CN114739486A - 多相流核磁共振流量计的刻度方法 - Google Patents

多相流核磁共振流量计的刻度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多相流核磁共振流量计的刻度方法，所述方法包括：对待测多相流进行采样，得到多相流样品；利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数；利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间，并根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间及所述待测多相流的组分含量比。本发明通过实现了将核磁共振流体检测技术应用于工业计量现场，进行复杂流体流量的在线、绿色、非侵入式、全量程检测，且实现了仪器使用前的现场刻度。

Description

多相流核磁共振流量计的刻度方法
技术领域
本发明涉及多相流核磁共振流量计刻度技术领域，尤指一种多相流核磁共振流量计的刻度方法。
背景技术
包含多种组分的复杂流体在工业领域十分常见，其准确计量一直是困扰工业界的一大难题。以石油工业领域为例，随着常规油气资源的日益枯竭和非常规油气资源开发的深入，石油钻采工程领域所面对的地下流体多以油、水两相混合流体为主。采油生产中，多年来，油水两相计量尤其是在线计量一直是一个世界性难题，进展缓慢。现场常用含水量计量技术是采样静置一段时间后，待油水分层后再读取各项含量。这种方法有诸多不足：(1)准确度不高，人为影响因素大；(2)效率低下；(3)额外的人力成本；(4)样品完成测量后多数情况下直接倾倒，污染环境，且对于含气井，采样具备一定的安全风险。随着油气藏精细化管理和安全环保要求的提升，传统的计量手段已无法满足要求，迫切需求高效、准确、绿色、安全的测量手段。
核磁共振(NMR)技术目前是一种主流的室内流体组分分析技术，其优势在于非侵入、绿色环保、高效准确的测量手段，将其应用于工业现场进行复杂混相流体在线测量有很好的前景。在这一背景下发展起来的多相流核磁共振流量计首次实现了NMR技术在油气计量领域的应用。
多相流NMR流量计从研制成功至现场应用，需先后经过室内实验室刻度和现场刻度2个步骤。室内刻度主要针对装备的基本NMR参数进行刻度，以及测量准确度校验，而现场刻度主要针对应用井的一些特殊属性(如气液比、油水比、压力、原油粘度)，对装置测量参数进行调整，保证设备在正常使用时的稳定、高效、准确。不同于室内刻度，现场刻度不允许影响生产，允许的刻度时间较短(几个小时以内完成)，因此对刻度方法的时效性要求较高。
目前，国内无相关技术，国际上石油工业领域只有荷兰壳牌公司研制出一套NMR多相流量计，其中包含油、气、水三相流流量测量方法，但未公布其现场刻度方法。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种多相流核磁共振流量计的刻度方法，实现对油气水多相流量计在实际测量前的快速刻度和校准，防止由于测量流体性质差异性引起的流量计量偏差。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种多相流核磁共振流量计的刻度方法，所述方法包括：
对待测多相流进行采样，得到多相流样品；
利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数；
利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间，并根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间及所述待测多相流的组分含量比。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：对所述多相流样品中的油及水进行分离，得到单相油样品及单相水样品；利用多相流核磁共振流量计对纯净水、所述单相油样品及单相水样品进行检测，得到纯净水、单相油样品及单相水样品对应的磁化矢量首幅值；根据所述磁化矢量首幅值，确定单相油样品及单相水样品对应的含氢指数。
