CN111810120A - 一种多参数油井状态监测方法及系统 - Google Patents

一种多参数油井状态监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多参数油井状态监测方法及系统，包括：油藏测量模块、入口测量模块、出口测量模块、流量传感器和地面模块；所述入口测量模块包括，入口油液温度传感器、压力传感器、电机测量模块、泵测量模块、地下通讯模块和分布式通讯模块；出口测量模块包括，出口油液温度传感器、压力传感器；所述油藏测量模块、所述出口测量模块、所述入口油液温度传感器、所述电机测量模块和所述泵测量模块与所述地下通讯模块连接，将采集到的数据传输至所述地下通讯模块；电机测量模块和泵测量模块通过监测泵振动和电机振动来分析及预警泵轴承和叶轮故障状态及油井电机轴承的故障状态。

Description

一种多参数油井状态监测方法及系统
技术领域
本发明涉及油田监测领域，特别涉及陆地油田和海上油田均存在的潜油电泵油井的监测。
背景技术
潜油电泵油井，在陆地油田和海上油田均得到了广泛的使用，通过对其监测，可以实现采油策略的优化和效率的提高，并且对油田的安全运营起到指导作用。在石油开采过程中，油井从地层中汲取出油、气、水的混合液，并通过地面管路进行输送，例如输送到储油罐中暂时储存。其中，为了输送安全，需要检测井口输出的混合液的压力和温度；为了确定该油井的产量，需要安装计量装置来计量油井产量。同时，在油田开发中，需要每天测定油井中油水混合液的含水率。通过跟踪含水率变化，能够找到油井的生产动态规律，从而调整油田开发策略。现今阶段，对油井井下温度、压力等参数的采集主要利用电磁波测井、声波测井和光纤测井三种方式，包括了电缆式、永置式，非接触式、无线直读等井下压力、温度监测技术；而目前测定油井中油水混合液的含水率是由管井人员到油井取样得到油水混合液，然后向化验室送样，在化验室检测油水混合液的含水率。
公开号为CN109681154A的专利公开了一种油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法，管理系统的数据采集模块进行数据采集，智能管理模块对控制抽油机的运行情况、监测油井实时数据，并针对各油井运行情况智能分析做出相关控制指令及预警，抽油机变频控制模块控制抽油机的工作频率或启停状态，应用平台为实时展现油井优化控制管理系统的窗口，采用无线通讯方式，实现油井生产运行状态的实时监控，比较简单，仅仅是一个数据的采集和控制系统，没有系统化，尤其是硬件的具体操作和布局未能披露。
公开号为CN210217714U的专利一种实时动态监测油井动液面的简易装置，包括下放至液面上的浮球及固定于油套环空通道口的转盘；所述浮球与转盘之间通过刻度绳连接；其中，浮球的密度小于原油的密度；所述转盘还设有用于控制刻度绳始终处于拉紧状态的拉紧装置，所述拉紧装置的收缩力应大于刻度绳的重力且小于浮球的重力。仅仅是一个数据的采集，不能全面的采集油井信息和数据，对于多参数情况未能监控。
现有油井监测技术不能够测量油井的出口温度、油藏温度、油藏压力，导致难以根据油井即油藏的具体状况及时制定工作策略，引起生产效率的降低的生产安全的隐患。油井监测技术不能够测量油井的泵振动，导致油井泵轴承和叶轮故障无法及时发现。现有油井监测技术不能够测量油井的电机振动，导致了油井电机轴承的故障无法及时发现。油井监测技术不能够测量油井的管道流量，导致需要在地上使用大型贮藏罐在多口井间进行歇轮换测量，或者由是由管井人员到油井取样得到油水混合液， 然后向化验室送样，在化验室检测油水混合液的含水率，作业流程繁琐，检测含水率的及时性较差。油井监测技术不能够测量油井的三相电参数监测，导致无法检测电机绝缘故障、缺相故障等。
发明内容
本发明实施例提供了一种多参数油井状态监测系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本发明实施例第一方面提供了一种多参数油井状态监测方法，包括，流量监测、温度监测、压力监测、振动监测和三相交流电参数监测；流量监测，应用流量传感器监测管道内油气水流量；温度监测包括，应用温度传感器入监测泵入口温度、电机温度、出口温度和油藏温度；压力监测包括，应用压力传感器监测泵入口压力、泵出口压力和油藏压力；振动监测包括，应用振动传感器泵监测泵体振动、电机振动和泵入口的振动；由于开采出来的物质包含油、水、气三相的混合物，所述流量监测传感器为采用了基于双能伽马传感器进行分析的在线多相流量计。所述流量监测传感器为采用了基于双能伽马传感器进行分析的在线多相流量计。优选的，所述油藏压力监测，采用分布式测量，通过压力无量纲化特征计算公式可以计算出原始地层与监测点之间的任意压力点的压力，计算公式为，
