CN112240195A - 基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置包括：模拟井筒系统、供液供砂系统、基于分布式光纤声音监测系统和集液体系统；在所述模拟井筒系统中设置有用于固定光纤的光缆穿越孔，所述基于分布式光纤声音监测系统中的光纤安装在所述光纤固定孔中；供液供砂系统向所述模拟井筒系统提供实验液体、实验气体和实验固体，用于分别模拟油藏、气体和砂粒；所述集液体系统用于收集实验废液。本发明可准确地为实际生产过程中的油气储层出砂监测和井筒携砂生产监测提供技术思路。
Description
技术领域
本发明涉及基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置及工作方法，属于油气开采的技术领域。
背景技术
在油气田开采过程中，疏松胶结储层出砂问题十分普遍。储层大量出砂或连续出砂会造成油气层砂埋、油管砂堵、地面管汇砂积等后果，严重影响油气井正常生产。为了保证油气井安全、高效生产，需要一种能监测油气井出砂的技术和设备，监测油气井出砂状况，以供现场人员进行防砂决策和油气生产决策。目前的出砂监测方法主要有声测法、电阻法、X射线法等，这些方法大多集中在单点监测，揭示油气井总的出砂情况，而不能获取沿着油气井各产层段的出砂情况以及井筒中砂粒的流动情况。
近年来，随着分布式光纤声音监测(DAS)技术的发展，为储层出砂的分布式、实时监测提供了一种重要手段。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事件，从而实现储层出砂的实时监测。由于光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、实时性好等特点，使得其在井下动态实时监测方面具有更大的优越性。
因此，建立一种基于分布式光纤声音监测(DAS)的油气井出砂监测模拟实验装置及方法用于研究储层出砂监测显得尤为必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置。
本发明还公开上述实验装置的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，包括：模拟井筒系统、供液供砂系统、基于分布式光纤声音监测系统和集液体系统；
在所述模拟井筒系统中设置有用于固定光纤的光缆穿越孔，所述基于分布式光纤声音监测系统中的光纤安装在所述光纤固定孔中；
供液供砂系统向所述模拟井筒系统提供实验液体、实验气体和实验固体，用于分别模拟油藏、气体和砂粒；
所述集液体系统用于收集实验废液。
根据本发明优选的，所述模拟井筒系统包括：模拟井筒11、上密封短节12和下密封短节13；所述的模拟井筒11上布设有与模拟井筒11内部空间连通的模拟出砂孔眼；所述的上密封短节12位于模拟井筒11上端；所述的上密封短节12上分别开设有光缆穿越孔120和上密封短节排液孔121；所述的下密封短节13位于模拟井筒11下端，所述的下密封短节13上开设下密封短节排液孔122。
根据本发明优选的，所述的模拟出砂孔眼在模拟井筒11外壁上：沿着模拟井筒11的轴线方向上按直线方式排列，或者按照螺旋方式排列，或者按照任意交叉角度方式排列。
根据本发明优选的，所述的供液系统3包括单相物料罐T1、两相混砂罐T2、第一泵体P1、第二泵体P2、闸阀组5、单相流体流量计500、第一两相流量计501、第二两相流量计502和第三两相流量计503。
根据本发明优选的，所述基于分布式光纤声音监测系统包括激光光源301、声音信号接收器302、计算机数据处理与显示系统303、管内光缆304和管外光缆305；
管外光缆305和管内光缆304的一端分别与激光光源301相连，作为激光信号输入端；管内光缆304和管外光缆305同时作为信号传输介质，将反射信号分别通过管内光缆反向光路线306和管外光缆反向光路线307传输到声音信号接收器302；所述的计算机数据处理与显示系统303通过光信号数据通讯线308与声音信号接收器302相连，将从声音信号接收器302上得到的沿管外光缆305和管内光缆304的声音分布数据进行处理，并利用内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，以图形和数据方式显示模拟井筒11中各个生产层段的出砂状况；
所述油气井DAS出砂监测解释模块包括：数据预处理模块、出砂监测数据解释模块；
所述数据预处理模块用于得到与储层砂粒进入模拟井筒11相关的去噪以后的声音数据，包括步骤1-1)-1-3)：
1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对出砂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砂粒进入模拟井筒11流动的冲击能量范围内，以消除声音数据中无关的噪声信号；
1-3)得到与储层砂粒进入模拟井筒11相关的去噪以后的声音数据；
所述出砂监测解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括步骤2-1)—2-3)：
2-1)建立声强坐标系，模拟井筒11长度为横坐标、对油气井声音监测的时间为纵坐标；
2-2)利用与储层砂粒进入模拟井筒11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)定义出砂层段：