可选的，在本发明一实施例中，所述对所述多相流样品中的油及水进行分离，得到单相油样品及单相水样品包括：利用静置方式或离心技术，对所述多相流样品进行分离，得到单相油样品及单相水样品。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数包括：利用多相流核磁共振流量计，测得所述多相流样品的自由衰减信号的首幅值；将所述待测多相流接入多相流核磁共振流量计的流体管，以使所述待测多相流在多相流核磁共振流量计的探头下连续流动，利用多相流核磁共振流量计，测得所述待测多相流的自由衰减信号的首幅值；根据所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，以及所述纯净水的磁化矢量首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：根据实际环境温度，利用所述多相流核磁共振流量计的温控装置进行温度控制；在当前温度达到所述多相流核磁共振流量计的预设工作温度后，所述多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发送脉冲序列，得到自由衰减信号曲线；利用所述自由衰减信号曲线，以及当前温度下所述多相流核磁共振流量计的磁体频率，调整所述多相流核磁共振流量计的脉冲频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间包括：利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列，测得衰减曲线，对所述衰减曲线进行反演，得到横向弛豫时间。
可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间包括：根据所述横向弛豫时间，得到所述待测多相流的流体速度；利用所述待测多相流的流体速度，在所述衰减曲线上确定有效衰减曲线区间。
本发明通过实现了将核磁共振流体检测技术应用于工业计量现场，进行复杂流体流量的在线、绿色、非侵入式、全量程检测，且实现了仪器使用前的现场刻度，助力于多相流体流量的准确检测。
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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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为本发明实施例一种多相流核磁共振流量计的刻度方法的流程图；
图2为本发明实施例中现场采样刻度过程的流程图；
图3为本发明实施例中确定气液体积比及含氢指数的流程图；
图4为本发明实施例中确定脉冲频率的流程图；
图5为本发明实施例中确定有效衰减曲线区间的流程图；
图6为本发明一具体实施例中多相流核磁共振流量计的刻度流程图；
图7为本发明实施例中多相流核磁共振流量计的阀门布局示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种多相流核磁共振流量计的刻度方法，适用于包含流动流体计量的工业领域。
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作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。
为了在油气田现场实现利用NMR方法在线计量油气水多相流体流量，本发明提出的多相流核磁共振流量计的刻度方法，可实现对油气水多相流量计在实际测量前的快速刻度和校准，防止由于测量流体性质差异性引起的流量计量偏差，为NMR流量计这种真正意义上的不需要多相分离的流体在线计量装置提供了方法支持。
如图1所示为本发明实施例一种多相流核磁共振流量计的刻度方法的流程图，图中所示方法包括：
步骤S1，对待测多相流进行采样，得到多相流样品。
其中，可以利用试剂瓶(内径与多相流核磁共振流量计流体管内径相同)现场采集待测井的多相流体样品。
步骤S2，利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数。
其中，本发明现场刻度的核心包括待测多相流的气液比及液相组分含量。具体的，待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数是利用多相流核磁共振流量计，测得的自由衰减信号的首幅值确定的。
步骤S3，利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间，并根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间及所述待测多相流的组分含量比。
其中，通过多相流核磁共振流量计向待测多相流发射脉冲序列，可以测量待测多相流的衰减曲线，通过反演得到横向弛豫时间，即T2谱。具体的，以待测多相流为原油和地层水为例，油、水两相在T2谱上呈现2个谱峰，通过室内实验结果易区分二者，对油峰和水峰曲线做积分，求得与横轴围成的面积，分别代表油含量和水含量，通过油含量和水含量的比值，可得二者在待测多相流中的组分含量比。
作为本发明的一个实施例，如图2所示，本发明的多相流核磁共振流量计的刻度方法还包括现场采样刻度过程，具体包括：
步骤S21，对所述多相流样品中的油及水进行分离，得到单相油样品及单相水样品。
其中，通过静置或离心的方式进行分离，可分离成待测多相流中的油、气及水，待测多相流中的气为天然气。
步骤S22，利用多相流核磁共振流量计对纯净水、所述单相油样品及单相水样品进行检测，得到纯净水、单相油样品及单相水样品对应的磁化矢量首幅值。