Figure 438039DEST_PATH_IMAGE002
其中，h为油层厚度；
q为地面产量；
B为体积系数；
k1为最远处监测点的渗透率
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为油藏的动力学粘度
pi为原始地层压力值；
pj为监测点压力值。
优选的，所述出油藏温度监测，采用分布式测量，将测量点温度方式优化为测量线，即不同位置和梯度的温度场；所述电机温度监测，采用分布式测量，测量电机绕组和电机油各点分布式温度场。
优选的，所述电力载波以三相电缆线为载体，所述三相交流电监测以采用罗哥夫斯基线圈方式实现电流频率、幅值进行、三相对称度实时监控。
根据本发明实施例第二方面提供了一种多参数油井状态监测系统，包括：油藏测量模块、入口测量模块、出口测量模块、流量传感器和地面模块；所述油藏测量模块主要测量温度和压力；所述入口测量模块包括，入口油液温度传感器、电机测量模块、泵测量模块、地下通讯模块和分布式通讯模块；出口测量模块包括，出口油液温度传感器；所述油藏测量模块、所述出口测量模块、所述入口油液温度传感器、所述电机测量模块和所述泵测量模块与所述地下通讯模块连接，将采集到的数据传输至所述地下通讯模块；所述地下通讯模块与所述地面模块连接，将所述地下通讯模块采集到的数据传输到所述地面模块；地面模块将系统采集到的数据与上位机进行交互，实现数据存储、共享、优化控制功能；所述电机测量模块和泵测量模块通过监测泵振动和电机振动来分析及预警泵轴承和叶轮故障状态及油井电机轴承的故障状态泵振动和电机振动来监测泵轴承和叶轮故障状态和油井电机轴承的故障状态。
优选的，所述油藏测量模块为柔性结构采用柔性材料。
优选的，所述电机测量模块和泵测量模块为微机电结构。
优选的，所述微机电结构为将原本较大的监测模块集成到油井管道内部的有限空间中，将所述泵安装于管道内部，所述电机固定安装于所述泵的下方，将3或4个振动传感器安装于所述泵的顶部，再将3或4个所述传振动感器安装于所述泵的底部，将3或4个振动传感器安装于所述电机的顶部，再将3或4个所述传振动感器安装于所述电机的底部。
优选的，所述地下通讯模块通过分布式通讯方式与所述油藏测量模块、所述出口测量模块、所述入口油液温度传感器连接。
优选的，所述电机测量模块和所述泵测量模块通讯；所述地下通讯模块通过电力载波方式与地面模块通讯。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
现有油井监测技术仅能测量入口压力、入口温度、电机温度、出口压力、泄漏电流、入口振动，而且油井流量只能在地面采用轮询方式测量，这些只能对油井状态进行有限的分析，对于一些具体的、复杂的信息，现有的技术难以给出充分的分析。使用本发明中提到的方法和系统，测量可以同时覆盖的参数包括：入口压力，入口温度，电机温度；出口压力，出口温度；泵振动、电机振动、入口振动；泄漏电流；油藏温度，油藏压力；管道流量；三相电参数监测。
相较于已有的技术，通过采用先进的振动监测技术，能明显地提高离心泵和电机的状态监测和故障判断的精度。此外，本发明在原有技术的基础上，多采集了出口温度、油藏温度、油藏压力、管道流量、三相电参数检测等信息，极大地丰富了可以检测到的信息，通过将其与已有的监测信息相结合，可以更加有效地监控采油机组运行，为调整工艺参数提供更加真实、可靠、详细的依据，从而实现采油效率的提高。相比于传统的基于入口压力和温度仿真计算油藏参数的模式，本发明涉及的方法和系统精度明显提高，有利于优化开采策略，特别是针对水平井和大斜度井，对油井最终做到合理地开采具有十分重要的意义。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的多参数油井状态监测系统结构拓扑图；
图2是根据一示例性实施例示出的多参数油井状态监测系统模块安装图；
图3是根据一示例性实施例示出的微机电结构的传感器；
图4是根据一示例性实施例示出的双能伽马传感器的多相流量计；
图中，1—变压器，2—控制器，3—地面模块，4—流量传感器，5—出口测量模块，6—泵测量模块，7—电机测量模块，8—入口测量模块，9—系统连接线，10—油藏测量模块，11—油管，12—动力电缆，13—油井，14—地下通讯模块，15—入口油液温度传感器，16—分布式通讯模块，17—泵，18—潜油电机，19—油层，20—传感器，21—测量管段，22—探测器。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：
