CN1114751C - 油井数据的采集方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在油井中，流速测量是在至少一个局部区域内且在一个基本与测量沿油井流动的流体相比例时的测量深度相同的深度上进行的。为此，局部探头(48)设置在定心机构的铰接臂(22)上且测速转子流量计(20)设置在这些臂(22)之间。
Description
本发明涉及一种用于油井的采集数据方法和装置。具体地说，本发明的方法和装置是设计用于检测油井工作数据并能在发生事故时作出判断的。
为了在工作油井中发挥检测和事故判断的作用，需要测量一定数量的数据(主要是物理数据)。这些数据主要与沿油井流动的多相流体有关(流速、各相比例、温度、压力等)。数据也可能与油井本身的某些特性有关(井眼扩大、井斜程度等)。根据所采用的数据采集装置的类型，可实时或延时地将井下测得的数据传送到地面上。对数据实时传送来说，可通过采用悬挂用电缆的遥测系统进行数据传送。对数据延时传送来说，井下采集数据被记录在数据采集装置中并且只有当该数据采集装置被带回地面后才能读取这些数据。
无论采用哪种井下数据采集方式(实时或延时)，现有的数据采集装置总是由许多头尾衔接的模块构成。特别是，速率或流速的测量总是在一个与测量不同流体相比例所用的模块不同的模块中且在进行所述比例测量的同时进行的。确切地讲，速率或流速的测量通常在模块组件中的底部模块内进行，而流体中的各相比例是在一个置于上方的模块中测定的(如果全部测定所有相的比例的话)。这种油井数据采集装置的传统设置方式尤其是由文献EP-A-0733780(图7)示出了。
在现有的数据采集装置中，这增加了用于检测并在油井出现异常时作出判断的叠置模块的数量并产生了各种问题。
首先，在油井的明显不同的深度处进行数据采集这一事实意味着数据分析可能出错或带来误差。另外，当需要采集大量数据时，上述构件必然导致要建造一种特别庞大、笨重且昂贵的数据采集装置。长度和重量使在地面上搬运此数据采集装置变得很困难。另外，在把数据采集装置升起来后，需要通过一个减压阀将此数据采集装置移到地面上，这种减压阀的成本随长度增加而提高。
本发明的一个目的是能在降低的高度范围内实现油井数据采集。
本发明的另一个目的是能够以比现有技术更低廉的成本实现油井数据采集。
本发明的再一个目的是使采集数据的整理更方便且减少出错和导致误差的几率。
根据本发明提供了一种油井数据采集方法，其包括以下步骤：
—在所述油井内设置一个数据采集装置，所述数据采集装置具有：定
心机构，至少一个局部探头，和流动测速计；
—让多相流体流过所述数据采集装置；
—操作所述定心机构，因此在所述油井中心区域内将所述测速计定
心，并将所述至少一个局部探头定位在与所述定心机构在纵向方向
上基本相同的深度处；
—用所述测速计测量流过所述油井的多相流体的速度；
—用所述局部探头测定在多相流体内的流体相的比例。
顺便提一句，术语“局部区域”是指任何对应于油井流量剖面的部分或局部的区域或三维区。另外，术语“基本在相同深度上”是指流体流量的测量深度和流体相比例的测定深度可以相同或相差不大。如果这两个深度略有差别，则其深度差明显小于如果两者在叠置的不同模块上测量时出现的深度差。
由于在基本相同的深度上测量流速并测定流体相比例，所以可以比现有方法更可靠和更精确地分析如此测得的数据。另外，由此造成的相应装置长度的缩短简化了搬运操作并且尤其是因为缩短了减压阀所需的长度而降低了成本。
在本发明的一个优选实施例中，在多个环绕所述中心区域的局部区域内测定当时的流体相比例。
有利的是，在有规则地分布在中心区域周围的、且与中心区域相距基本相同距离的多个局部区域内测定当时的流体相比例。
优选的是，所述油井数据采集方法还包括以下步骤：
—将测量油井直径的装置设置在所述油井内；和
—将所述测速计和所述油井直径测量计定位在与所述定心机构在纵
向方向上基本相同的深度处；
—在纵向方向上基本相同的深度处测量油井的直径；
优选的是，在油井断面内通过测量在所述中心区域内的流体速率并通过基本在各局部区域深度上测量油井直径来决定流量。
