CN114382459A - 一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法 - Google Patents
一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114382459A CN114382459A CN202111664605.7A CN202111664605A CN114382459A CN 114382459 A CN114382459 A CN 114382459A CN 202111664605 A CN202111664605 A CN 202111664605A CN 114382459 A CN114382459 A CN 114382459A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- measuring
- optical fiber
- conductance
- infrared absorption
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 87
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 91
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 45
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 6
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- 102100030385 Granzyme B Human genes 0.000 claims description 3
- 101001009603 Homo sapiens Granzyme B Proteins 0.000 claims description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims description 3
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 claims description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 49
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 4
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010291 electrical method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
- E21B17/1078—Stabilisers or centralisers for casing, tubing or drill pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法，涉及剖面测井技术领域，本发明基于内流式八电极环形电导相关测量模块、近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块进行及单截面周向电导探针全水值测量模块进行一体化设计形成一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及控制系统。所述测量方法利用上下游近红外周向光纤传感器阵列并结合多近邻GMRES成像方法获取截面气相分布信息，以截面持气率与电导持水率特征构建持水率矫正模型进行持水率估计。本发明实现实时准确测量，结构简单精巧、造价低、可靠性高、无可动部件、无阻流、易安装、易更换，便于水平井多相流多参数测量。
Description
技术领域
本发明涉及剖面测井技术领域，尤其是一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪、控制系统及测量方法。
背景技术
随着水平井开采技术应用规模迅速扩大，在石油开发和生产过程中，一旦发生局部水淹将导致全井含水急剧上升，严重影响开发效果，甚至会导致油井的废弃。温度、流型、流量、流速以及分相含率等作为水平井生产测井中油气水三相流的重要检测参数，在开采过程中对其进行准确计量，以便及时了解和掌握地下储层的油气含量，进而得到油井和油藏动态特性等反映油井各层生产状况的各种信息，这对科学制定油田开发注采方案、保证优化生产和稳定生产意义重大。
目前流量监测主要有涡轮法、电磁法、相关法、差压法、超声法等，而相关测量技术因其原理简单、响应速度快、测量准确等优势被广泛应用在油井流量监测领域。相含率测量方法主要有电学法(持水率)、光纤探针法(持气率)、近红外技术(持气率)、电磁波检测法、密度法、短波法、微波法、γ射线衰减法等，而近红外技术因其对不同含氢基团具有不同的特征吸收谱带使得该技术开始被引入气液两相流含气率检测领域。近红外吸收法具有穿透性强、传输距离远、高效环保、高分辨率、检测过程无损无污染、快速响应等优势特点。电导法根据油水两相电导率的差异进行含水率的测量，该方法因其结构简单、原理简单、造价低、易加工等优势在持水率测量方面得到极为广泛的应用。
上述方法虽然在某方面获得了广泛的应用，但是却无法获取多相流综合参数。而当前组合技术主要是通过将各个传感器分别封装，然后再进行结构连接和电气连接，该方法技术简单、易实现、可操作性强，但是结构复杂、故障率高、维修困难、造价高，且本质上并没有实现真正意义上的多传感器一体化融合设计。
因此，针对上述问题，为满足石油生产多相流多参数测量需要，亟需一种针对水平井多相流多参数测量复合测井仪、控制系统及测量方法以当前解决当前困难。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法，实现水平井多相流参数的准确实时测量，结构简单精巧、造价低、可靠性高、无可动部件、无阻流、易安装、易更换，便于水平井多相流多参数测量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，包括上游扶正器(2)、下游扶正器(6)、电路仓(7)、挤压式橡胶集流器、出液口(1)、进液口(5)、复合传感器及控制系统；所述复合传感器包括电导相关测量模块、单截面周向电导探针全水值测量模块(39)及近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块；
