CN110344815B - 一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法 - Google Patents

一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法 Download PDF

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Abstract

一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，对单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号利用DTS/DAS注采井生产剖面解释模块进行处理，最终得到注采井各生产层段的实时流量和含水情况。本发明相比于现有的生产剖面测试技术而言，采用本发明中的生产剖面监测方法可以完成“一次入井作业实现全井段生产剖面测试”；可以实现注采井生产剖面的实时、长期或临时监测；可以实时获得各生产井段的流量、含水参数；可以实时判断各井段的生产贡献情况；可以实时评价注采井井下作业措施以及生产参数调整的生产效果。

Description

一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法
技术领域
本发明涉及一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，属于油气开采监测的技术领域。
背景技术
在油田生产过程中，及时掌握生产井和注入井的生产剖面，对于提高注采效率、优化注采参数至关重要。目前，油田现场生产剖面测试常采用涡轮流量计、超声波流量计、电磁流量计、电导式流量计等流量测量仪器配合集流伞来测试各层段流量，采用电容法、低能光子法等手段测试各层段含水率，测试过程通常需要分段进行，测试时间长、测试成本高、测试效率低。
随着分布式光纤温度监测(DTS)和分布式光纤声音监测(DAS)技术的发展，为注采井筒生产剖面的分布式、实时监测提供了一种重要手段。DTS技术的主要原理是利用光纤的反射原理和光纤的反向Roman散射的温度敏感性，依靠光在光纤中传播时与光纤介质周围温度变化的定量关系来确定光纤介质所在位置处的温度。DAS技术的主要原理是利用相干光时域反射测量的原理，将相干短脉冲激光注入到光纤中，当有外界振动作用于光纤上时，由于弹光效应，会微小地改变纤芯内部结构，从而导致背向瑞利散射信号的变化，使得接收到的反射光强发生变化，通过检测井下事件前后的瑞利散射光信号的强度变化，即可探测并精确定位正在发生的井下流体流动事件，从而实现井下生产动态的实时监测。由于光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、实时性好等特点，使得其在井下生产动态实时监测方面具有更大的优越性。
由于储层地温差异、油水热学特性差异以及油水密度差异，当不同流量和组成的流体从储层流入井筒和在井筒中流动时，将呈现出不同的温度差异和声速差异，利用高灵敏度和高精度的分布式光纤温度和声音传感技术可以感知这种温度差异和声速差异，再结合相应的数学模型进行解释，即可获得注采井筒的生产剖面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，其特征在于，对单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号利用DTS/DAS注采井生产剖面解释模块进行处理，最终得到注采井各生产层段的实时流量和含水情况。
根据本发明优选的，所述的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块包括数据预处理模块、油气井产液剖面解释模块和注入井注入剖面解释模块；
所述数据预处理模块用于得到与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的或注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据；
所述油气井产液剖面解释模块用于建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，并根据内载算法确定产液层段，计算各个产液层段的流体流量和含水数据；
所述的注入井注入剖面解释模块，利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，采用与油气井产液剖面解释模块相同的算法，得到注入井井筒中各井段的注入量分布。
根据本发明优选的，所述数据预处理模块用于得到与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的或注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据，包括步骤1-1)-1-4)：
1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对生产过程监测过程中采集的声音数据进行处理，得到去除随机尖峰噪声的声音数据；