在本发明的一个优选实施方式中，当时的流体相比例是在四个彼此以90度角间距分布在中心区域周围的局部区域内测定的，而油井直径是在两个正交方向上进行测量的，其中每一正交方向基本经过两个局部区域。
最好还在井斜时测定基本与油井轴心相交的基准垂直方向。
优选的是，所述油井数据采集方法还包括以下步骤：
—设置一个用来测量所述油井的可能的椭圆度的装置；
—将所述测速计(20)定位在所述油井中心区域内，并将所述测量油井
的可能的椭圆度的装置定位在与所述定心机构在纵向方向上基本
相同的深度处；
—测量油井的可能的椭圆度；
有利的是，所述油井数据采集方法还包括测定一个基准垂直方向的步骤。
本发明还提供了一种油井数据采集装置，其包括：测速计(20)，其用于在在油井的流动截面上测量在油井中心区域内沿油井流过的多相流体的速度；定心机构，其用于在油井的中心区域内保持所述测速计(20)；和至少一个局部探头(48)，其每个局部探头(48)能测定所述探头浸入其中的流体相的比例，其特征在于，所述测速计(20)、定心机构和局部探头(48)基本保持在油井纵向上相同的深度处。
有利的是，所述装置包括多个局部探头，所述局部探头有规则地分布在所述测速计周围，且基本离所述测速计同样远。
所述定心机构包括至少三个呈V形铰接杆形状的臂，各臂的顶端可转动地安装在一个中心体上，在铰接臂之间，所述中心体载有所述测速计，且各臂的末端被铰接在一个活动末端件上，弹性元件设置在中心体和各铰接臂之间以便将臂压靠在油井壁上，各铰接臂基本在测速计的深度上载有局部探头中的一个探头。
有利的是，所述定心机构包括四根以90度角间距环绕中心体纵向轴设置的臂。
所述测速计还包括用于在围绕所述纵轴的径向相对的各对臂之间测量油井直径的测量计。
特别是，所述油井直径测量计包括两个由中心体承载的差分变换器(differential transformer)。
当油井偏斜时，落座在中心体内的机构被用来测定基本与中心体纵轴相交的基准垂直方向。
有利的是，所述测定基准垂直方向的机构由一个带均衡铁的变阻器构成的。
优选的是，至少一个局部探头是一种导电探头。
有利的是，所述装置还包括油井直径测量计，其用于在整个油井的流动截面上测量在油井中心区域内沿油井流动的多相流体的流量。
在本发明的一个优选实施例中，所述测速计包括一个转子流量计，所述转子流量计机械式地测量在所述油井中心区域处流过油井的多相流体的速度；和所述定心机构包括一个具有多个轮或辊的机械组件，当张开所述组件时，将所述转子流量计定位于油井内的中心区域处，并将所述的多个探头定位于与中心区域在纵向上基本相同深度的多个局部区域内，并将所述轮或辊带入与所述油井的壁相接触。
所述油井数据采集装置还包括一个带有均衡铁的变阻器，其连接到所述机械组件上，用于测定一个基准垂直方向。
有利的是，多个臂载有局部探头。
以下，以非限定实施例方式且参见附图来描述本发明的一个优选实施例，其中：
图1是表示设置在油井中的本发明数据采集装置的透视图；
图2是放大地表示图1装置的中间段的透视图，其中测量流量；
图3是以放大比例示出在防护盖和管壳安装到位前的图1装置顶部的透视图。
在图1中，参考标记10表示一段工作油井。油井段10配有射孔11，流体通过此射孔从土地中流入油井。之所以用纵截面图表示此段油井是为了清楚地示出根据本发明而制成的数据采集装置12的底部。
从地面通过一根电缆(未示出)将本发明的数据采集装置12悬挂在油井10中。由数据采集装置12测得的数据沿电缆被实时传送到地面上(利用遥测技术)。数据采集装置12的顶部(这不是本发明的一部分)包括一定数量的探头如压力探头和温度探头。它也包括一个遥测系统。
以下参见图1-图3来描述数据采集装置12的底部(本发明的要点所在)。如这些图所示，装置12包括一个其轴心被设计成与油井10轴心重合的管壳14。当数据采集装置处于工作状态时，管壳14两端被防漏管塞堵住了。
在当此数据采集装置被部分拆开以便露出某些部件时示出了图1顶部的图3中，管壳14被向上移动了而其底部管塞由参考标记16表示。例如，如此通过螺栓和密封环(未示出)将管塞安装到管壳14端部上，即由此形成的内部空间与外界密封隔离。无论油井中的压力是多少，可由此将内部空间保持在大气压下。