其中，利用多相流核磁共振流量计对纯净水及单相油样品、单相水样品分别进行核磁共振，并测量磁化矢量首幅值。
步骤S23，根据所述磁化矢量首幅值，确定单相油样品及单相水样品对应的含氢指数。
进一步的，单相油样品及单相水样品的磁化矢量首幅值与纯水试剂磁化矢量首幅值的比值就是油、水的含氢指数。
在本实施例中，对所述多相流样品中的油及水进行分离，得到单相油样品及单相水样品包括：利用静置方式或离心技术，对所述多相流样品进行分离，得到单相油样品及单相水样品。
在本实施例中，如图3所示，利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数包括：
步骤S31，利用多相流核磁共振流量计，测得所述多相流样品的自由衰减信号的首幅值；
步骤S32，将所述待测多相流接入多相流核磁共振流量计的流体管，以使所述待测多相流在多相流核磁共振流量计的探头下连续流动，利用多相流核磁共振流量计，测得所述待测多相流的自由衰减信号的首幅值；
步骤S33，根据所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，以及所述纯净水的磁化矢量首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数。
作为本发明的一个实施例，如图4所示，本发明现场刻度的核心还包括确定脉冲频率，具体包括：
步骤S41，根据实际环境温度，利用所述多相流核磁共振流量计的温控装置进行温度控制；
步骤S42，在当前温度达到所述多相流核磁共振流量计的预设工作温度后，所述多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发送脉冲序列，得到自由衰减信号曲线；
步骤S43，利用所述自由衰减信号曲线，以及当前温度下所述多相流核磁共振流量计的磁体频率，调整所述多相流核磁共振流量计的脉冲频率。
作为本发明的一个实施例，本发明现场刻度的核心还包括确定有效T2衰减曲线区间。具体的，利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间包括：利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列，测得衰减曲线，对所述衰减曲线进行反演，得到横向弛豫时间。
作为本发明的一个实施例，如图5所示，根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间包括：
步骤S51，根据所述横向弛豫时间，得到所述待测多相流的流体速度；
步骤S52，利用所述待测多相流的流体速度，在所述衰减曲线上确定有效衰减曲线区间。
在本发明一具体实施例中，如图6所示，本发明中的多相流核磁共振流量计刻度过程包括现场采样刻度及装置刻度过程。装置刻度过程可通过在多相流核磁共振流量计的NMR探头及管线上设置阀门进行，具体的，通过如图7所示的阀门布局，对多相流核磁共振流量计实现现场快速刻度。本发明中的阀门布局将NMR测量技术应用在具有流动流体计量需求的工业领域，形成了安装在工业应用现场的复杂流体流量计量设备，本发明中的多相流核磁共振流量计刻度方法可实现对油气水多相流量计在实际测量前的快速刻度和校准，防止由于测量流体性质差异引起的流量计量偏差；实现真正意义上的不需要多相分离的流体在线计量；在阀门开关的测量过程中，待测复杂流体的原始流动管汇可保持正常的生产活动。
具体的，现场采样刻度过程具体包括：用试剂瓶(内径与流量计流体管内径相同)现场采集待测井的多相流体样品，分离得到单相油、水样品，将试剂瓶插入探头天线处，获取单相流体(地层水、油)样品的磁化矢量首幅值Ampi。其中，磁化矢量首幅值与FID曲线的首幅值两者数值相同。同时用试剂瓶装入纯水样品，测量得到纯水的首幅值AmpW，通过计算比值Ampi/AmpW即可分别得到油、水的含氢指数HIo和HIw。液相平均含氢指数HIL：
HIL＝(VO/VL)HIO+(1-VO/VL)HIW
装置刻度过程包括：本发明现场刻度的核心是确定脉冲频率、所测流体的气液比、液相组分含量及有效T2衰减曲线区间。
1)确定脉冲频率
开启温控装置，根据实际环境温度设定温控装置的温度。如图7所示，阀门#1、#4和#5开通，#2和#3关闭，流体流过NMR探头，从FID曲线可查看此时的结果是否可用于后续的NMR测量，通过调整脉冲频率使FID曲线波动减小且信噪比提高。
2)流体的气液比测量
测量流体流过探头的FID曲线的首幅值Ampm(FID信号是一个连续衰减的信号，该信号再衰减开始时的最大幅值为首幅值)，和实验室所测的充满流体管的液体样品的首幅值AmpL可得到各相流体的含氢指数HI和仪器内混合流体的气液体积比VG/VL。其中，气液比是指天然气和液相(水+油)的体积比，HIm是混合流体(油+气+水)的平均含氢指数，HIL是液相平均含氢指数。
HIm＝Ampm/Ampw
HIL＝AmpL/Ampw