1-2)采用带通滤波器将声音数据的频率范围限制在地层流体进入井筒流动或者注入流体进入储层流动的冲击能量范围内，从而消除数据中无关的噪声信号；
1-3)得到与生产过程中地层流体进入井筒流动或者注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据；
1-4)采用Pavel Holoborodko滤波方法对模拟生产过程监测过程中采集的温度数据进行处理，得到去除噪声的温度数据。
根据本发明优选的，所述油气井产液剖面解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括：
2-1)建立声强坐标系，油气井深度为横坐标、对地层流体进入井筒流动的声音监测的时间为纵坐标；
2-2)利用与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的声音数据在上述声强坐标系中绘制声强“瀑布图”：
2-3)定义产液层段：
由于已知油气井中所有生产层段的位置，也即知道油气井中生产层段所覆盖的深度范围，因此，从声强“瀑布图”上在生产层段所覆盖的深度范围内提取任意时刻的声强随油气井深度变化的曲线，如图2中实线所示；以在生产层段所覆盖的深度范围内所提取的任意时刻的声强随油气井深度变化曲线的最小声强值为基础作一条水平线，如图2中虚线所示；
根据各个生产层段所覆盖的深度范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的深度范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随油气井深度变化的曲线所包围形成的图形的面积；
然后，计算面积方差：将生产层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积大于1倍面积方差的生产层段判断为产液层段；
2-4)计算各个产液层段的流体流量：
利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，结合井筒温度场数学模型和声速场数学模型，采用马尔科夫链——蒙特卡洛方法进行反演，计算井筒中各产液层段的流量和含水分布：
所述井筒温度场数学模型为
Figure BDA0002131637340000031
其中，
Figure BDA0002131637340000041
为温度梯度，℃/m；Uat为油管与环空热交换的总传热系数，W/(m2·℃)；Rti为油管内径，m；cp为井筒中流体比热容，J/(kg·℃)；KJT为焦耳-汤姆逊系数，℃/Pa；w为油管中流体质量流量，kg/s；
Figure BDA0002131637340000042
为井筒压力梯度，Pa/m；g为重力加速度，m/s2；hlat,jj′为环空中流体的焓，kJ；waj′为环空中流体质量流量，kg/s；ρtj、ρtj′为油管中计算单元流入和流出的流体密度，kg/m3；
Figure BDA0002131637340000043
为油管中溶解气油比相对于压力的变化梯度；
所述井筒声速场数学模型为
c＝0.5(c++c-)                 (2)
其中，c+为声波传播方向与介质流动方向相同时的声速，m/s；c-为声波传播方向与介质流动方向相逆时的声速，m/s；
所述的c+和c-通过对时间-空间域的声强“瀑布图”进行频率-波数域转换后求得；根据c+和c-计算结果，利用下述公式计算油管内流体流速
v＝0.5(c+-c-)                (3)
其中，v为油管内流体流速，m/s；
根据油管内流体流速合油管截面积即可计算油管内流体流量；
所述的含水数据根据油管中混合流体的声速以及流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数进行计算得到；所述的油管中混合流体的声速采用公式(4)计算；所述的流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数采用公式(5)计算；所述混合流体中各相组成比例之和等于1，如公式(6)所示：
Figure BDA0002131637340000044
Figure BDA0002131637340000045
αo+αg+αw＝1
                                    (6)
其中，cm为混合流体声速，m/s；co为油相声速，m/s；cw为水相声速，m/s；cg为气相声速，m/s；αo为油相比例，小数；αw为水相比例，小数；αg为气相比例，小数；ρo为油相密度，kg/m3；ρw为水相密度，kg/m3；ρg为气相密度，kg/m3；E是管材的杨氏模量；t是管壁厚度，m；d为油管内径，m；cp,o为油相比热容，J/(kg·℃)；cp,w为水相比热容，J/(kg·℃)；cp,g为气相比热容，J/(kg·℃)；βo为油相热膨胀系数，1/℃；βw为水相热膨胀系数，1/℃；Twell为井壁温度，℃；Z为气体压缩因子，小数；
Figure BDA0002131637340000051
为压缩因子随井壁温度的变化梯度。
根据本发明优选的，实现上述监测时使用DAS/DTS生产剖面监测仪7、铠装光缆8和加重物9，其中所述的DAS/DTS生产剖面监测仪7置于地面，与铠装光缆8直接相连；铠装光缆8附着在油管5外壁卡槽上；加重物9与铠装光缆8的下端连接；