连在底部管塞16下面的是中心体18，所述中心体沿数据采集装置管壳14的轴心向下延伸。在中心体18末端上装有由一个其轴心与管壳14和中心体18的轴心重合的转子流量计20构成的测速计。转子流量计20在不改变流量剖面形状的情况下测量出沿油井流动的流体速率。
转子流量计20、管壳14和中心体18的共同轴心构成了数据采集装置的纵轴。此纵轴被定心机构自动保持在油井10中心区域内即基本在油井轴心上。在所示实施例中，所述定心机构包括呈V形铰接杆形状的四根臂22，环绕数据采集装置纵轴且以90度角间距地布置这些臂。
确切地讲，如图1、2所示，各臂22包括绕销28铰接的上杆24和下杆26。销28上装有小轮或小辊30，相应的臂22通过所述轮或辊正常地压靠在油井10壁上。
中心体18围绕销32铰接在每根杆24的上端上。如图3所示，所有铰接销32在同一深度上且设置在底部管塞16下方较短距离处。
另外，如图1所示，臂22的下杆26的末端枢转地安装在活动末端件34上。此末端件构成了数据采集装置末端。确切地讲，两根对置的下杆26通过销33基本无间隙地铰接在末端件34上，而另外两根下杆26通过可在成型于末端件内的纵向槽35中自由滑动的销33铰接在该末端件34上。这样的设置方式可以使轮或辊30连续不断地支承在油井10壁上，即使油井断面是非正圆形时也是如此。
特别是如图1、2所示，簧片36设置在中心体18和各臂22之间，从而牢固地支承从中心体18上展起的臂，即当数据采集装置于油井中时，臂压支在油井壁上。为此，簧片36顶端固定在靠近铰接销32的中心体18上而簧片末端铰接在靠近铰接销28的上杆24上。
所述的结构还具有设置在各上杆24和中心体18靠近支承转子流量计20的末端之间的加强杆38。确切地说，各加强杆38上端被销40铰接在相应上杆24的中心部位上。另外，与正相反的两个臂22相连的加强杆38的末端通过销42铰接在两个滑动安装的部件44、46上，这两个部件可彼此独立地在中心体18上移动。和上述下杆26和末端件34的铰接结构一样，这种设置方式可以使所有臂22的轮或辊30压靠在油井10壁上，即使油井是非正圆形时也是如此。
如图1所示，各臂22被用于承载局部探头48(这些探头中的一个探头被探头承载臂挡住了)。确切地讲，局部探头48全在同一深度上被固定到臂22的下杆26上并如此选择上述深度以使其大致等于测速转子流量计20的深度。在所示实施例中，局部探头48处于略低于转子流量计20的深度上。但是，这两个深度的差值总是明显小于如果局部探头和转子流量计被装在叠置的不同模块上时出现的深度差值。由于探头在臂22上的安装方式，所以局部探头48有规则地散布在测速转子流量计20的周围且它们离转子流量计基本同样远。局部探头可由任何适用于测量在围绕探测部的局部区域内的流体相比例的探头构成。例如，局部探头48尤其是可以由文献EP-A-0733780所述的导电探头或文献EP-A-0809098所述的光学探头构成。
各局部探头48通过电缆50与接线柱52相连(图3)，所述接线柱从管塞16底面向下延伸。应该注意的是，在示出了部分拆开的数据采集装置的图3中，所示接线柱52得到套管的保护。与局部探头48有关的电路设置在管壳14内且通过其它电缆(未示出)与接线柱52相连。
为能够测速并揭示流动方向，迫使转子流量计20随轴(未示出)转动，在该轴的顶端上装有若干块永久磁铁(如六块永久磁铁)。这些磁铁成平行于中心体18轴心延伸的圆柱状。这些磁铁距离中心体18轴心同样远且它们有规则地散布在所述轴心的周围。在永久磁铁的上方，中心体18装有两个彼此略微角错位地设置的且磁铁经过的传感器。转子流量计20的轴和磁铁被放置在中心体18的孔内，此孔中的压力与油井压力相同。相反，传感器被安装在一个通过密封隔板与上述孔隔断从而永远处于大气压下的凹槽中。电线将传感器和设置在管壳14内的电路连在一起。如图2所示，如此将转子流量计20的叶片54安装在中心体18上，即叶片能够在臂22自身被向下收折到中心体18上时向下收折。
