于分析所述磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。

由图1所示可知，在本发明实施例中，通过监测装置可以在线实时采集油管的磁场数据，各监测装置并通过井下电缆中自身对应的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备，进而数据处理设备可以分析各监测装置采集的磁场数据的变化情况，来确定管柱的冲蚀情况(例如，哪个位置有冲蚀发生或即将发生冲蚀等)，使得可以实现实时监测管柱的冲蚀状况或提前预警管柱冲蚀失效等，有利于根据确定出的管柱的冲蚀情况进一步验证、修正现有临界冲蚀流量计算方法，来确保管柱不发生或减少冲蚀，有利于为本区块、本气田设计科学的、合理的临界冲蚀流速和冲蚀流量提供依据，使得充分发挥管柱的通过能力，确保气田和储气库的安全、高效运行。

具体实施时，为了监测尽可能长的井段，可以在油管外壁上分散设计安装多个上述监测装置101，更为全面的监测管柱冲蚀。例如，上述多个监测装置101可以一次沿着井深方向排列安装在油管外壁上，多个监测装置101通过公用的井下电缆传输各自采集的磁场数据，为了区分不同监测装置101采集的数据，在这里每个监测装置101与井下电缆中的一根电缆内芯连接，每个监测装置101通过自身连接的一根电缆内芯传输数据，可以进行标记与记录，便于后期数据处理分析时确认各监测装置对应位置的冲蚀状况。全部监测装置101可全部采用一根电缆内芯来供电。

具体的，监测装置101的数量小于等于井下电缆中电缆内芯的数量。

具体实施时，上述井下电缆可以是铠装电缆，铠装电缆不仅可提供多通道数据传输，并且具有很好的强度。上述井下电缆可以采用目前常用的3芯、5芯和7芯等类型的井下电缆。

具体实施时，根据现场实践和理论认识，管柱冲蚀一般发生在井口附近，不同的井口，深度略有不同。因此，没有必要监测整个管柱的冲蚀状况，只需要选取典型的井段进行监测即可。在本实施例中，提出对上述冲蚀监测井段进行监测，上述冲蚀监测井段可以为所述待监测井上临界冲蚀流量最大的井段。

具体的，可以通过多种方式确定上述冲蚀监测井段，例如，可以采用经验法和理论计算法。经验法指参照以前研究认识，结合本地区的实际工况，大概取一个典型井段；如果没有现场数据，可选取井口以下100m-200m左右的井段作为冲蚀监测井段进行监测。理论计算法指按照现有临界冲蚀流量计算方法，按照不同井深对应的温度压力条件，计算临界冲蚀流量最大的井段；当然，也可采用成熟专业计算软件(pipesim等)直接计算整个井筒的冲蚀流速(冲蚀流速与冲蚀流量相对应，仅相差一个油管横截面积)的剖面，直接得出冲蚀最严重的井段，将该井段作为冲蚀监测井段进行监测。

具体实施时，为了实现监测装置101采集磁场数据，在本实施例中，如图2所示，所述监测装置101，包括：

一个圆环201；

多个磁记忆探头202，多个所述磁记忆探头202设置在所述圆环201上，所述监测装置设置在油管外壁上时，多个所述磁记忆探头202固定在油管外壁203上，多个所述磁记忆探头202，用于采集所述油管的磁场数据；每个所述磁记忆探头202的数据线分别与自身所在的监测装置对应的电缆内芯连接，每个所述磁记忆探头通过自身连接的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备。

具体的，通过数据线与每个磁记忆探头连接，每个磁记忆探头的数据线是相互独立的，便于传输每个磁记忆探头的信号。为了准确区分监测装置上不同磁记忆探头的信号，每个磁记忆探头收集的信号需要放大不同的放大倍数后再传输给数据处理设备，便于在井口区分不同的磁记忆探头采集的数据，放大倍数可以预先设计并进行记录。

具体的，圆环201为中空管，数据线全部位于圆环内部，仅留一个出口，便于所有数据线与其他设备(例如，信号控制设备)连接。圆环的尺寸应稍大于所监测油管外径，并预留磁记忆探头紧贴在油管外壁的空间。

具体的，磁记忆探头具备消除过去磁历史的功能，便于在需要的情况下，将磁记忆探头进行重置，提高检测数据的精度。

具体实施时，由于井下监测得到的数据信号需要经过传输至井口，会存在一定的信号损失，为了确保在井口接收到的信号能够达到一定的强度，在本实施例中，如图2所示，所述监测装置101，还包括：