由于已知模拟井筒11中所有生产层段的位置，也即知道模拟井筒11中生产层段所覆盖的位置范围，因此，从声强“瀑布图”上在生产层段所覆盖的位置范围内提取任意时刻的声强随模拟井筒11位置变化的曲线，如图2所示；以在生产层段所覆盖的位置范围内所提取的任意时刻的声强随模拟井筒11位置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位置范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的位置范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随模拟井筒11位置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面积大于1倍面积方差的生产层段判断为出砂层段；
2-4)定义严重出砂、中等出砂和轻微出砂：
将各个生产层段所对应的面积除以该生产层段的厚度，得到该生产层段的单位厚度的面积；
将各个生产层段的单位厚度的面积相加求得总的单位厚度的面积，计算各个生产层段所对应的单位厚度的面积百分比；
将单位厚度的面积百分比大于等于50％定义为严重出砂；
将单位厚度的面积百分比在20％-50％之间定义为中等出砂；
将单位厚度的面积百分比小于等于20％定义为轻微出砂。
根据本发明优选的，所述管外光缆305采用直线形状或螺旋形状附着在模拟井筒11外壁；
所述的管内光缆304通过模拟井筒系统2中上密封短节12上的光缆穿越孔120进入模拟井筒11中；所述的管内光缆304在模拟井筒11中采用直线形状或螺旋形状布设。本发明中所述的直线形状是指所述光缆沿模拟井筒11的轴向呈直线形铺设；所述螺旋形状布设是指光缆沿模拟井筒11的轴向在模拟井筒11的内壁或外壁呈螺旋布设。
根据本发明优选的，所述集液系统4包括集液罐T3、模拟井筒流体排出管线205和安装在模拟井筒流体排出管线205上的排液控制阀211；所述的模拟井筒流体排出管线205通过下密封短节13上的下密封短节排液孔122与模拟井筒11内部空间相连。
一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，其特征在于，包括：
步骤1：安装基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置；
步骤2：向供液供砂系统中加入砂粒和实验物料，所述实验物料为实验液体或实验气体；
步骤3：启动两相混砂罐T2；
步骤4：待实验物料和砂粒混合均匀后，调节排液控制阀211并调节所述供液供砂系统，实现将物料和砂粒模拟注入模拟井筒系统；
步骤5：打开声音信号接收器302，打开激光光源301和计算机数据处理与显示系统303；
步骤6：待模拟井筒11中流动稳定后，在计算机数据处理与显示系统303上观察声音信号接收器302测得的声音数据，待声音数据稳定后，根据注入模拟井筒11中的仅为实验物料、混合实验物料和砂粒时分别对应的声音数据：
仅有单相模拟原油从模拟井筒11上端部流入情况下的声音数据；
还包括有液固两相混合流体从模拟出砂孔眼进入模拟井筒11情况下的声音数据；
还包括有气固两相混合流体从模拟出砂孔眼进入模拟井筒11情况下的声音数据；
步骤7：根据步骤6记录的声音数据，利用计算机数据处理与显示系统303中内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，得到不同出砂层段的出砂情况。
根据本发明优选的，所述工作方法还包括有监测不同出砂层段、不同两相混合流体流量下的出砂情况，方法如下：
在步骤6中还包括：改变所述供液系统3中闸阀组5的开度，重复步骤6，得到不同出砂层段、不同两相混合流体流量下的出砂情况。
根据本发明优选的，所述工作方法还包括有监测不同单相模拟原油流量情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤8：停止向模拟井筒11注入混合实验物料和砂粒；
步骤9：改变向模拟井筒11注入实验液体的流量，重复步骤6至步骤7，得到不同单相模拟原油流量情况下不同出砂层段的出砂情况。
根据本发明优选的，所述工作方法还包括有模拟不同出砂层段位置情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤10：停止供液系统3和基于分布式光纤声音监测系统；
步骤11：改变闸阀组5和模拟井筒11的模拟出砂孔眼的连接位置，重复步骤4到步骤9，模拟不同出砂层段位置情况下不同出砂层段的出砂情况。
根据本发明优选的，所述工作方法还包括有模拟不同含砂量情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤12：停止供液系统3和基于分布式光纤声音监测系统；
步骤13：向两相混砂罐T2中加入不同比例的实验液体或气体，和砂粒，重复步骤3到步骤11，模拟不同含砂量情况下不同出砂层段的出砂情况。
根据本发明优选的，所述工作方法还包括有模拟不同砂粒粒径情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤14：停止供液系统3和基于分布式光纤声音监测系统；