所述的DAS/DTS生产剖面监测仪7由激光光源、声音信号接收器、温度信号接收器和计算机控制与显示系统组成；所述的激光光源向铠装光缆8中的单模感声光纤和多模感温光纤发送脉冲激光；所述的声音信号接收器接收从铠装光缆8中的单模感声光纤反射回来的声音信号；所述的温度信号接收器接收从铠装光缆8中的多模感温光纤反射回来的温度信号；所述的计算机控制与显示系统控制激光光源、声音信号接收器和温度信号接收器的信号发射与接收工作；所述的计算机控制与显示系统内置有DTS/DAS注采井生产剖面解释模块；所述的计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块从声音信号接收器和温度信号接收器实时获取从铠装光缆8中的单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号，解释并显示注采井各生产层段的实时流量和含水情况。
所述的铠装光缆8由多根单模感声光纤和多根多模感温光纤经无缝不锈钢管铠装而成或者经可分解的铝合金铠装而成或者由连续油管封装而成；所述多根单模感声光纤可以是1根、2根、5根，也可以任意多根；所述多根多模感温光纤可以是1根、2根、5根，也可以任意多根。
根据本发明优选的，所述的铠装光缆8的长度超过注采井生产管柱的长度，其延伸深度达到注采井的人工井底处；所述的铠装光缆8的下端连接有加重物9，以便使超过注采井生产管柱长度的铠装光缆在注采井生产管柱以下的空间中得以顺利下入。所述的DAS/DTS生产剖面监测仪7的空间分辨率为1米，最高采样频率为15kHz。
本发明的有益效果在于：
1、相比于现有的生产剖面测试技术而言，采用本发明中的生产剖面监测方法可以完成“一次入井作业实现全井段生产剖面测试”。
2、采用本发明中的生产剖面监测方法可以实现注采井生产剖面的实时、长期或临时监测。
3、采用本发明中的生产剖面监测方法可以实时获得各生产井段的流量、含水参数。
4、采用本发明中的生产剖面监测方法可以实时判断各井段的生产贡献情况。
5、采用本发明中的生产剖面监测方法可以实时评价注采井井下作业措施以及生产参数调整的生产效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的结构示意图。
图2为利用本发明所述方法在某一时刻所监测到的油井生产剖面声音和温度监测结果以及产液量和含水解释结果的示意图。
图3为利用本发明所述方法在某一时刻所监测到的注水井生产剖面声音和温度监测结果以及注水量解释结果的示意图。
图1中：1、生产层段I，2、生产层段II，3、生产层段III，4、套管，5、油管，6、井口，7、DAS/DTS生产剖面监测仪，8、铠装光缆，9、加重物或爬行器，10、人工井底。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，其特征在于，对单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号利用DTS/DAS注采井生产剖面解释模块进行处理，最终得到注采井各生产层段的实时流量和含水情况。
所述的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块包括数据预处理模块、油气井产液剖面解释模块和注入井注入剖面解释模块；
所述数据预处理模块用于得到与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的或注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据；
所述油气井产液剖面解释模块用于建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，并根据内载算法确定产液层段，计算各个产液层段的流体流量和含水数据；
所述的注入井注入剖面解释模块，利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，采用与油气井产液剖面解释模块相同的算法，得到注入井井筒中各井段的注入量分布。
所述数据预处理模块用于得到与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的或注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据，包括步骤1-1)-1-4)：
1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对生产过程监测过程中采集的声音数据进行处理，得到去除随机尖峰噪声的声音数据；
1-2)采用带通滤波器将声音数据的频率范围限制在地层流体进入井筒流动或者注入流体进入储层流动的冲击能量范围内，从而消除数据中无关的噪声信号；
1-3)得到与生产过程中地层流体进入井筒流动或者注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据；
1-4)采用Pavel Holoborodko滤波方法对模拟生产过程监测过程中采集的温度数据进行处理，得到去除噪声的温度数据。