信号放大与滤波设备204，所述信号放大与滤波设备204用于在每个所述磁记忆探头将采集的磁场数据传输给数据处理设备之前，对每个所述磁记忆探头采集的磁场数据进行滤波，并将不同磁记忆探头采集的磁场数据放大不同倍数。

具体的，上述信号放大与滤波设备204可以直接与每个所述磁记忆探头的数据线连接，以便获取每个磁记忆探头的数据进行滤波、放大处理，将处理后的数据再反馈给各磁记忆探头，或者，将处理后的数据直接通过井下电缆传输给数据处理设备。

具体的，井下工况复杂，可能存在其他干扰因素，因此，本申请设置了信号放大与滤波设备204对每个磁记忆探头采集的磁场数据进行滤波处理，指接收一定频率范围内的信号，具体的频率范围可以根据实际需要设计。

具体实施时，为了满足不同的监测需求，在本实施例中，如图2所示，所述监测装置101，还包括：

信号控制设备205，所述信号控制设备205用于控制每个所述磁记忆探头的工作状态。具体的，该工作状态可以是重置复位、数据点采集频率、开启、关闭等，以便进一步丰富监测装置的功能。例如，可设置每个磁记忆探头的监测频率，在前期可稍微频率高一点，避免由于设计或其他因素导致管柱发生冲蚀而未能监测到；中期、后期可降低监测频率。此外，在产量或注采气量较低时，可不用监测；当需要大幅提高产量或注采气量时，则需要加强监测。

具体实施时，上述数据处理设备可以设置在井口的地面上，井下电缆穿越井口引出，接入数据处理系统。

具体的，数据处理设备可以采用磁记忆检测技术来确定管柱的冲蚀情况。磁记忆检测技术主要用于金属无损检测，通过测量金属在外力作用下引起的磁场改变，即磁场的法向分量和切向分量的变化，即可确定金属发生应力集中的区域。对于管柱冲蚀而言，只要有冲蚀发生或即将发生冲蚀，不可避免的造成冲蚀部位发生应力集中，因此，数据处理设备分析各监测装置采集的所述磁场数据的变化，即磁场的法向分量和切向分量发生变化的监测装置对应的管柱位置有冲蚀发生或即将发生冲蚀。

具体实施时，上述管柱冲蚀在线监测系统确定出的管柱的冲蚀情况可以作为安全生产中验证、修正临界冲蚀流量的依据，例如，当管柱达到设计产量时，监测注采管柱是否发生冲蚀。如果监测管柱发生冲蚀或存在冲蚀的趋势，证明设计的临界冲蚀流量过大，则可以修正计算方法，至少确保计算的结果小于发生冲蚀的工况；如果监测管柱状态良好，证明计算方法安全、可靠，在现场允许的条件下，逐步提高产量或注采气量，实验临界冲蚀流量是否可进一步提高。通过长周期现场实验，监测不同提高产量或注采气量工况，确定最大的临界冲蚀流量，修正临界冲蚀流量计算方法，为本区块、本气田的临界冲蚀流量设计提供可靠的数据。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种管柱冲蚀在线监测方法，如下面的实施例所述。由于管柱冲蚀在线监测方法解决问题的原理与管柱冲蚀在线监测系统相似，因此管柱冲蚀在线监测方法的实施可以参见管柱冲蚀在线监测系统的实施，重复之处不再赘述。

图3是本发明实施例的管柱冲蚀在线监测方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

步骤301：针对待监测井，在冲蚀监测井段的油管外壁上设置至少一个监测装置，通过所述监测装置采集所述油管的磁场数据；

步骤302：每个所述监测装置通过井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备，其中，所述监测装置与所述井下电缆中的电缆内芯一一对应连接；

步骤303：通过所述数据处理设备分析各监测装置采集的所述磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。

在一个实施例中，所述冲蚀监测井段为所述待监测井上临界冲蚀流量最大的井段。

在一个实施例中，通过所述监测装置采集所述油管的磁场数据，包括：

所述监测装置包括一个圆环，多个磁记忆探头设置在所述圆环上，所述监测装置设置在油管外壁上时，多个所述磁记忆探头固定在油管外壁上，通过多个所述磁记忆探头来采集所述油管的磁场数据，每个所述磁记忆探头的数据线分别与自身所在的监测装置对应的电缆内芯连接，每个所述磁记忆探头通过自身连接的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备。

在一个实施例中，还包括：

在所述监测装置中设置信号放大与滤波设备，在每个所述磁记忆探头将采集的磁场数据传输给数据处理设备之前，通过所述信号放大与滤波设备对每个磁记忆探头采集的磁场数据进行滤波，并将不同磁记忆探头采集的磁场数据放大不同倍数。