所述电导相关测量模块包括嵌入绝缘管壁中的与测量管道内表面相接触的激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)、1号测量电极H1(32)、2号测量电极H2(37)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)；沿轴向从下至上为激励电极E1(31)、1号测量电极H1(32)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)、2号测量电极H2(37)、激励地电极E2(38)；1号测量电极H1(32)与3号测量电极M1(33)之间设置有下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)，6号测量电极M4(36)与2号测量电极H2(37)之间设置有上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)；
所述单截面周向电导探针全水值测量模块(39)包括绝缘管壁、固定在绝缘管壁上的m个探针式电极，m个探针式电极均匀分布在激励地电极E2(38)下游绝缘管内壁轴向的同一横截面上且伸出绝缘管壁部分与测量管道接触；所述m个探针式电极每相邻的两个微型电极组成一个全水电导传感器，共组成m个CCPi传感器；所述CCPi传感器包括一个激励电极和一个测量电极；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块包括上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)与下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)；
还包括设置在电路仓(7)内的电路控制系统，电路控制系统包括多通道程控开关、近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路、电导相关测量模块电路、单截面周向电导探针全水值测量模块电路、电源模块、存储模块、AD采集模块及主控制器模块；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路包括光发射模块、光接收模块及信号处理模块；
所述电导相关测量模块包括电导激励模块、电导信号处理模块、上游信号处理电路、下游信号处理电路；电导激励模块对激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)激励，为所述电导相关测量模块提供幅值恒定的交变电流，在管道中建立电流场；
所述单截面周向电导探针全水值测量模块电路包括压控交流恒流源、信号调理电路、压频转换电路及信号整形电路。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述探针式电极垂直嵌入与绝缘管壁的内壁面上；所述绝缘管由有机玻璃制成。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)、下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)分布完全相同且相距一段距离，均有由“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列组成；所述“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列包括n个近红外吸收式光纤传感器，n个近红外吸收式光纤传感器均位于同一管截面上；“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列位于外壁上，且伸出外电极部分与测量管道接触。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述近红外吸收式光纤传感器包括近红外发射装置和近红外接收装置，且近红外发射装置和近红外接收装置与绝缘管壁通过螺纹密封连接，近红外发射装置和近红外接收装置的连线均过管截面圆心；相邻近红外吸收式光纤传感器的发射装置和接收装置的安装位置进行对调；所述近红外发射装置和近红外接收装置连线均过截面圆心，所述近红外发射装置在光源前方加载透镜，进行聚光，所述近红外接收装置接收端适当外扩，以便更好接收光线。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述光发射模块由驱动电路和近红外光源组成，主要用于将驱动电能转化为出射光线；光接收模块包括近红外接收探头和光电转化电路，用于为探测器将返回光能转化反映持气率信息的电压信号；信号处理模块包括差分和功率放大电路、模数转化电路，将接收到的电信号进行差分、功率放大、模数转化操作，输出反映持气率信息的电压信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述AD采集模块采集石油生产多相流多参数测量光电一体式传感器输出信号；AD采集模块采集用于水平井多相流多参数测量复合测井仪输出信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述主控制器模块用于对水平井用多相流多参数测量复合测井仪输出信号进行数据处理，依据近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块获取的电压信号进一步获取截面持气率信息、截面气相分布信息及近红外流量信息；依据电导输出频率信号同时获取电导流量与电导持水率信息；最后综合处理获取包括矫正持水率、截面持气率、气相分布及融合流量的参数。
一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪测量方法，包括以下步骤：
(1)获取水平井用多相流多参数测量复合传感器输出信号；
(2)基于上下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块输出电压信号，通过采用朗伯比尔吸收定律及吸光度线性叠加定律获取上下游径向持气率ug1、ug2、ug3、…、ugn；dg1、dg2、dg3、…、dgn；采用加权融合方法获取上下游截面持气率信息
融合截面持气率为：g＝(ug+dg)/2；