步骤15：向两相混砂罐T2中加入实验液体或气体，和不同粒径的砂粒，重复步骤3到步骤13，模拟不同砂粒粒径情况下不同出砂层段的出砂情况。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所述一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置可以模拟储层各生产层段的出砂监测，采用本发明中的DAS系统可以实现所有生产层段分布式、实时的出砂状况监测。
2、本发明所述一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置可以模拟井筒中砂粒的运移监测，采用本发明中的DAS系统可以实现整个井筒连续、实时的携砂生产状况监测。
3、本发明所述一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置可以模拟不同生产层段、不同含砂量、不同砂粒粒径情况下储层出砂的声音响应情况，为实际生产过程中的油气储层出砂监测和井筒携砂生产监测提供技术思路。
附图说明
图1为本发明所述一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的结构示意图；
图2为利用本发明所述方法在某一时刻所监测到的模拟井筒出砂监测结果的示意图。
在图1中：1、基于分布式光纤声音监测系统，2、模拟井筒系统，3、供液系统，4、集液系统，5、闸阀组，11、模拟井筒，12、上密封短节，13、下密封短节，120、光缆穿越孔，121、上密封短节排液孔，122、下密封短节排液孔，E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10分别为模拟出砂孔眼，T1、单相物料罐，T2、两相混砂罐，用于在不同的实验中分别用于：储存液固物料或气固物料，T3、集液罐，P1、第一泵体，P2、第二泵体，V1、第一闸阀，V2、第二闸阀，V3、第三闸阀，201、第一单相物料流出管线，202、第二单相物料流出管线，203、第一混砂物料流出管线，204、第二混砂物料流出管线，205、模拟井筒流体排出管线，211、排液控制阀，301、激光光源，302、声音信号接收器，303、计算机数据处理与显示系统，304、管内光缆，305、管外光缆，306、管内光缆反向光路线，307、管外光缆反向光路线，308、光信号数据通讯线，401、第一闸阀流体流出管线，402、第二闸阀流体流出管线，403、第三闸阀流体流出管线，500、单相流体流量计，501、第一两相流量计，502、第二两相流量计，503、第三两相流量计，600、流量信号集成缆，601、单相流体流量计信号采集线，602、第三两相流量计信号采集线，603、第一两相流量计信号采集线，604、第二两相流量计信号采集线。
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。
如图1所示。
实施例1、
一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，包括：基于分布式光纤声音监测系统1、模拟井筒系统2、供液系统3、集液系统4。所述的基于分布式光纤声音监测系统1通过管外光缆305和管内光缆304与模拟井筒系统2相连、通过流量信号集成缆600与供液系统3相连，模拟井筒系统2分别通过第二单相物料流出管线202以及第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403与供液系统3相连，集液系统4通过模拟井筒流体排出管线205与模拟井筒系统2相连；
所述的基于分布式光纤声音监测系统1由激光光源301、声音信号接收器302、计算机数据处理与显示系统303、管内光缆304、管外光缆305组成；
所述的管外光缆305由一根高灵敏度、高精度单模感声光纤经无缝不锈钢管铠装而成；所述管内光缆304由一根高灵敏度、高精度单模感声光纤经无缝不锈钢管铠装而成；管外光缆305和管内光缆304中的高灵敏度、高精度单模感声光纤的一端分别与激光光源301相连，作为激光信号输入端；管内光缆304和管外光缆305中的高灵敏度、高精度单模感声光纤同时作为信号传输介质，将反射信号分别通过管内光缆反向光路线306和管外光缆反向光路线307传输到声音信号接收器302；所述的计算机数据处理与显示系统303通过光信号数据通讯线308与声音信号接收器302相连，将从声音信号接收器302上得到的沿管外光缆305和管内光缆304的声音分布数据进行处理，并利用内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，以图形和数据方式显示模拟井筒11中各个生产层段的出砂状况；
所述的管外光缆305采用直线形状或螺旋形状附着在模拟井筒11外壁，与模拟井筒11外壁紧密接触；
所述的管内光缆304通过模拟井筒系统2中上密封短节12上的光缆穿越孔120进入模拟井筒11中；所述的管内光缆304在模拟井筒11中可以采用直线形状或螺旋形状布设；所述的管内光缆304在模拟井筒11中可以布设在模拟井筒11的底部、中部、上部或者模拟井筒11中的任意位置；