所述油气井产液剖面解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括：
2-1)建立声强坐标系，油气井深度为横坐标、对地层流体进入井筒流动的声音监测的时间为纵坐标；
2-2)利用与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的声音数据在上述声强坐标系中绘制声强“瀑布图”：
2-3)定义产液层段：
由于已知油气井中所有生产层段的位置，也即知道油气井中生产层段所覆盖的深度范围，因此，从声强“瀑布图”上在生产层段所覆盖的深度范围内提取任意时刻的声强随油气井深度变化的曲线，如图2中实线所示；以在生产层段所覆盖的深度范围内所提取的任意时刻的声强随油气井深度变化曲线的最小声强值为基础作一条水平线，如图2中虚线所示；
根据各个生产层段所覆盖的深度范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的深度范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随油气井深度变化的曲线所包围形成的图形的面积；
然后，计算面积方差：将生产层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积大于1倍面积方差的生产层段判断为产液层段；
2-4)计算各个产液层段的流体流量：
利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，结合井筒温度场数学模型和声速场数学模型，采用马尔科夫链——蒙特卡洛方法进行反演，计算井筒中各产液层段的流量和含水分布：
所述井筒温度场数学模型为
Figure BDA0002131637340000081
其中，
Figure BDA0002131637340000082
为温度梯度，℃/m；Uat为油管与环空热交换的总传热系数，W/(m2·℃)；Rti为油管内径，m；cp为井筒中流体比热容，J/(kg·℃)；KJT为焦耳-汤姆逊系数，℃/Pa；w为油管中流体质量流量，kg/s；
Figure BDA0002131637340000091
为井筒压力梯度，Pa/m；g为重力加速度，m/s2；hlat,jj′为环空中流体的焓，kJ；waj′为环空中流体质量流量，kg/s；ρtj、ρtj′为油管中计算单元流入和流出的流体密度，kg/m3；
Figure BDA0002131637340000092
为油管中溶解气油比相对于压力的变化梯度；
所述井筒声速场数学模型为
c＝0.5(c++c-)                 (2)
其中，c+为声波传播方向与介质流动方向相同时的声速，m/s；c-为声波传播方向与介质流动方向相逆时的声速，m/s；
所述的c+和c-通过对时间-空间域的声强“瀑布图”进行频率-波数域转换后求得；根据c+和c-计算结果，利用下述公式计算油管内流体流速
v＝0.5(c+-c-)                (3)
其中，v为油管内流体流速，m/s；
根据油管内流体流速合油管截面积即可计算油管内流体流量；
所述的含水数据根据油管中混合流体的声速以及流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数进行计算得到；所述的油管中混合流体的声速采用公式(4)计算；所述的流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数采用公式(5)计算；所述混合流体中各相组成比例之和等于1，如公式(6)所示：
Figure BDA0002131637340000093
Figure BDA0002131637340000094
αo+αg+αw＝1
                                    (6)
其中，cm为混合流体声速，m/s；co为油相声速，m/s；cw为水相声速，m/s；cg为气相声速，m/s；αo为油相比例，小数；αw为水相比例，小数；αg为气相比例，小数；ρo为油相密度，kg/m3；ρw为水相密度，kg/m3；ρg为气相密度，kg/m3；E是管材的杨氏模量；t是管壁厚度，m；d为油管内径，m；cp,o为油相比热容，J/(kg·℃)；cp,w为水相比热容，J/(kg·℃)；cp,g为气相比热容，J/(kg·℃)；βo为油相热膨胀系数，1/℃；βw为水相热膨胀系数，1/℃；Twell为井壁温度，℃；Z为气体压缩因子，小数；
Figure BDA0002131637340000101
为压缩因子随井壁温度的变化梯度。
实施例2、
如图1所示。
如实施例1所述的一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，实现上述监测时使用DAS/DTS生产剖面监测仪7、铠装光缆8和加重物9，其中所述的DAS/DTS生产剖面监测仪7置于地面，与铠装光缆8直接相连；铠装光缆8附着在油管5外壁卡槽上；加重物9与铠装光缆8的下端连接；