(3)将上下游截面近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块进行插值，增加至2*n个，所述插值点数据估计规则：靠近插值点距离最近的实际测量点，插值点的多近邻插值规则为Zi＝α1Z1+α2Z2，其中Zi、Z1、Z2分别代表实际测量点的电压信号；权重α1,α2根据所述电导式传感器模块获取的流量f选取；通过基于广义最小残差迭代的层析成像重建算法进行成像；
(4)基于上下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块输出电压信号，进行互相关运算获取近红外流量参数of；基于电导相关测量模块上下游相关测量电极输出电压信号，通过互相关运算获取电导流量参数cf；综合上述结果获取流量参数：f＝(of+cf)/2；
(5)基于单截面周向电导探针全水值测量模块(39)输出频率信号，获取全水值；结合电导相关测量模块相含率测量电极输出频率信号，通过利用Maxwell方程获取电导持水率cw；通过持水率矫正模型获取矫正持水率：w＝cw/(g+1)；
(6)获得最终多相流参数：f、g、w及截面气相分布特性。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明实现实时准确测量，结构简单精巧、造价低、可靠性高、无可动部件、无阻流、易安装、易更换，便于水平井多相流多参数测量，便于获取水平井多相流流量、持率及气相分布特性，解决了截面多相流流量、持率及气相分布特性测量困难、测量误差较大等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明提供的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪结构示意图；
图2是本发明实施例中的一种用于水平井多相流多参数测量复合传感器结构示意图；
图3是本发明实施例中的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪控制系统终端示意图；
图4是本发明实施例中的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪测量方法流程图；
其中，1、出液口，2、上游扶正器，4、挤压式橡胶集流器，5、进液口，6、下游扶正器，7、电路仓，31、激励电极E1，32、1号测量电极H1，33、3号测量电极M1，34、4号测量电极M2，35、5号测量电极M3，36、6号测量电极M4，37、2号测量电极H2，38、激励地电极E2，39、单截面周向电导探针全水值测量模块，310、下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块，311、上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图4所示，一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法，包括一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，包括上游扶正器(2)、下游扶正器(6)、电路仓(7)、挤压式橡胶集流器、出液口(1)、进液口(5)、复合传感器及控制系统；所述复合传感器包括电导相关测量模块、单截面周向电导探针全水值测量模块(39)及近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块；
所述电导相关测量模块包括嵌入绝缘管壁中的与测量管道内表面相接触的激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)、1号测量电极H1(32)、2号测量电极H2(37)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)；沿轴向从下至上为激励电极E1(31)、1号测量电极H1(32)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)、2号测量电极H2(37)、激励地电极E2(38)；1号测量电极H1(32)与3号测量电极M1(33)之间设置有下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)，6号测量电极M4(36)与2号测量电极H2(37)之间设置有上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)。
所述单截面周向电导探针全水值测量模块(39)包括绝缘管壁、固定在绝缘管壁上的m个探针式电极，m个探针式电极均匀分布在激励地电极E2(38)下游绝缘管内壁轴向的同一横截面上且伸出绝缘管壁部分与测量管道接触。所述m个探针式电极每相邻的两个微型电极组成一个全水电导传感器，共可组成m个CCPi传感器；所述CCPi传感器包括一个激励电极和一个测量电极；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块包括上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)与下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)；
还包括设置在电路仓(7)内的电路控制系统,所述电路控制系统包括多通道程控开关、近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路、电导相关测量模块电路、单截面周向电导探针全水值测量模块电路、电源模块、存储模块、AD采集模块及主控制器模块；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路包括光发射模块、光接收模块及信号处理模块；
所述电导相关测量模块包括电导激励模块、电导信号处理模块、上游信号处理电路、下游信号处理电路；电导激励模块对激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)激励，为所述电导相关测量模块提供幅值恒定的交变电流，在管道中建立电流场；
所述单截面周向电导探针全水值测量模块电路包括压控交流恒流源、信号调理电路、压频转换电路及信号整形电路。