为此，各转子流量计20的叶片54的底部被铰接在中心体18上，各叶片通过凸轮面(未示出)与滑动安装在中心体18上的环56配合动作。弹簧58设置在环56和构成中心体18末端的轴环之间。弹簧58通常使环保持在上位置上，从而转子流量计20的叶片54象图1所示的那样径向展开。当臂22向下收折时，如图2所示，至少部件44、46中的一个部件压靠环56，从而克服弹簧58压缩力地向下推压环。环56的向下运动具有使叶片54也向下枢转的作用，如图2所示。
特别是在图3所示的优选实施例中，数据采集装置还包括在各对正相反的臂22之间测量油井直径的测量计。所述油井直径测量计与由转子流量计20构成的测速计一起构成了测量沿油井流动的多相流体流速的流量测量仪。油井直径测量计包括两个收藏在管壳14内的且由固定在中心体18上的底部管塞16支承的变换器(transformer)54。这两个变换器(transformer)54是线性差分变换器且其活动底部56在管塞16下方向下延伸以便接受不同的各对臂22的驱动。
因此，变换器54用于测量油井10的两个相互垂直的直径。此变换器产生了与在进行测量的区域内的可能出现的油井井眼扩大有关的数据。
在图3所示的实施例中，由与均衡铁60相连的变阻器58构成的测量计也被罩在管壳14内以便在井斜时确定基本与数据采集装置12纵轴相交的基准垂直方向。
确切地讲，带均衡铁60的变阻器(rheostat)58在变换器54上方被罩在管壳14内，从而其轴心与管壳轴心重合。一旦管壳轴心因其中装有数据采集装置的油井偏斜而倾斜了，则均衡铁60自动确定向下方向。因此，变阻器58所发出的信号取决于相对数据采集装置中心体18的垂直定向。如此获得的基准垂直方向特别是用于确定各局部探头48的三维方位以及由臂22对和变换器54测量所得的两个直径中的每个直径的方位。
因此，可以毫无困难地对所进行的各种测量进行修正。
也如图3所示的那样，在管塞16和上杆24的铰接销32之间环绕中心体18的区域通常受到两个可拆卸的半罩62的保护。在此区域中装有接线柱52、变换器54的活动部56。如上所述，这是一个处于油井压力下的区域。
另外，均衡铁式变阻器58通过两个其底部固定在底部管塞16上的可拆卸的半管64安装在管壳14内。变换器54被固定在当管壳被密封地固定在底部管塞16上时其自身被罩在管壳14内的半管64内。当然，可以在不超出本发明范围的前提下对上述数据采集装置进行修改。因而，用于确定基准垂直方向的变阻器58可被省去或代之以等同机构，这样的设计原则也适用于测量两个相互正交的油井直径的变换器54。此数据采集装置也可在油井内以不同方式定心如通过一种只有三个铰臂的机构。
Claims (20)
1.一种油井数据采集方法，其包括以下步骤：
—在所述油井内设置一个数据采集装置(12)，所述数据采集装置(12)
具有：定心机构，至少一个局部探头(48)，和测速计(20)；
—让多相流体流过所述数据采集装置(12)；
—操作所述定心机构，因此在所述油井中心区域内将所述测速计(20)
定心，并将所述至少一个局部探头(48)定位在与所述定心机构在纵
向方向上基本相同的深度处；
—用所述测速计(20)测量流过所述油井的多相流体的速度；
—用所述局部探头(48)测定在多相流体内的流体相的比例。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在许多个环绕所述中心区域的局部区域内测定当时的流体相比例。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在有规则地分布在中心区域周围的、且与中心区域相距基本相同距离的多个局部区域内测定当时的流体相比例。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：
—将测量油井直径的装置设置在所述油井内；和
—将所述测速计(20)和所述油井直径测量计定位在与所述定心机构
在纵向方向上基本相同的深度处；
—在纵向方向上基本相同的深度处测量油井的直径；
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当时的流体相比例是在四个彼此以90度角间距分布在中心区域周围的局部区域内测定的，而油井直径是在两个正交方向上进行测量的，其中每一正交方向基本经过两个局部区域。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：