所述的模拟井筒系统2由模拟井筒11、上密封短节12、下密封短节13组成；所述的模拟井筒11上布设有与模拟井筒11内部空间连通的模拟出砂孔眼B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10；所述的模拟出砂孔眼B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10在模拟井筒11外壁上可以是沿着模拟井筒11的轴线方向上按直线方式排列，也可以按照螺旋方式排列，也可以按照任意交叉角度方式排列；所述的模拟出砂孔眼之间的距离可以是等间距，也可以不等间距；所述的模拟出砂孔眼数量可以是1个、10个、100个，也可以是任意多个；所述的上密封短节12位于模拟井筒11上端，通过丝扣进行密封连接；所述的上密封短节12上分别开设有光缆穿越孔120和上密封短节排液孔121；所述的下密封短节13位于模拟井筒11下端，通过丝扣进行密封连接；所述的下密封短节13上开设下密封短节排液孔122；
所述的集液系统4由集液罐T3、模拟井筒流体排出管线205和安装在模拟井筒流体排出管线205上的排液控制阀211组成；所述的排液控制阀211通过手动调节方式控制从模拟井筒11中流出的流体流量；所述的模拟井筒流体排出管线205通过下密封短节13上的下密封短节排液孔122与模拟井筒11内部空间相连；
所述的供液系统3由单相物料罐T1、两相混砂罐T2、第一泵体P1、第二泵体P2、闸阀组5、单相流体流量计500、第一两相流量计501、第二两相流量计502、第三两相流量计503组成；
所述的单相物料罐T1通过第一单相物料流出管线201与第一泵体P1相连；所述的第一泵体P1通过第二单相物料流出管线202连接到上密封短节12上的上密封短节排液孔121，与模拟井筒11内部空间相连通；所述的单相流体流量计500安装在第二单相物料流出管线202上以计量从第二单相物料流出管线202中流过的流体流量；
所述的单相物料罐T1中存储的流体经过第一单相物料流出管线201进入第一泵体P1增压，增压后的流体通过第二单相物料流出管线202进入模拟井筒11中；
所述的单相物料罐T1中存储的流体可以是单相模拟原油、单相水或者惰性气体；
所述的两相混砂罐T2通过第一混砂物料流出管线203与第二泵体P2相连；所述的第二泵体P2通过第二混砂物料流出管线204与闸阀组5相连；所述的闸阀组5上设置有第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3；所述的第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3分别通过第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403分别与模拟井筒11上的模拟出砂孔眼B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10中的任意且唯一的一个模拟出砂孔眼相连，以模拟不同层段和不同层段间距的储层出砂；如图1所示布置了第一闸阀V1通过第一闸阀流体流出管线401与模拟井筒11上的模拟出砂孔眼B2相连、第二闸阀V2通过第二闸阀流体流出管线402与模拟井筒11上的模拟出砂孔眼B4相连、第三闸阀V3通过第三闸阀流体流出管线403与模拟井筒11上的模拟出砂孔眼B7相连；所述的闸阀组5上设置的第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3在一次实验过程中可以打开其中任意1个、同时打开其中任意2个或同时全部打开，以模拟不同的出砂层段数；所述的第一两相流量计501、第二两相流量计502、第三两相流量计503分别安装在第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403上以计量从第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403中流过的流体流量；
所述的两相混砂罐T2中存储的液固两相混合流体经过第一混砂物料流出管线203进入第二泵体P2增压，经第二泵体P2增压后的液固两相混合流体通过第二混砂物料流出管线204进入闸阀组5，进入闸阀组5的增压后的液固两相混合流体经第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3分流控制后，分别通过第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403分别流经模拟出砂孔眼B2、模拟出砂孔眼B4、模拟出砂孔眼B7进入模拟井筒11中；所述的从模拟出砂孔眼B2、模拟出砂孔眼B4、模拟出砂孔眼B7流入的液固两相混合流体与从第二单相物料流出管线202流入的单相流体在井筒11中混合后，经模拟井筒流体排出管线205进入储液罐T3中；
所述的两相混砂罐T2中设置有搅拌器，以使砂粒与液体混合均匀；所述的两相混砂罐T2中存储的两相流体可以是模拟原油和砂粒，可以是水和砂粒，也可以是惰性气体和砂粒；
所述的单相流体流量计信号采集线601、第一两相流量计信号采集线603、第二两相流量计信号采集线604、第三两相流量计信号采集线602分别与单相流体流量计500、第一两相流量计501、第二两相流量计502、第三两相流量计503相连；所述的单相流体流量计信号采集线601、第一两相流量计信号采集线603、第二两相流量计信号采集线604、第三两相流量计信号采集线602汇集成流量信号集成缆600，并通过流量信号集成缆600与计算机数据处理与显示系统303相连；
