CN115060626A - 一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法及装置，所述方法包括以下步骤：S1：通过采集组件获取天然气水合物的随钻测量数据，并储存至储存器；S2：通过随钻测量数据建立滑速比模型；S3：通过随钻测量数据和滑速比模型计算截面含气率。在本发明中，基于滑速比模型构建截面含气率的测量算法，提高数据获取的时效性和准确性，对天然气水合物资源量精确预测及开采方案确定具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程，尤其涉及一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法及装置。
背景技术
天然气水合物作为一种亚稳态物藏，以固态形式赋存于海洋沉积层中，存在于特定的温度与压力条件下，天然气水合物资源开采过程是一个水合物相稳定条件变化、原位分解的过程。天然气水合物在我国主要赋存于300米深的海底，具备埋藏浅、胶结性差、泥质低渗等特征，在钻井过程中储层温度压力稍有变化，就会导致天然气水合物的分解，其分解直接决定了水合物资源开采的高效性，其受到了储层类型、分解气水两相运移等因素的协同影响。其中截面含气率又称空泡份额，是气水两相流动研究及资源评价的重要部分，因此随钻过程对截面含气率的测量研究对预测天然气水合物资源量、制定开采方案等具有重要意义。
目前天然气水合物随钻测量获取的自然伽马、电阻率、声波、井温等基础地层参数，后期还需结合截面含气率等参数进行室内资源量预测计算。单独的气液两相含气率测量设备又无法兼顾测量储层地质参数，且计算方法大多从经验公式推导出来，导致天然气水合物资源量计算精度不够、效率不高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其能解决现有技术中对于天然气水合物资源量计算精度不够、效率不高的问题。
本发明的目的之二在于提供一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置，其能解决现有技术中对于天然气水合物资源量计算精度不够、效率不高的问题。
为了达到上述目的之一，本发明所采用的技术方案如下：
一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，包括以下步骤：
S1：通过采集组件获取天然气水合物的随钻测量数据，并储存至储存器；
S2：通过随钻测量数据建立滑速比模型；
S3：通过随钻测量数据和滑速比模型计算截面含气率。
优选的，所述采集组件包括流量测量模块和密度测量模块。
优选的，所述S1具体由以下步骤实现：
S11：通过流量测量模块获取相体测定流速，并通过公式：V实＝V测-V钻，获得相体流速，并储存至储存器，其中V实为相体流速，所述V测为相体测定流速，所述V钻为随钻设备给进速度；
S12：通过公式
对相体流速进行降噪平滑处理，获得相体流速时间序列，其中，V′t为相体流速时间序列，Vt-1为时间点t-i对应的相体流速，Vt+1为时间点t+i对应的相体流速，Vt为时间点t对应的相体流速，n为滑动窗口半径，且为自然数；
S13：通过密度测量模块获取相体密度，并获取干度。
优选的，所述相体包括液相和气相。
优选的，所述S2具体由以下步骤实现：
S21：通过公式
获取体积含气率，其中Vg为气相流速时间序列，Vl为液相流速时间序列，β为体积含气率；
S22：通过公式
建立滑速比模型，获得滑速比，其中S为滑速比；β为体积含气率；u0为两相流体全部是液体时的流速，m/s；P为泵工作压力，MPa。
优选的，所述S3具体由以下步骤实现：
通过公式：
来获取截面含气率，其中ρg为气相密度，kg/mg3；ρl为液相密度，kg/mg3；x为干度，S为滑速比，β为体积含气率，α为截面含气率。
为了达到上述目的之二，本发明所采用的技术方案如下：
一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置，包括与相邻钻杆级联的杆体，所述杆体内设置有用于数据交互的设备总线、用于获取天然气水合物的随钻测量数据的采集组件和用于执行如上述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法的控制模块，所述采集组件包括流量测量模块和密度测量模块，所述设备总线、流量测量模块和密度测量模块均与控制模块连接。
优选的，还包括第一单向阀和第一电磁阀，所述第一单向阀通过第一电磁阀与流量测量模块连接。
优选的，还包括第二单向阀和第二电磁阀，所述第二单向阀通过第二电磁阀与流量测量模块连接
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.基于滑速比模型构建截面含气率的测量算法，提高数据获取的时效性和准确性，对天然气水合物资源量精确预测及开采方案确定具有重要意义；
2.采用设备总线进行连接，实现多个随钻设备配合使用，有效增加设备总线上连接的随钻设备的数量，减少不必要的线路布局，解决了该装置单独供电与数据遥传问题。
附图说明
图1为本发明中所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法的流程图。
图2为本发明中所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测装置的实际应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