实施例1：
如图1所示的一种多参数油井状态监测方法，包括油藏测量模块10、入口测量模块8、出口测量模块5、流量传感器4和地面模块3；所述油藏测量模块10的入口测量模块8包括，入口油液温度传感器15、压力传感器、电机测量模块7、泵测量模块6、地下通讯模块14和分布式通讯模块16；出口测量模块5包括，出口油液温度传感器、压力传感器；所述油藏测量模块10、所述出口测量模块5、所述入口油液温度传感器15、所述电机测量模块7和所述泵测量模块6与所述地下通讯模块14连接，将采集到的数据传输至所述地下通讯模块14；所述地下通讯模块14与所述地面模块连接，将所述地下通讯模块14采集到的数据传输到所述地面模块；电机测量模块7和泵测量模块通过监测泵振动和电机振动来分析及预警泵轴承和叶轮故障状态及油井电机轴承的故障状态。
进一步，包括流量监测、温度监测、压力监测、振动监测和三相交流电参数监测；流量监测，应用流量传感器监测管道流量；温度监测包括，应用温度传感器入监测口温度、电机温度、出口温度和油藏温度；压力监测包括，应用压力传感器入监测口压力、出口压力和油藏压力；振动监测包括，应用振动传感器泵监测振动、电机振动和入口振动；由于开采出来的物质包含油、水、气三相的混合物，所述流量监测传感器为采用了基于双能伽马传感器进行分析的在线多相流量计。
根据上述方案，进一步，所述出油藏温度监测，采用分布式测量，将测量点温度方式优化为测量线，即不同位置和梯度的温度场。
根据上述方案，进一步，所述电机温度监测，采用分布式测量，测量电机绕组和电机油各点分布式温度场。
根据上述方案，进一步，所述电力载波以三相电缆线为载体，所述三相交流电监测以采用罗哥夫斯基线圈方式实现电流频率、幅值进行实时监控。
实施例2：
结合上述实施例中多参数油井状态监测方法，如图1-4所示，本发明实施例2具体还包括：油藏测量模块10、入口测量模块8、出口测量模块5、流量传感器4和地面模块3；2测量管段21，探测器22；所所述入口测量模块8包括，入口油液温度传感器15、电机测量模块7、泵测量模块6、地下通讯模块14和分布式通讯模块16。
所述油藏测量模块10、所述出口测量模块5、所述入口油液温度传感器15、所述电机测量模块7和所述泵测量模块6与所述地下通讯模块14连接，将采集到的数据传输至所述地下通讯模块；所述地下通讯模块14与所述地面模块连接，将所述地下通讯模块采集到的数据传输到所述地面模块；地面模块将系统采集到的数据与上位机进行交互，实现数据存储、共享、优化控制功能；所述电机测量模块和泵测量模块泵振动和电机振动来监测泵轴承和叶轮故障状态和油井电机轴承的故障状态。
如图3所示，在油层19中上设置有泵17，潜油电机18以及安装的传感器20，所述的传感器20截面有4种形式，详见如3所示的截面图。
根据上述方案，进一步，所述油藏压力监测，采用分布式测量，通过压力无量纲化特征计算公式可以计算出原始地层与监测点之间的任意压力点，计算公式为，
Figure 416271DEST_PATH_IMAGE002
其中，h为油层厚度；
q为地面产量；
B为体积系数；
k1为最远处（图2-①处）监测点的渗透率
Figure 27381DEST_PATH_IMAGE003
为油藏的动力学粘度
pi为原始地层压力值；
pj为监测点压力值。
具体实施例中，对于图2中所示10油藏测量模块，通过使用柔性探测材料和结构，在油井头部继续向油藏深处伸入并进行探测，而且在柔性探头的不同位置处均装有压强和温度传感器，于是该发明可以准确地获得油藏特征参数的变化梯度，并以此建模，具体步骤如下：
首先，建立统一的无量纲化特征参数形式：
无量纲化压力：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
无量纲化时间：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
无量纲化距离：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
井筒储存系数：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
二次压力梯度项系数：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
下标1代表图2中所示10油藏测量模块①探测点，同理下标2代表②探测点；下标3代表③探测点；
Figure 36795DEST_PATH_IMAGE014
为离井的距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为井半径；