所述的单相流体流量计500、第一两相流量计501、第二两相流量计502、第三两相流量计503上采集的实时流量数据分别通过单相流体流量计信号采集线601、第一两相流量计信号采集线603、第二两相流量计信号采集线604、第三两相流量计信号采集线602汇集到流量信号集成缆600，并通过流量信号集成缆600传输到计算机数据处理与显示系统303中以图形和数据方式实时显示。
实施例2、
如实施例1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，即利用本发明进行水平产油井出砂监测的模拟实验的方法，以图1所示的本发明所设计模拟实验装置模拟3个出砂层段为例，但本发明并不限于模拟3个出砂层段，步骤如下：
步骤1：安装本发明所述监测装置，模拟井筒11水平放置，在模拟井筒11内部空间的底部布置直线形状的管内光缆304共计1条，在模拟井筒11外壁布置直线形状的管外光缆305共计1条，连接该模拟实验装置中的光纤；顺序连接单相物料罐T1、第一单相物料流出管线201、第一泵体P1、第二单相物料流出管线202和模拟井筒11；顺序连接两相混砂罐T2、第一混砂物料流出管线203、第二泵体P2、第二混砂物料流出管线204和闸阀组5，将闸阀组5中的第一闸阀V1通过第一闸阀流体流出管线401与模拟井筒上的模拟出砂孔眼B2相连，将闸阀组5中的第二闸阀V2通过第二闸阀流体流出管线402与模拟井筒上的模拟出砂孔眼B4相连，将闸阀组5中的第三闸阀V3通过第三闸阀流体流出管线403与模拟井筒上的模拟出砂孔眼B7相连；顺序连接集液罐T3、模拟井筒流体排出管线205和模拟井筒11；
步骤2：向单相物料罐T1中加入适量单相模拟原油、两相混砂罐T2中加入适量单相模拟原油和适量砂粒；
步骤3：启动两相混砂罐T2；
步骤4：待两相混砂罐T2中模拟原油和砂粒混合均匀后，调节排液控制阀211；设置第一泵体P1的流量，打开第一泵体P1；手动调节第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3，打开单相流体流量计500、第一两相流量计501、第二两相流量计502、第三两相流量计503；
步骤5：打开声音信号接收器302，打开激光光源301和计算机数据处理与显示系统303；
步骤6：待模拟井筒11中流动稳定后，在计算机数据处理与显示系统303上观察声音信号接收器302测得的声音数据，待声音数据稳定后，记录下仅有单相模拟原油从模拟井筒11上端部流入情况下的声音数据；
步骤7：设置第二泵体P2的流量，打开第二泵体P2；
步骤8：待模拟井筒11中流动稳定后，在计算机数据处理与显示系统303上观察声音信号接收器302测得的声音数据，待声音数据稳定后，记录下液固两相混合流体从模拟出砂孔眼进入模拟井筒11情况下的声音数据；
步骤9：根据步骤6记录的声音数据和步骤8记录的声音数据，利用计算机数据处理与显示系统303中内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，得到3个出砂层段的出砂情况；
所述油气井DAS出砂监测解释模块包括：数据预处理模块、出砂监测数据解释模块；
所述数据预处理模块用于得到与储层砂粒进入模拟井筒11相关的去噪以后的声音数据，包括步骤1-1)-1-3)：
1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对出砂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砂粒进入模拟井筒11流动的冲击能量范围内，以消除声音数据中无关的噪声信号；
1-3)得到与储层砂粒进入模拟井筒11相关的去噪以后的声音数据；
所述出砂监测解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括步骤2-1)—2-3)：
2-1)建立声强坐标系，模拟井筒11长度为横坐标、对油气井声音监测的时间为纵坐标；
2-2)利用与储层砂粒进入模拟井筒11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)定义出砂层段：
由于已知模拟井筒11中所有生产层段的位置，也即知道模拟井筒11中生产层段所覆盖的位置范围，因此，从声强“瀑布图”上在生产层段所覆盖的位置范围内提取任意时刻的声强随模拟井筒11位置变化的曲线，如图2所示；以在生产层段所覆盖的位置范围内所提取的任意时刻的声强随模拟井筒11位置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位置范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的位置范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随模拟井筒11位置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面积大于1倍面积方差的生产层段判断为出砂层段；
2-4)定义严重出砂、中等出砂和轻微出砂：
将各个生产层段所对应的面积除以该生产层段的厚度，得到该生产层段的单位厚度的面积；
将各个生产层段的单位厚度的面积相加求得总的单位厚度的面积，计算各个生产层段所对应的单位厚度的面积百分比；