所述的DAS/DTS生产剖面监测仪7由激光光源、声音信号接收器、温度信号接收器和计算机控制与显示系统组成；所述的激光光源向铠装光缆8中的单模感声光纤和多模感温光纤发送脉冲激光；所述的声音信号接收器接收从铠装光缆8中的单模感声光纤反射回来的声音信号；所述的温度信号接收器接收从铠装光缆8中的多模感温光纤反射回来的温度信号；所述的计算机控制与显示系统控制激光光源、声音信号接收器和温度信号接收器的信号发射与接收工作；所述的计算机控制与显示系统内置有DTS/DAS注采井生产剖面解释模块；所述的计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块从声音信号接收器和温度信号接收器实时获取从铠装光缆8中的单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号，解释并显示注采井各生产层段的实时流量和含水情况。
所述的铠装光缆8由多根单模感声光纤和多根多模感温光纤经无缝不锈钢管铠装而成或者经可分解的铝合金铠装而成或者由连续油管封装而成；所述多根单模感声光纤可以是1根、2根、5根，也可以任意多根；所述多根多模感温光纤可以是1根、2根、5根，也可以任意多根。
所述的铠装光缆8的长度超过注采井生产管柱的长度，其延伸深度达到注采井的人工井底处；所述的铠装光缆8的下端连接有加重物9，以便使超过注采井生产管柱长度的铠装光缆在注采井生产管柱以下的空间中得以顺利下入。所述的DAS/DTS生产剖面监测仪7的空间分辨率为1米，最高采样频率为15kHz。
应用例1、
将本发明所述监测方法应用至注采井生产剖面长期实时监测时，具体步骤如下：
步骤1：按照注采井生产工艺确定注采井生产管柱，确定经无缝不锈钢管铠装而成的铠装光缆8的长度，确保铠装光缆8的长度超过油管5的长度并能延伸到人工井底10；将加重物9连接在铠装光缆8的下端；将小于油管5长度的铠装光缆8的部分固定在油管5外壁卡槽内；将铠装光缆8随注采井生产管柱下入注采井中；
步骤2：将铠装光缆8穿越井口6后与置于地面的DAS/DTS生产剖面监测仪7相连；
步骤3：启动DAS/DTS生产剖面监测仪7，开井生产；
步骤4：观察DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统上所显示的声音数据和温度数据，待声音数据和温度数据稳定后，记录下该声音数据和温度数据；
步骤5：利用DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块对步骤4所采集的声音数据和温度数据进行实时解释，得到注采井各生产层段的流量和含水情况；
步骤6：改变注采井工作制度，重复步骤4和步骤5，得到不同工作制度下注采井各生产层段的流量和含水情况。
应用例2、
将本发明所述监测方法应用至无封隔器垂直油气生产井生产剖面临时监测时，具体步骤如下：
步骤1：根据无封隔器垂直油气生产井人工井底10的深度，确定经无缝不锈钢管铠装而成或者经可分解的铝合金铠装而成的铠装光缆8的长度，确保铠装光缆8的长度超过油管5的长度并能延伸到人工井底10；将加重物9连接在铠装光缆8的下端；将铠装光缆8从油管5和套管4之间的环形空间下入无封隔器垂直油气生产井中；
步骤2：将铠装光缆8穿越井口6后与置于地面的DAS/DTS生产剖面监测仪7相连；
步骤3：启动DAS/DTS生产剖面监测仪7，开井生产；
步骤4：观察DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统上所显示的声音数据和温度数据，待声音数据和温度数据稳定后，记录下该声音数据和温度数据；
步骤5：利用DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块对步骤4所采集的声音数据和温度数据进行实时解释，得到无封隔器垂直油气生产井各生产层段的流量和含水情况；
步骤6：改变无封隔器垂直油气生产井工作制度，重复步骤4和步骤5，得到不同工作制度下无封隔器垂直油气生产井各生产层段的流量和含水情况；
步骤7：测试完毕，关闭DAS/DTS生产剖面监测仪7；若采用经无缝不锈钢管铠装而成的铠装光缆8，则从油管5和套管4之间的环形空间取出铠装光缆8，完成无封隔器垂直油气生产井生产剖面临时监测；若采用经可分解的铝合金铠装而成的铠装光缆8，则在井口切割铠装光缆8，完成无封隔器垂直油气生产井生产剖面临时监测。
应用例3、
将本发明所述监测方法应用至无封隔器水平油气生产井生产剖面临时监测时，具体步骤如下：
步骤1：根据无封隔器水平油气生产井人工井底10的深度，确定经无缝不锈钢管铠装而成的铠装光缆8的长度，确保铠装光缆8的长度超过油管5的长度并能延伸到人工井底10；将爬行器9连接在铠装光缆8的下端；利用爬行器9的动力将铠装光缆8从油管5和套管4之间的环形空间下入无封隔器水平油气生产井中；
步骤2：将铠装光缆8穿越井口6后与置于地面的DAS/DTS生产剖面监测仪7相连；
步骤3：启动DAS/DTS生产剖面监测仪7，开井生产；
步骤4：观察DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统上所显示的声音数据和温度数据，待声音数据和温度数据稳定后，记录下该声音数据和温度数据；
步骤5：利用DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块对步骤4所采集的声音数据和温度数据进行实时解释，得到无封隔器水平油气生产井各生产层段的流量和含水情况；