Figure 631724DEST_PATH_IMAGE016
为原始地层压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为井底压力；
Figure 846936DEST_PATH_IMAGE018
为油层厚度；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为地面产量；
Figure 374869DEST_PATH_IMAGE020
为井储系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为体积系数；
Figure 148659DEST_PATH_IMAGE022
为外边界距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为生产时间；
Figure 965305DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure DEST_PATH_IMAGE025
,
Figure 515366DEST_PATH_IMAGE026
为 ①探测点、②探测点、③探测点地层压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
,
Figure 678232DEST_PATH_IMAGE028
,
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为①探测点、②探测点、③探测点的油层渗透率；
Figure 170393DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure DEST_PATH_IMAGE031
,
Figure 225068DEST_PATH_IMAGE032
为①探测点、②探测点、③探测点的储层孔隙度。
以此构建油藏出模型的控制方程：
Figure 969033DEST_PATH_IMAGE034
Figure 205980DEST_PATH_IMAGE036
Figure 9987DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
为②探测点和①探测点的导压系数之比，
Figure 333651DEST_PATH_IMAGE040
为③探测点和①探测点的导压系数之比，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
。上述控制方程的边界条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
Figure DEST_PATH_IMAGE045
Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure DEST_PATH_IMAGE049
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure 661733DEST_PATH_IMAGE054
为②探测点和①探测点的渗透率之比，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为③探测点和②探测点的渗透率之比。该方程组可以在服务器端，利用高斯迭代消元法快速求解。
将求解得到的油藏模型，作为参数输入电机运行评估程序，评测所需的功率以及相应的电流大小，并和图2中电机测量模块7所测得的电流进行对比，若两者偏差交大，则根据出口、入口的压强、温度、流量和电机振动频率的监测，通过专家系统的分析，将问题分类为油井的干抽、堵转以及其他故障。
根据上述方案，进一步，所述油藏测量模块柔性材料和柔性结构，，通过使用柔性探测材料和结构，在油井头部继续向油藏深处伸入并进行探测，而且在柔性探头的不同位置处均装有压强和温度传感器。
根据上述方案，进一步，所述电机测量模块和泵测量模块为微机电结构。
根据上述方案，进一步，所述微机电结构为将原本较大的监测模块集成到油井管道内部的有限空间中，将所述泵安装于管道内部，所述电机固定安装于所述泵的下方，将3-4个振动传感器安装于所述泵的顶部，再将3-4个所述传振动感器安装于所述泵的底部，将3-4个振动传感器安装于所述电机的顶部，再将3-4个所述传振动感器安装于所述电机的底部。
根据上述方案，进一步，所述地下通讯模块通过分布式通讯与所述油藏测量模块、所述出口测量模块、所述入口油液温度传感器。
根据上述方案，进一步，所述电机测量模块和所述泵测量模块通讯；所述地下通讯模块通过电力载波方式与地面模块通讯。