将单位厚度的面积百分比大于等于50％定义为严重出砂；
将单位厚度的面积百分比在20％-50％之间定义为中等出砂；
将单位厚度的面积百分比小于等于20％定义为轻微出砂。
步骤10：改变第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3的开度，重复步骤8和步骤9，得到不同出砂层段不同液固两相混合流体流量下的3个出砂层段的出砂情况；
步骤11：停止第二泵体P2；
步骤12：改变第一泵体P1的流量，重复步骤6至步骤10，得到不同单相模拟原油流量情况下3个出砂层段的出砂情况；
步骤13：停止第二泵体P2、第一泵体P1、声音信号接收器302、激光光源301、计算机数据处理与显示系统303；
步骤14：改变第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403与模拟出砂孔眼B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的连接位置，重复步骤4到步骤12，模拟不同出砂层段位置情况下3个出砂层段的出砂情况；
步骤15：停止第二泵体P2、第一泵体P1、声音信号接收器302、激光光源301、计算机数据处理与显示系统303、两相混砂罐T2；
步骤16：向两相混砂罐T2中加入不同比例的单相模拟原油和砂粒，重复步骤3到步骤14，模拟不同含砂量情况下3个出砂层段的出砂情况；
步骤17：停止第二泵体P2、第一泵体P1、声音信号接收器302、激光光源301、计算机数据处理与显示系统303、两相混砂罐T2；
步骤18：向两相混砂罐T2中加入不同粒径的砂粒，重复步骤3到步骤16，模拟不同砂粒粒径情况下3个出砂层段的出砂情况。
实施例3、
如实施例2所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，其区别在于，即利用本发明进行垂直产油井出砂监测的模拟实验的方法，模拟井筒11垂直放置，采用与实施2相同的步骤。
实施例4、
如实施例1、2所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，即利用本发明进行水平产气井出砂监测的模拟实验的方法，以图1所示的本发明所设计模拟实验装置模拟3个出砂层段为例，但本发明并不限于模拟3个出砂层段，对本发明所涉及的模拟实验装置的方法及其实施步骤进行详细说明，步骤如下：
步骤1：安装本发明所述监测装置，模拟井筒11水平放置，在模拟井筒11内部空间的底部布置直线形状的管内光缆304共计1条，在模拟井筒11外壁布置直线形状的管外光缆305共计1条，连接该模拟实验装置中的光纤；顺序连接单相物料罐T1、第一单相物料流出管线201，第一泵体P1、第二单相物料流出管线202和模拟井筒11；顺序连接两相混砂罐T2、第一混砂物料流出管线203、高压气固第二泵体P2、第二混砂物料流出管线204和闸阀组5，将闸阀组5中的第一闸阀V1通过第一闸阀流体流出管线401与模拟井筒上的模拟出砂孔眼B2相连，将闸阀组5中的第二闸阀V2通过第二闸阀流体流出管线402与模拟井筒上的模拟出砂孔眼B4相连，将闸阀组5中的第三闸阀V3通过第三闸阀流体流出管线403与模拟井筒上的模拟出砂孔眼B7相连；顺序连接集液罐T3、模拟井筒流体排出管线205和模拟井筒11；
步骤2：向单相物料罐T1中充入适量惰性气体、两相混砂罐T2中加入适量惰性气体和适量砂粒；
步骤3：启动两相混砂罐T2；
步骤4：待两相混砂罐T2中惰性气体和砂粒混合均匀后，调节排液控制阀211；设置第一泵体P1的流量，打开第一泵体P1；手动调节第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3，打开单相流体流量计500、第一两相流量计501、第二两相流量计502、第三两相流量计503；
步骤5：打开声音信号接收器302，打开激光光源301和计算机数据处理与显示系统303；
步骤6：待模拟井筒11中流动稳定后，在计算机数据处理与显示系统303上观察声音信号接收器302测得的声音数据，待声音数据稳定后，记录下仅有惰性气体从模拟井筒11上端部流入情况下的声音数据；
步骤7：设置第二泵体P2的流量，打开第二泵体P2；
步骤8：待模拟井筒11中流动稳定后，在计算机数据处理与显示系统303上观察声音信号接收器302测得的声音数据，待声音数据稳定后，记录下气固两相混合流体从模拟出砂孔眼进入模拟井筒11情况下的声音数据；
步骤9：根据步骤6记录的声音数据和步骤8记录的声音数据，利用计算机数据处理与显示系统303中内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，得到3个出砂层段的出砂情况；
步骤10：改变第一闸阀V1、第二闸阀V2、第三闸阀V3的开度，重复步骤8和步骤9，得到不同出砂层段不同液固两相混合流体流量下的3个出砂层段的出砂情况；
步骤11：停止第二泵体P2；
步骤12：改变第一泵体P1的流量，重复步骤6至步骤10，得到不同惰性气体流量情况下3个出砂层段的出砂情况；
步骤13：停止第二泵体P2、第一泵体P1、声音信号接收器302、激光光源301、计算机数据处理与显示系统303；