—设置一个用来测量所述油井的可能的椭圆度的装置；
—将所述测速计(20)定位在所述油井中心区域内，并将所述测量油井
的可能的椭圆度的装置定位在与所述定心机构在纵向方向上基本
相同的深度处；
—测量油井的可能的椭圆度；
7.如权利要求1所述的方法，其还包括测定一个基准垂直方向的步骤。
8.一种油井数据采集的装置，其包括：测速计(20)，其用于在在油井的流动截面上测量在油井中心区域内沿油井流过的多相流体的速度；定心机构，其用于在油井的中心区域内保持所述测速计(20)；和至少一个局部探头(48)，其每个局部探头(48)能测定所述探头浸入其中的流体相的比例，其特征在于，所述测速计(20)、定心机构和局部探头(48)基本保持在油井纵向上相同的深度处。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个局部探头(48)，所述局部探头(48)有规则地分布在所述测速计(20)周围，且基本离所述测速计(20)同样远。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述定心机构包括至少三个呈V形铰接杆形状的臂(22)，各臂(22)的顶端可转动地安装在一个中心体(18)上，在铰接臂(22)之间，所述中心体载有所述测速计(20)，且各臂(22)的末端被铰接在一个活动末端件(34)上，弹性元件(36)设置在中心体(18)和各铰接臂(22)之间以便将臂压靠在油井壁上，各铰接臂(22)基本在测速计(20)的深度上载有局部探头(48)中的一个探头。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述定心机构包括四根以90度角间距环绕中心体(18)纵向轴设置的臂(22)。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述测速计(20)还包括用于在围绕所述纵轴的径向相对的各对臂(22)之间测量油井直径的测量计。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述油井直径测量计包括两个由中心体(18)承载的差分变换器(54)。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，当油井偏斜时，落座在中心体(18)内的机构被用来测定基本与中心体(18)纵轴相交的基准垂直方向。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，测定基准垂直方向的机构由一个带均衡铁(60)的变阻器(58)构成。
16.如权利要求8所述的装置，其特征在于，至少一个局部探头是一种导电探头。
17.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括油井直径测量计，其用于在整个油井的流动截面上测量在油井中心区域内沿油井流动的多相流体的流量。
18.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述测速计(20)包括一个转子流量计(20)，所述转子流量计(20)机械式地测量在所述油井中心区域处流过油井的多相流体的速度；和所述定心机构包括一个具有多个轮或辊(30)的机械组件，当张开所述组件时，将所述转子流量计(20)定位于油井内的中心区域处，并将所述的多个探头定位于与中心区域在纵向上基本相同深度的多个局部区域内，并将所述轮或辊(30)带入与所述油井的壁相接触。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个带有均衡铁(60)的变阻器(58)，其连接到所述机械组件上，用于测定一个基准垂直方向。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，多个臂(22)载有局部探头(48)。
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