步骤6：改变无封隔器水平油气生产井工作制度，重复步骤4和步骤5，得到不同工作制度下无封隔器水平油气生产井各生产层段的流量和含水情况；
步骤7：测试完毕，关闭DAS/DTS生产剖面监测仪7；从油管5和套管4之间的环形空间取出铠装光缆8核爬行器9，完成无封隔器水平油气生产井生产剖面临时监测。
应用例4、
将本发明所述监测方法应用至注采井井下作业措施效果评价时，具体步骤如下：
步骤1：按照注采井生产工艺确定注采井生产管柱，确定经无缝不锈钢管铠装而成的铠装光缆8的长度，确保铠装光缆8的长度超过油管5的长度并能延伸到人工井底10；将加重物9连接在铠装光缆8的下端；将小于油管5长度的铠装光缆8的部分固定在油管5外壁卡槽内；将铠装光缆8随注采井生产管柱下入注采井中；
步骤2：将铠装光缆8穿越井口6后与置于地面的DAS/DTS生产剖面监测仪7相连；
步骤3：启动DAS/DTS生产剖面监测仪7，开井生产；
步骤4：观察DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统上所显示的声音数据和温度数据，待声音数据和温度数据稳定后，记录下该声音数据和温度数据；
步骤5：利用DAS/DTS生产剖面监测仪7中计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块对步骤4所采集的声音数据和温度数据进行实时解释，得到井下作业措施前注采井各生产层段的流量和含水情况；
步骤6：测试完毕，关闭DAS/DTS生产剖面监测仪7；取出铠装光缆8、加重物9和注采井生产管柱；
步骤7：实施注采井井下作业措施工艺过程；
步骤8：待注采井井下作业措施工艺完成后，取出井下作业措施管柱；
步骤9：重复步骤1到步骤6，得到井下作业措施后注采井各生产层段的流量和含水情况；
步骤12：将步骤5获得的井下作业措施前注采井各生产层段的流量和含水情况与步骤9获得的井下作业措施后注采井各生产层段的流量和含水情况进行对比，进行注采井井下作业措施效果评价。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，其特征在于，对单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号利用DTS/DAS注采井生产剖面解释模块进行处理，最终得到注采井各生产层段的实时流量和含水情况；
所述的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块包括数据预处理模块、油气井产液剖面解释模块和注入井注入剖面解释模块；
所述数据预处理模块用于得到与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的或注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据；
所述油气井产液剖面解释模块用于建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，并根据内载算法确定产液层段，计算各个产液层段的流体流量和含水数据；
所述的注入井注入剖面解释模块，利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，采用与油气井产液剖面解释模块相同的算法，得到注入井井筒中各井段的注入量分布；
所述油气井产液剖面解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括：
2-1)建立声强坐标系，油气井深度为横坐标、对地层流体进入井筒流动的声音监测的时间为纵坐标；
2-2)利用与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的声音数据在上述声强坐标系中绘制声强“瀑布图”：
2-3)定义产液层段：
油气井中从声强“瀑布图”上在生产层段所覆盖的深度范围内提取任意时刻的声强随油气井深度变化的曲线，以在生产层段所覆盖的深度范围内所提取的任意时刻的声强随油气井深度变化曲线的最小声强值为基础作一条水平线；
根据各个生产层段所覆盖的深度范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的深度范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随油气井深度变化的曲线所包围形成的图形的面积；
然后，计算面积方差：将生产层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积大于1倍面积方差的生产层段判断为产液层段；
2-4)计算各个产液层段的流体流量：
利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，结合井筒温度场数学模型和井筒声速场数学模型，采用马尔科夫链——蒙特卡洛方法进行反演，计算井筒中各产液层段的流量和含水分布：
所述井筒温度场数学模型为
Figure FDA0004077302090000021
其中，
Figure FDA0004077302090000022
为温度梯度，℃/m；Uat为油管与环空热交换的总传热系数，W/(m2·℃)；Rti为油管内径，m；cp为井筒中流体比热容，J/(kg·℃)；KJT为焦耳-汤姆逊系数，℃/Pa；w为油管中流体质量流量，kg/s；