在一个实施例中，还包括：

在所述监测装置中设置信号控制设备，通过所述信号控制设备控制每个所述磁记忆探头的工作状态。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

本发明实施例实现了如下技术效果：通过监测装置可以在线实时采集油管的磁场数据，各监测装置并通过井下电缆中自身对应的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备，进而数据处理设备可以分析各监测装置采集的磁场数据的变化情况，来确定管柱的冲蚀情况(例如，哪个位置有冲蚀发生或即将发生冲蚀等)，使得可以实现实时监测管柱的冲蚀状况或提前预警管柱冲蚀失效等，有利于根据确定出的管柱的冲蚀情况进一步验证、修正现有临界冲蚀流量计算方法，来确保管柱不发生或减少冲蚀，有利于为本区块、本气田设计科学的、合理的临界冲蚀流速和冲蚀流量提供依据，使得充分发挥管柱的通过能力，确保气田和储气库的安全、高效运行。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述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，本发明实施例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 (10)

1.一种管柱冲蚀在线监测系统，其特征在于，包括：

至少一个监测装置，所述监测装置设置在待监测井的冲蚀监测井段的油管外壁上，所述监测装置用于采集所述油管的磁场数据；

井下电缆，所述监测装置与所述井下电缆中的电缆内芯一一对应连接，数据处理设备与井下电缆中的每根电缆内芯连接，每个所述监测装置通过自身连接的井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备；

所述数据处理设备，用于分析各监测装置采集的所述磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。

2.如权利要求1所述的管柱冲蚀在线监测系统，其特征在于，所述冲蚀监测井段为所述待监测井上临界冲蚀流量最大的井段。

3.如权利要求1或2所述的管柱冲蚀在线监测系统，其特征在于，所述监测装置，包括：

一个圆环；

多个磁记忆探头，多个所述磁记忆探头设置在所述圆环上，所述监测装置设置在油管外壁上时，多个所述磁记忆探头固定在油管外壁上，多个所述磁记忆探头，用于采集所述油管的磁场数据；每个所述磁记忆探头的数据线分别与自身所在的监测装置对应的电缆内芯连接，每个所述磁记忆探头通过自身连接的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备。

4.如权利要求3所述的管柱冲蚀在线监测系统，其特征在于，所述监测装置，还包括：

信号放大与滤波设备，所述信号放大与滤波设备用于在每个所述磁记忆探头将采集的磁场数据传输给数据处理设备之前，对每个所述磁记忆探头采集的磁场数据进行滤波，并将不同磁记忆探头采集的磁场数据放大不同倍数。

5.如权利要求3所述的管柱冲蚀在线监测系统，其特征在于，所述监测装置，还包括：

信号控制设备，所述信号控制设备用于控制每个所述磁记忆探头的工作状态。

6.一种管柱冲蚀在线监测方法，其特征在于，包括：

针对待监测井，在冲蚀监测井段的油管外壁上设置至少一个监测装置，通过所述监测装置采集所述油管的磁场数据；

每个所述监测装置通过井下电缆中的一根电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备，其中，所述监测装置与所述井下电缆中的电缆内芯一一对应连接；

通过所述数据处理设备分析各监测装置采集的所述磁场数据的变化，来确定管柱的冲蚀情况。

7.如权利要求6所述的管柱冲蚀在线监测方法，其特征在于，所述冲蚀监测井段为所述待监测井上临界冲蚀流量最大的井段。

8.如权利要求6或7所述的管柱冲蚀在线监测方法，其特征在于，通过所述监测装置采集所述油管的磁场数据，包括：

所述监测装置包括一个圆环，多个磁记忆探头设置在所述圆环上，所述监测装置设置在油管外壁上时，多个所述磁记忆探头固定在油管外壁上，通过多个所述磁记忆探头来采集所述油管的磁场数据，每个所述磁记忆探头的数据线分别与自身所在的监测装置对应的电缆内芯连接，每个所述磁记忆探头通过自身连接的电缆内芯将采集的磁场数据传输给数据处理设备。

9.如权利要求8所述的管柱冲蚀在线监测方法，其特征在于，还包括：

在所述监测装置中设置信号放大与滤波设备，在每个所述磁记忆探头将采集的磁场数据传输给数据处理设备之前，通过所述信号放大与滤波设备对每个磁记忆探头采集的磁场数据进行滤波，并将不同磁记忆探头采集的磁场数据放大不同倍数。

10.如权利要求8所述的管柱冲蚀在线监测方法，其特征在于，还包括：

在所述监测装置中设置信号控制设备，通过所述信号控制设备控制每个所述磁记忆探头的工作状态。