电源模块对一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪提供电能；所述存储模块对一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪输出信号进行本地存储。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围
为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
【实施例1】
参照图1至图4所示，本发明提供一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪、控制系统及测量方法，以n＝4，m＝12为例对一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪进行详细介绍。
所述一种石油生产多分相参数测量光-电组合式测井仪包括上游扶正器(2)、下游扶正器(6)、电路仓(7)、挤压式橡胶集流器(4)、进液口(5)、出液口(1)、光-电组合式传感器(3)及控制系统。
所述一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪包括电导相关测量模块、单截面周向电导探针全水值测量模块(39)及近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块等。
所述电导相关测量模块包括嵌入绝缘管壁中的与测量管道内表面相接触的激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)、1号测量电极H1(32)、2号测量电极H2(37)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)；沿轴向从下至上为激励电极E1(31)、1号测量电极H1(32)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)、2号测量电极H2(37)、激励地电极E2(38)；1号测量电极H1(32)与3号测量电极M1(33)之间设置有下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)，6号测量电极M4(36)与2号测量电极H2(37)之间设置有上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)。
所述单截面周向电导探针全水值测量模块(39)包括绝缘管壁、固定在绝缘管壁上的m(m≥1,m∈N*)个探针式电极，m(m≥1,m∈N*)个探针式电极均匀分布在激励地电极E2(38)下游绝缘管内壁轴向的同一横截面上且伸出绝缘管壁部分与测量管道接触。所述m(m≥1,m∈N*)个探针式电极每相邻的两个微型电极组成一个全水电导传感器(CCPi,0≤i≤m,i∈N*)，共可组成m个CCPi(0≤i≤m,i∈N*)传感器。所述CCPi(0≤i≤m,i∈N*)传感器包括一个激励电极和一个测量电极。
所述探针式电极垂直嵌入与绝缘管壁的内壁面上；所述绝缘管由有机玻璃制成；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块包括上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)与下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)。所述上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)、下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)分布完全相同且相距一段距离，均由“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列组成。所述“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列包括n(n≥1,n∈N*)个近红外吸收式光纤传感器，n(n≥1,n∈N*)个近红外吸收式光纤传感器均位于同一管截面上；“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列位于外壁上，且伸出外壁部分与测量管道接触；
所述近红外吸收式光纤传感器包括近红外发射装置和近红外接收装置，且近红外发射装置和近红外接收装置与绝缘管壁通过螺纹密封连接，近红外发射装置和近红外接收装置的连线均过管截面圆心。相邻近红外吸收式光纤传感器的发射装置和接收装置的安装位置进行对调。
所述近红外发射装置在光源前方加载透镜，进行聚光。
所述近红外接收装置接收端适当外扩，以便更好接收光线。
【实施例2】
参照图2所示，所述电路控制系统包括多通道程控开关、近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路、电导相关测量模块电路、单截面周向电导探针全水值测量模块电路、电源模块、存储模块、AD采集模块及主控制器模块等。
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路包括光发射模块、光接收模块及信号处理模块。光发射模块由驱动电路和近红外光源组成，主要用于将驱动电能转化为出射光线；光接收模块包括近红外接收探头和光电转化电路，用于为探测器将返回光能转化可反映持气率信息的电压信号；信号处理模块包括差分和功率放大电路、模数转化电路，将接收到的电信号进行差分、功率放大、模数转化等操作，输出反映持气率信息的电压信号。
所述电导相关测量模块包括电导激励模块、电导信号处理模块、上游信号处理电路、下游信号处理电路。电导激励模块用于对激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)激励，为所述电导相关测量模块提供幅值恒定的交变电流，在管道中建立电流场；
由3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)组成的下游检测电极；由5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)组成的上游检测电极；由1号测量电极H1(32)、2号测量电极H2(37)组成相含率检测电极；