Figure FDA0004077302090000023
为井筒压力梯度，Pa/m；g为重力加速度，m/s2；hlat，jj′为环空中流体的焓，kJ；waj′为环空中流体质量流量，kg/s；ρtj、ρtj′为油管中计算单元流入和流出的流体密度，kg/m3；
Figure FDA0004077302090000024
为油管中溶解气油比相对于压力的变化梯度；
所述井筒声速场数学模型为
c＝0.5(c++c-)    (2)
其中，c+为声波传播方向与介质流动方向相同时的声速，m/s；c-为声波传播方向与介质流动方向相逆时的声速，m/s；
所述的c+和c-通过对时间-空间域的声强“瀑布图”进行频率-波数域转换后求得；根据c+和c-计算结果，利用下述公式计算油管内流体流速
v＝0.5(c+-c-)    (3)
其中，v为油管内流体流速，m/s；
根据油管内流体流速和油管截面积即可计算油管内流体流量；
所述的含水数据根据油管中混合流体的声速以及流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数进行计算得到；所述的油管中混合流体的声速采用公式(4)计算；所述的流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数采用公式(5)计算；所述混合流体中各相组成比例之和等于1，如公式(6)所示：
Figure FDA0004077302090000031
Figure FDA0004077302090000032
αo+αg+αw＝1
(6)
其中，cm为混合流体声速，m/s；co为油相声速，m/s；cw为水相声速，m/s；cg为气相声速，m/s；αo为油相比例，小数；αw为水相比例，小数；αg为气相比例，小数；ρo为油相密度，kg/m3；ρw为水相密度，kg/m3；ρg为气相密度，kg/m3；E是管材的杨氏模量；t是管壁厚度，m；d为油管内径，m；cp，o为油相比热容，J/(kg·℃)；cp，w为水相比热容，J/(kg·℃)；cp，g为气相比热容，J/(kg·℃)；βo为油相热膨胀系数，1/℃；βw为水相热膨胀系数，1/℃；Twell为井壁温度，℃；Z为气体压缩因子，小数；
Figure FDA0004077302090000033
为压缩因子随井壁温度的变化梯度。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，其特征在于，所述数据预处理模块用于得到与生产过程中地层流体进入井筒流动相关的或注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据，包括步骤1-1)-1-4)：
1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对生产过程监测过程中采集的声音数据进行处理，得到去除随机尖峰噪声的声音数据；
1-2)采用带通滤波器将声音数据的频率范围限制在地层流体进入井筒流动或者注入流体进入储层流动的冲击能量范围内，从而消除数据中无关的噪声信号；
1-3)得到与生产过程中地层流体进入井筒流动或者注入流体进入储层流动相关的去噪以后的声音数据；
1-4)采用Pavel Holoborodko滤波方法对生产过程监测过程中采集的温度数据进行处理，得到去除噪声的温度数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，其特征在于，实现上述监测时使用DAS/DTS生产剖面监测仪(7)、铠装光缆(8)和加重物(9)，其中所述的DAS/DTS生产剖面监测仪(7)置于地面，与铠装光缆(8)直接相连；铠装光缆(8)附着在油管(5)外壁卡槽上；加重物(9)与铠装光缆(8)的下端连接；
所述的DAS/DTS生产剖面监测仪(7)由激光光源、声音信号接收器、温度信号接收器和计算机控制与显示系统组成；所述的激光光源向铠装光缆(8)中的单模感声光纤和多模感温光纤发送脉冲激光；所述的声音信号接收器接收从铠装光缆(8)中的单模感声光纤反射回来的声音信号；所述的温度信号接收器接收从铠装光缆(8)中的多模感温光纤反射回来的温度信号；所述的计算机控制与显示系统控制激光光源、声音信号接收器和温度信号接收器的信号发射与接收工作；所述的计算机控制与显示系统内置有DTS/DAS注采井生产剖面解释模块；所述的计算机控制与显示系统内置的DTS/DAS注采井生产剖面解释模块从声音信号接收器和温度信号接收器实时获取从铠装光缆(8)中的单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号，解释并显示注采井各生产层段的实时流量和含水情况。
4.根据权利要求3所述的一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，其特征在于，所述的铠装光缆(8)的长度超过注采井生产管柱的长度，其延伸深度达到注采井的人工井底处；所述的铠装光缆(8)的下端连接有加重物(9)，以便使超过注采井生产管柱长度的铠装光缆在注采井生产管柱以下的空间中得以顺利下入。
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