在本发明中，天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置的杆体与相邻的钻杆、钻头或其他随钻设备级联，使得天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置可以随钻进入沉积层中进行实时测量。所示设备总线包括控制总线和数据总线，天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置通过控制总线和数据总线与相邻的钻杆、钻头或其他随钻设备手拉手连接在一起，实现多个随钻设备配合使用，有效增加设备总线上连接的随钻设备的数量，减少不必要的线路布局，解决了该装置单独供电与数据遥传问题。
实施例一：
如图1-2所示，一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，包括以下步骤：
S1：通过采集组件获取天然气水合物的随钻测量数据，并储存至储存器；
具体的，所述采集组件包括流量测量模块和密度测量模块，通过流量测量模块和密度测量模块对沉积层中气体和液体的流速和密度进行测量，在本实施例中，所述S1具体由以下步骤实现：
S11：通过流量测量模块获取相体测定流速，并通过公式：V实＝V测-V钻，获得相体流速，并储存至储存器，其中V实为相体流速，所述V测为相体测定流速，所述V钻为随钻设备给进速度；
具体的，通过流量测量模块获取相体测定流速，其中测量的相体包括液相和气相，即通过流量测量模块获取液相测定流速和气相测定流速，当随钻设备的钻进速度低于预设值时(例如随钻设备停止时)，则将流量测量模块直接测定的液相测定流速和气相测定流速，作为实际的相体流速，若随钻设备的钻进速度达到或者超过预设值时，则通过公式：V实＝V测-V钻来消除钻进速度对测量带来的影响，当流体运行方向与随钻钻进方向相同时，则V实＝V测-V钻，从而获取实际的相体流速，即实际的液相流速和气相流速；当流体运行方向与随钻钻进方向相对时，即此时V测与V钻方向相反，所以V实＝V测-(-V钻)＝V测+V钻，从而获取实际的相体流速，即实际的液相流速和气相流速。
优选的，还可在流量测量模块上设置单向阀及电磁阀以此判断流体运行方向与随钻钻进方向相对情况，单向阀限制流体只能沿单一方向通过。在本实施例中，在流量测量模块上两个流向相反的第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀与流量测量模块之间连接有第一电磁阀，所述第二单向阀与流量测量模块之间连接有第二电磁阀，当流体运行方向与随钻钻进方向相反，则流体只能通过第一单向阀，进入通过第一电磁阀，使得系统接收第一电磁阀的信号，获取的流体速度测量值，并进行V实＝V测-(-V钻)＝V测+V钻处理，若流体运行方向与随钻钻进方向同向，则流体只能通过第二单向阀，进入第二电磁阀，使得系统接收第二电磁阀的信号，获取的流体速度测量值，并进行V实＝V测-V钻处理。
S12：通过公式
对相体流速进行降噪平滑处理，获得相体流速时间序列，其中，V′t为相体流速时间序列，Vt-1为时间点t-i对应的相体流速，Vt+1为时间点t+i对应的相体流速，Vt为时间点t对应的相体流速，n为滑动窗口半径，且为自然数；；
具体的，通过公式
对流量测量模块测量到的相体实际速度进行滑动平均处理，从而得到相体流速时间序列，即将流量测量模块测量到的液相流速和气相流速分别进行降噪平滑处理，以获得液相流速时间序列和气相流速时间序列。
S13：通过密度测量模块获取相体密度，并获取干度。
具体的，同时通过密度测量模块获取相应的液相密度和气相密度，并且通过密度测量模块和流量测量模块测量到数据来获得干度，其中干度为汽液共存物中，汽相的质量分数或摩尔分数，可使用V型流量计获得。
S2：通过随钻测量数据建立滑速比模型；
具体的，通过各相体的流速时间序列、密度以及干度来建立滑速比模型，在本实施例中，所述S2具体由以下步骤实现：
S21：通过公式
获取体积含气率，其中Vg为气相流速时间序列，Vl为液相流速时间序列，β为体积含气率；
具体的，将经过降噪平滑处理的气相流速时间序列和液相流速时间序列通过公式
来获取单位时间内通过管道横截面的体积含气率(即流过管道横截面的气相体积流量与气液混合物总体积之比)。
S22：通过公式
建立滑速比模型，获得滑速比，其中S为滑速比；β为体积含气率；u0为两相流体全部是液体时的流速，m/s；P为泵工作压力，MPa。
具体的，通过体积含气率、泵工作压力和两相流体全部是液体时的流速来构建滑速比模型：
以获得滑速比，其中，泵工作压力和两相流体全部是液体时的流速由海面平台或船只上的随钻总控系统获取泵工况压力数据和流速(即液态流速)来提供。
S3：通过随钻测量数据和滑速比模型计算截面含气率。
具体的，通过随钻测量的干度、体积含气率、相体密度等和滑速比模型共同计算截面含气率，在本实施例中，所述S3具体由以下步骤实现：
通过公式：
来获取截面含气率，其中ρg为气相密度，kg/mg3；ρl为液相密度，kg/mg3；x为干度，S为滑速比，β为体积含气率，α为截面含气率，从而提高数据获取的时效性和准确性，对天然气水合物资源量精确预测及开采方案确定具有重要意义。
实施例二：
在本实施例中，一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置，包括与相邻钻杆级联的杆体，所述杆体内设置有用于数据交互的设备总线、用于获取天然气水合物的随钻测量数据的采集组件和用于执行如实施例一所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法的控制模块，所述采集组件包括流量测量模块和密度测量模块，所述设备总线、流量测量模块和密度测量模块均与控制模块连接。优选的，还包括第一单向阀和第一电磁阀，所述第一单向阀通过第一电磁阀与流量测量模块连接。还包括第二单向阀和第二电磁阀，所述第二单向阀通过第二电磁阀与流量测量模块连接。