上游检测电极和下游检测电极分别连接至上游信号处理电路和下游信号处理电路，上游信号处理电路和下游信号处理电路均包括反向滤波放大电路模块、同相放大电路模块和限幅电路模块；当油水两相流体从所述集成传感器内流过时，流体阻抗的随机变化对作用在上游检测电极和下游检测电极上的交变恒定电流产生随机调制作用，上游检测电极和下游检测电极的输出会随着调制作用产生相应的变化，分别由游信号处理电路和下游信号处理电路进行相应的放大、检波、滤波等操作，解调出流体流动噪声信号x(t)和y(t)，噪声信号用于计算流量f；
所述单截面周向电导探针全水值测量模块电路包括压控交流恒流源、信号调理电路、压频转换电路及信号整形电路。
AD采集模块用于采集一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪输出信号；
电源模块用于对一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪提供电能；
所述多路程控开关分别连接红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块、电导相关测量模块、单截面周向电导探针全水值测量模块(39)。
所述存储模块用于对一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪输出信号进行本地存储。
所述主控制器模块用于对水平井用多相流多参数测量复合测井仪输出信号进行数据处理，依据近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块获取的电压信号进一步获取截面持气率信息、截面气相分布信息及近红外流量信息。依据电导输出频率信号同时获取电导流量与电导持水率信息。最后综合处理获取矫正持水率、截面持气率、气相分布及融合流量等参数。
在工作时，利用近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块，也就是下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)和上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)进行截面持气率、气相分布及近红外流量测量，测量管道中多相流流动时，记录光强信号为Ig(入射光束强度)；当测量管道只有液相流体流动时，记录该光强信号为Il(透射液相后的光束强度)。令近红外发射探头输出近红外光经测量管道液相浓度为β1的两相流吸收后，近红外吸收光强为I’,则I’可表示为：
I'＝Igexp{-d[μg(1-βl)+μlβl]} (1)
式中，d为光程/通过被测介质厚度，μg为待测气相摩尔吸光系数，μl为待测液相摩尔吸光系数，则测量管道界面液相浓度βl可表示为：
由式(1)与(2)可知，近红外接收装置收集的光强信号变化实际反映了近红外光强信号穿过待测液体后入射光强吸收衰减情况，且光强信号大小与被测液相浓度βl有关。
利用上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)与下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)两路流动噪声信号进行互相关运算，互相关函数表达式为：
τ指的是上游传感器与下游传感器获取的信号的相似波形的时间间隔，是依据实际信号获取得到的；互相关函数的峰值代表着两路流动噪声信号的最大相似，它所对应的时间τ0是流体流动噪声信号由上游到下游所经历的时间，称为渡越时间。
流量f为：
f＝(L/τ0)*ap (4)
式(4)中L为上下游距离，ap为传感器管道的横截面积。
当电导相关测量模块处于工作状态是，对油水两相流全水相进行标定，即对电导持水率监测传感器进行标定，在水为连续相条件下，测量电极H1、H2间的电压幅度与经过电导持水率监测传感器流体的电导率成反比。设测量电极H1、H2的电导在油水混相时为Gm，全水时为Gw，混合相的电导率为σm，水的电导率为σw，混相时传感器输出频率为Fm(混相值)，全水值为Fw(全水值)，则
σm与σw之比由Maxwell公式给出：
式中，β为两相流中连续导电相的体积分数，在油水两相流中即为电导持水率hi。
持水率是指井筒某处水相所占的体积百分比，式(6)中的全水值与混相值之比称为仪器相对响应，混相值在油水两相流体流过传感器时测得，全水值可通过传感器下接一取样器待油水两相分离后获得。
当进行电导相关测量模块流量测量时，上游传感器，也就是3号测量电极M1(33)和4号测量电极M2(34)与下游传感器，也就是5号测量电极M3(35)和6号测量电极M4(36)把两路流动噪声信号进行互相关运算，互相关函数表达式为：
τ指的是上游传感器与下游传感器获取的信号的相似波形的时间间隔，是依据实际信号获取得到的；互相关函数的峰值代表着两路流动噪声信号的最大相似，它所对应的时间τ0是流体流动噪声信号由上游到下游所经历的时间，称为渡越时间。
流量f为：
f＝(L/τ0)*ap (8)
式(8)中L为上下游距离，ap为电导相关流量监测传感器管道的横截面积。
【实施例3】
如图3所示。本发明提供一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪测量方法，测量步骤如下所示：
(1)获取水平井用多相流多参数测量复合测井仪输出信号；
(2)基于上下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块输出电压信号，通过采用朗伯比尔吸收定律及吸光度线性叠加定律获取上下游径向持气率ug1、ug2、ug3、…、ugn；dg1、dg2、dg3、…、dgn。采用加权融合方法获取上下游截面持气率信息
融合截面持气率为：g＝(ug+dg)/2；
(3)将上下游截面近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块进行插值，增加至2*n(n≥1,n∈N*)个，所述插值点数据估计规则：靠近插值点距离最近的实际测量点，插值点的多近邻插值规则为Zi＝α1Z1+α2Z2，其中Zi、Z1、Z2分别代表实际测量点的电压信号；权重α1,α2根据所述电导式传感器模块获取的流量f选取；通过基于广义最小残差(generalizedminimal residual，GMRES)迭代的层析成像重建算法进行成像；
(4)基于上下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块输出电压信号，进行互相关运算获取近红外流量参数of；基于电导相关测量模块上下游相关测量电极输出电压信号，通过互相关运算获取电导流量参数cf；综合上述结果获取流量参数：f＝(of+cf)/2；
