CN111119880A - 一种油井光纤传感流体持率测井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油井光纤传感流体持率测井方法，由光纤流体持率测量传感器及其分布设计，持率测量系统组成；光纤传感持率测量依据油、气、水具有不同的光学指数原理，不同流体输出光信号的幅度及不同幅度信号持续时间不同，区分油、气、水，测量三相流体持率；传感器结构设计采用可与井内流体直接接触的宝石作探针，用单模光纤传输光信号；8个光纤传感器在井筒中均匀扇区分布设计，实现全井筒同一平面多点测量，可测量全井筒流体持率剖面；持率测量系统主要包括光纤传感流体持率传感器探测，光信号的有效耦合、传输、调理与解调，压差密度测量用于持率的计算，光纤陀螺仪设计用于确定传感器方位，伽马、磁定位测量设计完成测井资料的深度校正。
Description
技术领域
本发明专利涉及石油勘探开发中井内流体持率探测技术领域。
背景技术
流体持率是油井产出剖面评价的一个重要参数，对判断产水层位、采取堵水等措拖提高油气产量至关重要。目前，确定含气率主要是通过测量持气率得到的，含气率是气的流量占总流量的百分比，而持气率是管内单位体积的液体流动悬持的气体体积。含水率是水的流量占总流量的百分比，而求含水率的条件就是要测出持水率，持水率定义是单位长度的管内，液体流动时，悬持的水体积占流体总体积之比，即井眼内水的体积浓度。
目前持率测量仪有电容法持水率、伽马-伽马持水率、波导持水率。电容法和伽马-伽马等测量方法，在测量含水率小于30％的低含水油井内的持水率或分辨气-液方面效果较好。但是，目前我国大部分油田已进人高含水(含水率大于90％)开采阶段，造成现在被广泛应用的电容法持水率计在高含水的情况下测量的准确性较差，甚至无分辨率(当含水超过60％时，含有大量导电离子的地层水成为连续相，在仪器的工作频率下，水构成连接电容两极的导体，从而使仪器失去分辨率)。伽马-伽马持水率计存在探测范围小、温度稳定性低、放射性对人体的伤害大及环境污染严重等弊端。波导式含水率仪尽管理论上较成熟，但由于工艺复杂，制造和应用难度大、仪器重复性差、定量应用效果差。
光纤传感测井技术从本质上解决了现有持率仪器存在的不足。对于多相流体而言，油、水、气的光折射率各不相同，因而混合流体的折射率会随着油、水、气比例的改变而改变。应用光纤传感技术的气液两相流体参数测量仪的传感机理是光纤的传输功率随外界介质折射率变化而变化这一特性。原油、水、气三相流体的光学指数分别为1.50、1.35、1，各相差别较大，由于各相折射率相差较大，因而对于水中含油、油中含水、水中含气或油中含气的测定非常灵敏，可达到全量程0～100％内有效。光纤传感持率测井仪器与传统电容法持水率测量方法相比较，基于折射率调制的光纤传感器能做到基本与水质无关，且能同时识辨油和气。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种油井光纤传感流体持率测井方法，其技术方案如下：
一种油井光纤传感流体持率测井方法，包括井下测量系统和地面信号处理系统；所述井下测量系统由遥测装置、磁定位器、伽马仪、光纤陀螺仪、压差流体密度计、持率传感器组成；所述地面信号处理系统由信号处理接口、光信号解调器、持率计算模块、激光光源组成；所述井下测量系统和地面信号处理系统通过光电混合缆传输光信号。
进一步的，所述持率传感器包括宝石探针。
进一步的，还包括如下步骤：
(1)激光光源发射窄带激光束，依次通过地面光耦合器、地面光连接器、光电混合缆传输至持率传感器；