步骤14：改变第一闸阀流体流出管线401、第二闸阀流体流出管线402、第三闸阀流体流出管线403与模拟出砂孔眼B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的连接位置，重复步骤4到步骤12，模拟不同出砂层段位置情况下3个出砂层段的出砂情况；
步骤15：停止第二泵体P2、第一泵体P1、声音信号接收器302、激光光源301、计算机数据处理与显示系统303、两相混砂罐T2；
步骤16：向两相混砂罐T2中加入不同比例的惰性气体和砂粒，重复步骤3到步骤14，模拟不同含砂量情况下3个出砂层段的出砂情况；
步骤17：停止第二泵体P2、第一泵体P1、声音信号接收器302、激光光源301、计算机数据处理与显示系统303、两相混砂罐T2；
步骤18：向两相混砂罐T2中加入不同粒径的砂粒，重复步骤3到步骤16，模拟不同砂粒粒径情况下3个出砂层段的出砂情况。
实施例5、
如实施例4所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，其区别在于，即利用本发明进行垂直产气井出砂监测的实验方法，模拟井筒11垂直放置，采用与实施4相同的步骤。
Claims (10)
1.一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，包括：模拟井筒系统、供液供砂系统、基于分布式光纤声音监测系统和集液体系统；
在所述模拟井筒系统中设置有用于固定光纤的光缆穿越孔，所述基于分布式光纤声音监测系统中的光纤安装在所述光纤固定孔中；
供液供砂系统向所述模拟井筒系统提供实验液体、实验气体和实验固体，用于分别模拟油藏、气体和砂粒；
所述集液体系统用于收集实验废液。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，所述模拟井筒系统包括：模拟井筒(11)、上密封短节(12)和下密封短节(13)；所述的模拟井筒(11)上布设有与模拟井筒(11)内部空间连通的模拟出砂孔眼；所述的上密封短节(12)位于模拟井筒(11)上端；所述的上密封短节(12)上分别开设有光缆穿越孔(120)和上密封短节排液孔(121)；所述的下密封短节(13)位于模拟井筒(11)下端，所述的下密封短节(13)上开设下密封短节排液孔(122)。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，所述的模拟出砂孔眼在模拟井筒(11)外壁上：沿着模拟井筒(11)的轴线方向上按直线方式排列，或者按照螺旋方式排列，或者按照任意交叉角度方式排列。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，所述的供液系统(3)包括单相物料罐(T1)、两相混砂罐(T2)、第一泵体(P1)、第二泵体(P2)、闸阀组(5)、单相流体流量计(500)、第一两相流量计(501)、第二两相流量计(502)和第三两相流量计(503)。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，所述基于分布式光纤声音监测系统包括激光光源(301)、声音信号接收器(302)、计算机数据处理与显示系统(303)、管内光缆(304)和管外光缆(305)；
管外光缆(305)和管内光缆(304)的一端分别与激光光源(301)相连，作为激光信号输入端；管内光缆(304)和管外光缆(305)同时作为信号传输介质，将反射信号分别通过管内光缆反向光路线(306)和管外光缆反向光路线(307)传输到声音信号接收器(302)；所述的计算机数据处理与显示系统(303)通过光信号数据通讯线(308)与声音信号接收器(302)相连，将从声音信号接收器(302)上得到的沿管外光缆(305)和管内光缆(304)的声音分布数据进行处理，并利用内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，以图形和数据方式显示模拟井筒(11)中各个生产层段的出砂状况；
所述油气井DAS出砂监测解释模块包括：数据预处理模块、出砂监测数据解释模块；
所述数据预处理模块用于得到与储层砂粒进入模拟井筒(11)相关的去噪以后的声音数据，包括步骤1-1)-1-3)：
1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对出砂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砂粒进入模拟井筒(11)流动的冲击能量范围内，以消除声音数据中无关的噪声信号；
1-3)得到与储层砂粒进入模拟井筒(11)相关的去噪以后的声音数据；
所述出砂监测解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括步骤2-1)—2-3)：
2-1)建立声强坐标系，模拟井筒(11)长度为横坐标、对油气井声音监测的时间为纵坐标；
2-2)利用与储层砂粒进入模拟井筒(11)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)定义出砂层段：