(5)基于单截面周向电导探针全水值测量模块(39)输出频率信号，获取全水值；结合电导相关测量模块相含率测量电极输出频率信号，通过利用Maxwell方程获取电导持水率cw；通过持水率矫正模型获取矫正持水率：w＝cw/(g+1)
(6)获得最终多相流参数：f、g、w及截面气相分布特性。
本说明书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。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪、控制系统及测量方法，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：包括上游扶正器(2)、下游扶正器(6)、电路仓(7)、挤压式橡胶集流器、出液口(1)、进液口(5)、复合传感器及控制系统；所述复合传感器包括电导相关测量模块、单截面周向电导探针全水值测量模块(39)及近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块；
所述电导相关测量模块包括嵌入绝缘管壁中的与测量管道内表面相接触的激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)、1号测量电极H1(32)、2号测量电极H2(37)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)；沿轴向从下至上为激励电极E1(31)、1号测量电极H1(32)、3号测量电极M1(33)、4号测量电极M2(34)、5号测量电极M3(35)、6号测量电极M4(36)、2号测量电极H2(37)、激励地电极E2(38)；1号测量电极H1(32)与3号测量电极M1(33)之间设置有下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)，6号测量电极M4(36)与2号测量电极H2(37)之间设置有上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)；
所述单截面周向电导探针全水值测量模块(39)包括绝缘管壁、固定在绝缘管壁上的m个探针式电极，m个探针式电极均匀分布在激励地电极E2(38)下游绝缘管内壁轴向的同一横截面上且伸出绝缘管壁部分与测量管道接触；所述m个探针式电极每相邻的两个微型电极组成一个全水电导传感器，共组成m个CCPi传感器；所述CCPi传感器包括一个激励电极和一个测量电极；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块包括上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)与下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)；
还包括设置在电路仓(7)内的电路控制系统，电路控制系统包括多通道程控开关、近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路、电导相关测量模块电路、单截面周向电导探针全水值测量模块电路、电源模块、存储模块、AD采集模块及主控制器模块；
所述近红外吸收式周向多探测点光纤相关测量模块电路包括光发射模块、光接收模块及信号处理模块；
所述电导相关测量模块包括电导激励模块、电导信号处理模块、上游信号处理电路、下游信号处理电路；电导激励模块对激励电极E1(31)、激励地电极E2(38)激励，为所述电导相关测量模块提供幅值恒定的交变电流，在管道中建立电流场；
所述单截面周向电导探针全水值测量模块电路包括压控交流恒流源、信号调理电路、压频转换电路及信号整形电路。
2.根据权利要求1所述的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：所述探针式电极垂直嵌入与绝缘管壁的内壁面上；所述绝缘管由有机玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：所述上游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(311)、下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块(310)分布完全相同且相距一段距离，均有由“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列组成；所述“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列包括n个近红外吸收式光纤传感器，n个近红外吸收式光纤传感器均位于同一管截面上；“*”形分布的近红外吸收式光纤传感器阵列位于外壁上，且伸出外电极部分与测量管道接触。
4.根据权利要求3所述的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：所述近红外吸收式光纤传感器包括近红外发射装置和近红外接收装置，且近红外发射装置和近红外接收装置与绝缘管壁通过螺纹密封连接，近红外发射装置和近红外接收装置的连线均过管截面圆心；相邻近红外吸收式光纤传感器的发射装置和接收装置的安装位置进行对调；所述近红外发射装置和近红外接收装置连线均过截面圆心，所述近红外发射装置在光源前方加载透镜，进行聚光，所述近红外接收装置接收端适当外扩，以便更好接收光线。
5.根据权利要求1所述的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：所述光发射模块由驱动电路和近红外光源组成，主要用于将驱动电能转化为出射光线；光接收模块包括近红外接收探头和光电转化电路，用于为探测器将返回光能转化反映持气率信息的电压信号；信号处理模块包括差分和功率放大电路、模数转化电路，将接收到的电信号进行差分、功率放大、模数转化操作，输出反映持气率信息的电压信号。
6.根据权利要求1所述的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：所述AD采集模块采集石油生产多相流多参数测量光电一体式传感器输出信号；AD采集模块采集用于水平井多相流多参数测量复合测井仪输出信号。