Figure BDA0002888278540000071
3)液相组分含量测量
关闭阀门#1、#3和#5，开通阀门#2和#4，使仪器内的流体静止，生产流体可以通过旁路管线继续流动，不影响正常生产。通过发射脉冲序列测量管内流体的衰减曲线，通过反演得到T2谱。以管线内液体为原油和地层水为例，油、水两相在T2谱上呈现2个谱峰，通过室内实验结果易区分二者，对油峰和水峰曲线做积分，求得与横轴围成的面积SO和SW，分别代表油含量和水含量，可得二者在所测液体中的组分含量比VO/VW。
Figure BDA0002888278540000081
Figure BDA0002888278540000082
VO/VW＝SO/SW
4)确定有效T2衰减曲线区间
打开阀门#1、#4、#5，关闭阀门#2、#3使流体流过NMR探头。NMR探头发射脉冲序列测量T2衰减曲线，由于流体在探头内的衰减与自由衰减和新流入探头内未被极化的流体速度有关，故从衰减曲线的斜率可以得出流体的流动速度，曲线在初期呈现斜率恒定的直线段，在曲线的前半段选择合适的直线段作为有效的流速计算区间。
本发明通过实现了将核磁共振流体检测技术应用于工业计量现场，进行复杂流体流量的在线、绿色、非侵入式、全量程检测，且实现了仪器使用前的现场刻度，助力于多相流体流量的准确检测。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多相流核磁共振流量计的刻度方法，其特征在于，所述方法包括：
对待测多相流进行采样，得到多相流样品；
利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数；
利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间，并根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间及所述待测多相流的组分含量比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述多相流样品中的油及水进行分离，得到单相油样品及单相水样品；
利用多相流核磁共振流量计对纯净水、所述单相油样品及单相水样品进行检测，得到纯净水、单相油样品及单相水样品对应的磁化矢量首幅值；
根据所述磁化矢量首幅值，确定单相油样品及单相水样品对应的含氢指数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述多相流样品中的油及水进行分离，得到单相油样品及单相水样品包括：利用静置方式或离心技术，对所述多相流样品进行分离，得到单相油样品及单相水样品。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用多相流核磁共振流量计测得所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，并根据所述自由衰减信号的首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数包括：
利用多相流核磁共振流量计，测得所述多相流样品的自由衰减信号的首幅值；
将所述待测多相流接入多相流核磁共振流量计的流体管，以使所述待测多相流在多相流核磁共振流量计的探头下连续流动，利用多相流核磁共振流量计，测得所述待测多相流的自由衰减信号的首幅值；
根据所述待测多相流及所述多相流样品对应的自由衰减信号的首幅值，以及所述纯净水的磁化矢量首幅值，确定所述待测多相流的气液体积比及各相流体的含氢指数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据实际环境温度，利用所述多相流核磁共振流量计的温控装置进行温度控制；
在当前温度达到所述多相流核磁共振流量计的预设工作温度后，所述多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发送脉冲序列，得到自由衰减信号曲线；
利用所述自由衰减信号曲线，以及当前温度下所述多相流核磁共振流量计的磁体频率，调整所述多相流核磁共振流量计的脉冲频率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列测得衰减曲线，根据所述衰减曲线确定横向弛豫时间包括：利用多相流核磁共振流量计向所述待测多相流发射脉冲序列，测得衰减曲线，对所述衰减曲线进行反演，得到横向弛豫时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述横向弛豫时间，确定有效衰减曲线区间包括：
根据所述横向弛豫时间，得到所述待测多相流的流体速度；
利用所述待测多相流的流体速度，在所述衰减曲线上确定有效衰减曲线区间。
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