(2)持率传感器测量流体的光信号；压差流体密度计测量井筒内流体密度，光纤陀螺仪测量井下持率传感器、压差流体密度计的方位信号，伽马仪测量自然伽马信号，磁定位仪测量套管接箍信号。
(3)将步骤(2)中测量所得信号由遥测装置传输到地面信号处理接口，地面信号处理接口通过光信号解调器进行信号的耦合、调理后将数据传输到持率计算模块。
(4)确定门槛值，依据井内流体油、气、水组分以及混合液体密度的不同，宝石探针对发射光的折射率的调制也不同，输出信号幅度也不同，当宝石传感器探头处的流体是气体时，反射光的数量很大，幅度高；但当宝石传感器探头处流体是液体时，反射光的幅度低。通过理论计算和探头标定实验，可确定一个门槛值，大于该门槛值的信号，认为是由气体成分响应的；同样，也可以确定油、水响应信号的幅度值门槛。
进一步的，所述持率传感器还包括传输光纤2，光纤涂层3，承压外壳4，密封5。
进一步的，所述持率传感器为8个，呈均匀扇区分布，其中4个间隔90°贴套管壁布置，另外4个笼式间隔90°均布在井轴与井壁中间，每个持率传感器间隔45°。
本发明的有益效果是：在数字化油田、智能化油田建设背景下，实时地获取油藏、生产等数据是实现油气田数字化、模型化、智能化的基础。井下光纤传感系统能够在高温、高压、高腐蚀、高电磁干扰的条件下，可靠稳定地工作。光纤传感技术以其独特的优势取代传统电子传感技术及新型持率生产测井仪器在国外油气田及非常规气(煤层气、页岩气)等领域的广泛应用，有助于提高油气采收率，必将产生巨大的经济效益与社会效益。
附图说明
图1是探针响应示意图
图2是持气率测量原理示意图
图3是持率传感器结构设计示意图
图4是持率传感器井筒内分布示意图
图5是光纤持率测量系统示意图
具体技术实施方案：
1、测量方法
一种新型的光纤传感持率测量方法是根据宝石光纤传感器对流体光学指数敏感的特性原理进行探测的，气体的光折射率接近于1，水的光折射率为1.35，原油的光折射率为1.5。
激光光源发射窄带激光束，通过地面光耦合器、光连接器，进入井下几千米的传输光缆，再通过井下光连接器到达宝石探针，宝石探针在井筒内可直接与井内流体接触。依据井内流体油、气、水组分以及混合液体积的不同，宝石传感器探头对发射光的折射率的调制也不同，输出信号幅度也不同，当探针处的流体是气体时，反射光的数量很大，幅度高；但当探针处流体是液体时，反射光的幅度低。通过理论计算和探头标定实验，可确定一个门槛值，大于该门槛值的信号，认为是由气体成分响应的；同样，也可以确定油、水响应信号的幅度值门槛。通过测量不同幅度的信号，从而区分油、气、水，如图1所示。流体中气体液体成分的少许变化，就会造成系统输出的气体和液体的信号幅度差别很大，说明该方法灵敏度较高。
依据流体中气体体积所占比例的不同，输出高强度信号的持续时间也不同，气体体积占比大，高幅度信号持续时间也越长，这样根据探测信号幅值的高低和持续时间就能计算出流体中气体所占的体积百分比，即气体的持率。
根据原始测量信号波形，如图2所示，可计算出持气率Yg：
原油、气、水的密度值ρo、ρg、ρw为已知常数，利用压差密度计测量出流体密度值ρf，解式(1)、(2)、(3)连立方程组，即可计算出流体的油、水的持率Yo、Yw。
2.持率光纤传感器设计
该持率传感器主要包括宝石探针1，传输光纤2，光纤涂层3，承压外壳4，密封5等部分组成。宝石传探针1与传输光纤2之间采用激光焊接方式可靠焊接；宝石探针1与井筒内流体直接接触，宝石探针1锥度，保证传感器具有最佳响应时间和最高的探测灵敏度。
3.光纤持率传感器分布
测量系统光纤持气率传感器分布采用8传感器均匀扇区分布设计，其中4个采用扶正装置间隔90°贴套管臂布置，另外4个采用笼式间隔90°在井轴与井壁中间位置布置，这样每个感感器间隔45°，如图4所示，D1～D8为在井筒内均布的8个光纤持率传感器。