具体的，流量测量模块上设置单向阀及电磁阀以此判断流体运行方向与随钻钻进方向相对情况，单向阀限制流体只能沿单一方向通过。在本实施例中，在流量测量模块上两个流向相反的第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀与流量测量模块之间连接有第一电磁阀，所述第二单向阀与流量测量模块之间连接有第二电磁阀，当流体运行方向与随钻钻进方向相反，则流体只能通过第一单向阀，相应的第一电磁阀闭合，系统接收信号对获取的流体速度测量值进行V实＝V测-(-V钻)＝V测+V钻处理，若流体运行方向与随钻钻进方向同向，则流体只能通过第二单向阀，相应的第二电磁阀闭合，系统接收信号对获取的流体速度测量值进行V实＝V测-V钻处理。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过采集组件获取天然气水合物的随钻测量数据，并储存至储存器；
S2：通过随钻测量数据建立滑速比模型；
S3：通过随钻测量数据和滑速比模型计算截面含气率。
2.如权利要求1所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其特征在于，所述采集组件包括流量测量模块和密度测量模块。
3.如权利要求2所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其特征在于，所述S1具体由以下步骤实现：
S11：通过流量测量模块获取相体测定流速，并通过公式：V实＝V测-V钻，获得相体流速，并储存至储存器，其中V实为相体流速，所述V测为相体测定流速，所述V钻为随钻设备给进速度；
S12：通过公式
对相体流速进行降噪平滑处理，获得相体流速时间序列，其中，V′t为相体流速时间序列，Vt-1为时间点t-i对应的相体流速，Vt+1为时间点t+i对应的相体流速，Vt为时间点t对应的相体流速，n为滑动窗口半径，且为自然数；
S13：通过密度测量模块获取相体密度，并获取干度。
4.如权利要求3所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其特征在于，所述相体包括液相和气相。
5.如权利要求4所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其特征在于，所述S2具体由以下步骤实现：
S21：通过公式
获取体积含气率，其中Vg为气相流速时间序列，Vl为液相流速时间序列，β为体积含气率；
S22：通过公式
建立滑速比模型，获得滑速比，其中S为滑速比；β为体积含气率；u0为两相流体全部是液体时的流速，m/s；P为泵工作压力，MPa。
6.如权利要求5所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法，其特征在于，
所述S3具体由以下步骤实现：
通过公式：
来获取截面含气率，其中ρg为气相密度，kg/mg3；ρl为液相密度，kg/mg3；x为干度，S为滑速比，β为体积含气率，α为截面含气率。
7.一种天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置，其特征在于：包括与相邻钻杆级联的杆体，所述杆体内设置有用于数据交互的设备总线、用于获取天然气水合物的随钻测量数据的采集组件和用于执行如权利要求1-6任意一项所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量方法的控制模块，所述采集组件包括流量测量模块和密度测量模块，所述设备总线、流量测量模块和密度测量模块均与控制模块连接。
8.如权利要求7所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置，其特征在于：还包括第一单向阀和第一电磁阀，所述第一单向阀通过第一电磁阀与流量测量模块连接。
9.如权利要求7所述的天然气水合物随钻两相流中含气率测量装置，其特征在于：还包括第二单向阀和第二电磁阀，所述第二单向阀通过第二电磁阀与流量测量模块连接。
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| 倪丽萍: "《基于分形技术的金融数据分析方法研究》", 31 December 2015, 合肥工业大学出版社 * |
| 孙宏军 等: ""基于滑速比模型的气液两相流截面 含气率计算方法评价"" * |
| 孙宏军 等: ""基于滑速比模型的气液两相流截面含气率计算方法评价"", 《电子测量与仪器学报》 * |
| 栾锋等: "摇摆对垂直上升管内气液两相流截面含气率影响的研究", 《核科学与工程》 * |
| 河北大学现代检测技术与质量工程实验中心: "《热工检测技术实验指导》", 30 September 2009 * |
| 牛成林: ""基于图像检测技术的气液两相流截面含气率测 量实验研究"" * |
| 牛成林: "基于图像检测技术的气液两相流截面含气率测量实验研究", 《新型工业化》 * |
| 贾志海等: "基于滑速比的气水两相流气相流量计算方法研究", 《工程热物理学报》 * |
| 贾志海等: "高含气率油气水多相流流量计算模型研究", 《工程热物理学报》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024098673A1 (zh) * | 2022-12-21 | 2024-05-16 | 海默新宸水下技术(上海)有限公司 | 一种基于折算滑速比拟合的湿天然气计量方法 |
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