从声强“瀑布图”上在生产层段所覆盖的位置范围内提取任意时刻的声强随模拟井筒(11)位置变化的曲线，以在生产层段所覆盖的位置范围内所提取的任意时刻的声强随模拟井筒(11)位置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位置范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的位置范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随模拟井筒(11)位置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面积大于1倍面积方差的生产层段判断为出砂层段；
2-4)定义严重出砂、中等出砂和轻微出砂：
将各个生产层段所对应的面积除以该生产层段的厚度，得到该生产层段的单位厚度的面积；
将各个生产层段的单位厚度的面积相加求得总的单位厚度的面积，计算各个生产层段所对应的单位厚度的面积百分比；
将单位厚度的面积百分比大于等于50％定义为严重出砂；
将单位厚度的面积百分比在20％-50％之间定义为中等出砂；
将单位厚度的面积百分比小于等于20％定义为轻微出砂。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，所述管外光缆(305)采用直线形状或螺旋形状附着在模拟井筒(11)外壁；
所述的管内光缆(304)通过模拟井筒系统(2)中上密封短节(12)上的光缆穿越孔(120)进入模拟井筒(11)中；所述的管内光缆(304)在模拟井筒(11)中采用直线形状或螺旋形状布设。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置，其特征在于，所述集液系统(4)包括集液罐(T3)、模拟井筒流体排出管线(205)和安装在模拟井筒流体排出管线(205)上的排液控制阀(211)；所述的模拟井筒流体排出管线(205)通过下密封短节(13)上的下密封短节排液孔(122)与模拟井筒(11)内部空间相连。
8.一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，其特征在于，包括：
步骤1：安装基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置；
步骤2：向供液供砂系统中加入砂粒和实验物料，所述实验物料为实验液体或实验气体；
步骤3：启动两相混砂罐(T2)；
步骤4：待实验物料和砂粒混合均匀后，调节排液控制阀(211)并调节所述供液供砂系统，实现将物料和砂粒模拟注入模拟井筒系统；
步骤5：打开声音信号接收器(302)，打开激光光源(301)和计算机数据处理与显示系统(303)；
步骤6：待模拟井筒(11)中流动稳定后，在计算机数据处理与显示系统(303)上观察声音信号接收器(302)测得的声音数据，待声音数据稳定后，根据注入模拟井筒(11)中的仅为实验物料、混合实验物料和砂粒时分别对应的声音数据：
仅有单相模拟原油从模拟井筒(11)上端部流入情况下的声音数据；
还包括有液固两相混合流体从模拟出砂孔眼进入模拟井筒(11)情况下的声音数据；
还包括有气固两相混合流体从模拟出砂孔眼进入模拟井筒(11)情况下的声音数据；
步骤7：根据步骤6记录的声音数据，利用计算机数据处理与显示系统(303)中内置的油气井DAS出砂监测解释模块进行监测数据解释，得到不同出砂层段的出砂情况。
9.根据权利要求8所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括有监测不同出砂层段、不同两相混合流体流量下的出砂情况，方法如下：
在步骤6中还包括：改变所述供液系统(3)中闸阀组(5)的开度，重复步骤6，得到不同出砂层段、不同两相混合流体流量下的出砂情况。
10.根据权利要求8所述的一种基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括有监测不同单相模拟原油流量情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤8：停止向模拟井筒(11)注入混合实验物料和砂粒；
步骤9：改变向模拟井筒(11)注入实验液体的流量，重复步骤6至步骤7，得到不同单相模拟原油流量情况下不同出砂层段的出砂情况；
优选的，所述工作方法还包括有模拟不同出砂层段位置情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤10：停止供液系统(3)和基于分布式光纤声音监测系统；
步骤11：改变闸阀组(5)和模拟井筒(11)的模拟出砂孔眼的连接位置，重复步骤4到步骤9，模拟不同出砂层段位置情况下不同出砂层段的出砂情况；
优选的，所述工作方法还包括有模拟不同含砂量情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤12：停止供液系统(3)和基于分布式光纤声音监测系统；
步骤13：向两相混砂罐(T2)中加入不同比例的实验液体或气体，和砂粒，重复步骤3到步骤11，模拟不同含砂量情况下不同出砂层段的出砂情况；
优选的，所述工作方法还包括有模拟不同砂粒粒径情况下不同出砂层段的出砂情况，方法如下：
步骤14：停止供液系统(3)和基于分布式光纤声音监测系统；
步骤15：向两相混砂罐(T2)中加入实验液体或气体，和不同粒径的砂粒，重复步骤3到步骤13，模拟不同砂粒粒径情况下不同出砂层段的出砂情况。
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