本发明实施例提供的一种多参数油井状态监测系统和方法相较于已有的技术，通过采用先进的振动监测技术，能明显地提高离心泵和电机的状态监测和故障判断的精度。此外，本发明在原有技术的基础上，多采集了出口温度、油藏温度、油藏压力、管道流量、三相电参数检测等信息，极大地丰富了可以检测到的信息，通过将其与已有的监测信息相结合，可以更加有效地监控采油机组运行，为调整工艺参数提供更加真实、可靠、详细的依据，从而实现采油效率的提高。相比于传统的基于入口压力和温度仿真计算油藏参数的模式，本发明涉及的方法和系统精度明显提高，有利于优化开采策略，特别是针对水平井和大斜度井，对油井最终做到合理地开采具有十分重要的意义。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种多参数油井状态监测方法，其特征在于，包括，流量监测、温度监测、压力监测、振动监测和电参数监测；流量监测，应用流量传感器监测管道内油气水流量；温度监测包括，应用温度传感器监测泵入口温度、电机温度、出口温度和油藏温度；压力监测包括，应用压力传感器监测泵入口压力、泵出口压力和油藏压力；振动监测包括，应用振动传感器监测泵体振动、电机振动和泵入口的振动；由于开采出来的物质包含油、水、气三相的混合物，所述流量监测传感器为采用了在线多相流量计。
2.根据权利要求1所述的多参数油井状态监测方法，其特征在于，所述油藏压力监测，采用分布式测量，通过压力无量纲化特征计算公式可以计算出原始地层与监测点之间的任意压力点的压力值，计算公式为，
Figure 610455DEST_PATH_IMAGE001
其中，h为油层厚度；
q为地面产量；
B为体积系数；
k1为最远处监测点的渗透率
Figure 121071DEST_PATH_IMAGE002
为油藏的动力学粘度
pi为原始地层压力值；
pj为监测点压力值。
3.根据权利要求1所述的多参数油井状态监测方法，其特征在于，所述油藏温度监测，采用分布式测量，将测量点温度方式优化为测量线，即不同位置和梯度的温度场；所述电机温度监测，采用分布式测量，测量电机绕组和电机油各点分布式温度场。
4.根据权利要求1所述的多参数油井状态监测方法，其特征在于，所述电力载波以三相电缆线为载体，所述三相交流电监测以采用罗哥夫斯基线圈方式实现电流频率、幅值进行实时监控。
5.一种多参数油井状态监测系统，根据权利要求1-4所述的多参数油井状态监测方法，其特征在于，包括：油藏测量模块、入口测量模块、出口测量模块、流量传感器和地面模块；所述油藏测量模块主要测量温度和压力；所述入口测量模块包括，入口油液温度传感器、电机测量模块、泵测量模块、地下通讯模块和分布式通讯模块；出口测量模块包括，出口油液温度传感器；所述油藏测量模块、所述出口测量模块、所述入口油液温度传感器、所述电机测量模块和所述泵测量模块与所述地下通讯模块连接，将采集到的数据传输至所述地下通讯模块；所述地下通讯模块与所述地面模块连接，将所述地下通讯模块采集到的数据传输到所述地面模块；地面模块将系统采集到的数据与上位机进行交互，实现数据存储、共享、优化控制功能；所述电机测量模块和泵测量模块通过监测泵振动和电机振动来分析及预警泵轴承和叶轮故障状态及油井电机轴承的故障状态。
6.根据权利要求5所述的多参数油井状态监测系统，其特征在于，所述油藏测量模块为柔性结构采用柔性材料。
7.根据权利要求6所述的多参数油井状态监测系统，其特征在于，所述电机测量模块和泵测量模块为微机电结构。
8.根据权利要求7所述的多参数油井状态监测系统，其特征在于，所述微机电结构为将原本较大的监测模块集成到油井管道内部的有限空间中，将所述泵安装于管道内部，所述电机固定安装于所述泵的下方，将3或4个振动传感器安装于所述泵的顶部，再将3或4个所述传振动感器安装于所述泵的底部，将3或4个振动传感器安装于所述电机的顶部，再将3或4个所述传振动感器安装于所述电机的底部。
9.根据权利要求6所述的多参数油井状态监测系统，其特征在于，所述地下通讯模块通过分布式通讯方式与所述油藏测量模块、所述出口测量模块、所述入口油液温度传感器连接。
10.根据权利要求6所述的多参数油井状态监测系统，其特征在于，所述电机测量模块和所述泵测量模块通讯；所述地下通讯模块通过电力载波方式或光纤、无线与地面模块通讯。
CN202010770979.6A 2020-08-04 2020-08-04 一种多参数油井状态监测方法及系统 Pending CN111810120A (zh)

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