7.根据权利要求1所述的一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪，其特征在于：所述主控制器模块用于对水平井用多相流多参数测量复合测井仪输出信号进行数据处理，依据近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块获取的电压信号进一步获取截面持气率信息、截面气相分布信息及近红外流量信息；依据电导输出频率信号同时获取电导流量与电导持水率信息；最后综合处理获取包括矫正持水率、截面持气率、气相分布及融合流量的参数。
8.一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取水平井用多相流多参数测量复合传感器输出信号；
(2)基于上下游近红外吸收式周向多探测点光纤测量子模块输出电压信号，通过采用朗伯比尔吸收定律及吸光度线性叠加定律获取上下游径向持气率ug1、ug2、ug3、…、ugn；dg1、dg2、dg3、…、dgn；采用加权融合方法获取上下游截面持气率信息
融合截面持气率为：g＝(ug+dg)/2；
(3)将上下游截面近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块进行插值，增加至2*n个，所述插值点数据估计规则：靠近插值点距离最近的实际测量点，插值点的多近邻插值规则为Zi＝α1Z1+α2Z2，其中Zi、Z1、Z2分别代表实际测量点的电压信号；权重α1,α2根据所述电导式传感器模块获取的流量f选取；通过基于广义最小残差迭代的层析成像重建算法进行成像；
(4)基于上下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块输出电压信号，进行互相关运算获取近红外流量参数of；基于电导相关测量模块上下游相关测量电极输出电压信号，通过互相关运算获取电导流量参数cf；综合上述结果获取流量参数：f＝(of+cf)/2；
(5)基于单截面周向电导探针全水值测量模块(39)输出频率信号，获取全水值；结合电导相关测量模块相含率测量电极输出频率信号，通过利用Maxwell方程获取电导持水率cw；通过持水率矫正模型获取矫正持水率：w＝cw/(g+1)；
(6)获得最终多相流参数：f、g、w及截面气相分布特性。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111664605.7A CN114382459B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111664605.7A CN114382459B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114382459A true CN114382459A (zh) | 2022-04-22 |
| CN114382459B CN114382459B (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=81200072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111664605.7A Active CN114382459B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114382459B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114737951A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-07-12 | 燕山大学 | 一种水平井气液两相流持气率测量智能光纤探测系统 |
| CN114970274A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-08-30 | 燕山大学 | 有限元/机器学习的橡胶皮球集流器结构优化系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6016191A (en) * | 1998-05-07 | 2000-01-18 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus and tool using tracers and singles point optical probes for measuring characteristics of fluid flow in a hydrocarbon well and methods of processing resulting signals |
| CN103994793A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-08-20 | 西安思坦仪器股份有限公司 | 基于双持气率计的多相流量测量方法及测量装置 |
| CN204552733U (zh) * | 2015-04-14 | 2015-08-12 | 燕山大学 | 一种水平井动态全水测量的周向阵列传感器驱动电路 |
| CN107290000A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-10-24 | 天津大学 | 一种多相流气相局部流动参数光电传感器组合测量装置 |
| CN111289579A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-16 | 燕山大学 | 一种基于陆面气液分离集成传感器及持水率矫正方法 |
| CN111946325A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-17 | 燕山大学 | 一种无阻式油气水多相流参数石油生产组合测井仪 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111664605.7A patent/CN114382459B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6016191A (en) * | 1998-05-07 | 2000-01-18 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus and tool using tracers and singles point optical probes for measuring characteristics of fluid flow in a hydrocarbon well and methods of processing resulting signals |