井下仪采用两套伸收臂装置，保证8传感器在井筒内均布，实现全井筒同一平面多点测量；对8探头输出信号进行加权平均，计算全井筒气体剖面及油气水持率。
4.测量系统设计方案
测量系统设计框图，如图5所示。测量系统主要由井下仪器和地面系统两部分组成。
井下仪器八扇区持率传感器1探测井内不同流体时的光信号，利用式(1)计算持气率Yg，持率传感器1的结构与在井筒内的分布，如图2、图3所示；持率传感器1两端的扶正器2、扶正器3保证下井仪器居中测量；压差流体密度计4测量井筒内流体密度，用于利用式(2)、式(3)计算油、水的持率Yo、Yw；光纤陀螺仪5，井下仪器方位测量，确定井下持率传感器、压差密度计的准确方位；伽马6、次定位7分别测量自然伽马、套管接箍信号，用于确定测井资料的井下具体深度和深度校正；遥测8、光电混合缆9完成下井仪器部分与地面系统部分的数据信息传输。
地面信号处理接口10完成信号的耦合、调理；光信号解调模块11完成光信号的解调；持率计算模块12，包括持率计算方法和处理软件；激光光源13为持率测量系统提供光源。
本发明的有益效果是：
在数字化油田、智能化油田建设背景下，实时地获取油藏、生产等数据是实现油气田数字化、模型化、智能化的基础。井下光纤传感系统能够在高温、高压、高腐蚀、高电磁干扰的条件下，可靠稳定地工作。光纤传感技术以其独特的优势取代传统电子传感技术及新型持率生产测井仪器在国外油气田及非常规气(煤层气、页岩气)等领域的广泛应用，有助于提高油气采收率，必将产生巨大的经济效益与社会效益。
Claims (5)
1.一种油井光纤持率测量系统，包括井下持率测量系统和地面信号处理系统，其特征是：所述井下持率测量系统由遥测装置、磁定位器、伽马仪、光纤陀螺仪、压差流体密度计、持率传感器组成；所述地面信号处理系统由信号处理接口、光信号解调器、持率计算模块、激光光源组成；所述井下测量系统和地面信号处理系统通过光电混合缆传输光信号。
2.根据权利要求1所述的油井光纤传感流体持率测井方法，其特征是：所述持率传感器包括宝石探针。
3.一种用于权利要求1所述的油井光纤持率测量系统的测井方法，其特征是：还包括如下步骤：
(1)激光光源发射窄带激光束，依次通过地面光耦合器、地面光连接器、光电混合缆传输至持率传感器；
(2)持率传感器测量流体的光信号；压差流体密度计测量井筒内流体密度，光纤陀螺仪测量井下持率传感器、压差流体密度计的方位信号，伽马仪测量自然伽马信号，磁定位仪测量套管接箍信号。
(3)将步骤(2)中测量所得信号由遥测装置传输到地面信号处理接口，地面信号处理接口通过光信号解调器进行信号的耦合、调理后将数据传输到持率计算模块。
(4)确定门槛值，依据井内流体油、气、水组分以及混合液体密度的不同，宝石探针对发射光的折射率的调制也不同，输出信号幅度也不同，当宝石传感器探头处的流体是气体时，反射光的数量很大，幅度高；但当宝石传感器探头处流体是液体时，反射光的幅度低。通过理论计算和探头标定实验，可确定一个门槛值，大于该门槛值的信号，认为是由气体成分响应的；同样，也可以确定油、水响应信号的幅度值门槛。
4.根据权利要求3所述的油井光纤传感流体持率测井方法，其特征是：所述持率传感器还包括传输光纤2，光纤涂层3，承压外壳4，密封5。
5.根据权利要求1-4任一所述的油井光纤传感流体持率测井方法，其特征是：所述持率传感器为8个，呈均匀扇区分布，其中4个间隔90°贴套管壁布置，另外4个笼式间隔90°均布在井轴与井壁中间，每个持率传感器间隔45°。
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