| CN103994793A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-08-20 | 西安思坦仪器股份有限公司 | 基于双持气率计的多相流量测量方法及测量装置 |
| CN204552733U (zh) * | 2015-04-14 | 2015-08-12 | 燕山大学 | 一种水平井动态全水测量的周向阵列传感器驱动电路 |
| CN107290000A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-10-24 | 天津大学 | 一种多相流气相局部流动参数光电传感器组合测量装置 |
| CN111289579A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-16 | 燕山大学 | 一种基于陆面气液分离集成传感器及持水率矫正方法 |
| CN111946325A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-17 | 燕山大学 | 一种无阻式油气水多相流参数石油生产组合测井仪 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 于莉娜;孔维航;孔令富;刘晓磊;李英伟;: "垂直上升管内多光纤传感器持气率估计算法研究", 测井技术, no. 05, pages 2 - 3 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114737951A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-07-12 | 燕山大学 | 一种水平井气液两相流持气率测量智能光纤探测系统 |
| CN114737951B (zh) * | 2022-04-26 | 2024-04-16 | 燕山大学 | 一种水平井气液两相流持气率测量智能光纤探测系统 |
| CN114970274A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-08-30 | 燕山大学 | 有限元/机器学习的橡胶皮球集流器结构优化系统及方法 |
| CN114970274B (zh) * | 2022-06-01 | 2024-04-09 | 燕山大学 | 有限元/机器学习的橡胶皮球集流器结构优化系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114382459B (zh) | 2024-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114382459A (zh) | 一种用于水平井多相流多参数测量复合测井仪及测量方法 | |
| CN101975801B (zh) | 一种新型的多模态自适应传感器系统 | |
| CN111289579B (zh) | 一种基于陆面气液分离集成传感器及持水率矫正方法 | |
| Shi et al. | Conductance sensors for multiphase flow measurement: A review | |
| CN101479575B (zh) | 用于层析成像的多相流测量的方法和设备 | |
| Ismail et al. | Tomography for multi-phase flow measurement in the oil industry | |
| CN110108331B (zh) | 基于ert的同质气液混合两相流流量测试方法及系统 | |
| CN208223539U (zh) | 一种光纤电导一体化探针传感器 | |
| CN103954653A (zh) | 四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用 | |
| CN114737950B (zh) | 水平气液两相流近红外多探测点多参数测井仪及控制终端 | |
| CN111946324B (zh) | 一种含可动部件的油气水多相流参数测井仪 | |
| CN107044820A (zh) | 环状流局部动态液膜平均厚度的直接测量系统 | |
| CN105301281A (zh) | 变压器油流流速的监测方法及监测装置 | |
| CN107192325B (zh) | 环状流局部动态液膜平均厚度的直接测量方法 | |
| CN113848240A (zh) | 一种气液两相流截面成像装置 | |
| CN114894858A (zh) | 一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法 | |
| CN114858707B (zh) | 插入式组合光纤阵列传感器及气液两相流参数测量方法 | |
| Yang | Sensors and instrumentation for monitoring and control of multi-phase separation | |
| CN114086944B (zh) | 提高套后储层油水界面监测精度的监测方法及系统 | |
| Wang et al. | Methodology for production logging in oil-in-water flows under low flow rate and high water-cut conditions | |
| Wei et al. | Void fraction measurement using the coaxial line phase sensor in the vertical gas-liquid slug flow | |
| CN101603974A (zh) | 小管径管道两相流参数光学测量装置及方法 | |
| CN212508262U (zh) | 阵列探针过环空找油仪 | |
| CN114778482A (zh) | 石油生产多参数测量同轴光电一体式传感器及测量方法 | |
| CN108038494B (zh) | 基于数据融合的两相流流型识别方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |