專利名稱：水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其主要功能為同時(shí)實(shí)現(xiàn)持率和流速測(cè)量。
背景技術(shù)：
隨著石油工業(yè)的日益發(fā)展以及石油技術(shù)的不斷創(chuàng)新，各種新技術(shù)、新工藝在應(yīng)用需要的推動(dòng)下不斷涌現(xiàn)，其中，水平井技術(shù)作為諸多新技術(shù)中的典型代表獲得了很大成功，逐漸成為復(fù)雜油氣藏、高成本油氣藏開發(fā)中的首選。水平井的出現(xiàn)，給井下流體流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量帶來(lái)了新的任務(wù)，同時(shí)由于水平井測(cè)量環(huán)境的改變，也增加了流動(dòng)參數(shù)測(cè)量的難度。與此同時(shí)，水平井技術(shù)本身的逐漸提高，使得水平井水平段長(zhǎng)度的記錄不斷被打破，也使水平層各段的產(chǎn)液能力的監(jiān)測(cè)變得十分必要，也更重要。水平井產(chǎn)出剖而的諸多測(cè)量參數(shù)的測(cè)量中，持率和流速的測(cè)量顯得尤為重要，因?yàn)槎叩臏y(cè)量結(jié)果可用來(lái)精確計(jì)算油氣井的油氣產(chǎn)量。但是，目前難以實(shí)現(xiàn)水平井持率和流速的同時(shí)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平井持率和流速測(cè)量的問(wèn)題。為此，本發(fā)明提出一種水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，所述水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置包括:水平井或準(zhǔn)水平井內(nèi)的油管和油管之外的套管，油管和套管之間具有環(huán)形空間；太赫茲波產(chǎn)生器，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)；用來(lái)分配太赫茲波的半反半透鏡，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，并位于所述太赫茲波產(chǎn)生器的下游；用來(lái)控制太赫茲波傳播方向的第一反射鏡，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，并位于所述半反半透鏡的下游；設(shè)置在所述油管的管壁上的第一透明窗口和第二透明窗口 ；第一太赫茲探測(cè)器，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，接受從所述第一透明窗口透射出的太赫茲波； 第二太赫茲探測(cè)器，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，接受從所述第二透明窗口透射出的太赫茲波；所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波經(jīng)過(guò)所述半反半透鏡的反射，并經(jīng)過(guò)所述第一透明窗口的透射，被所述第一太赫茲探測(cè)器接受；所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波經(jīng)過(guò)所述半反半透鏡的透射，并經(jīng)過(guò)所述第一反射鏡的反射，以及所述第二透明窗口的透射，被所述第二太赫茲探測(cè)器接受；太赫茲分析裝置，采集、處理和顯示所述第一太赫茲探測(cè)器和第二太赫茲探測(cè)器接受的太赫茲波信號(hào)。
進(jìn)一步地，所述半反半透鏡將所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波分為完全相同的兩束太赫茲波。進(jìn)一步地，所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波頻率范圍為0.1-1OTHz0進(jìn)一步地，通過(guò)飛秒激光器或自由電子激光器或量子級(jí)聯(lián)激光器激發(fā)太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出太赫茲波。進(jìn)一步地，所述第一透明窗口和第二透明窗口由高強(qiáng)度塑料或陶瓷材料制成。進(jìn)一步地，所述水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置還包括:設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)的第二反射鏡和第三反射鏡、以及第三太赫茲波探測(cè)器和第四太赫茲波探測(cè)器，所述第二反射鏡將第一透明窗口反射的太赫茲波反射給所述第三太赫茲波探測(cè)器，所述第三反射鏡將第二透明窗口反射的太赫茲波反射給所述第四太赫茲波探測(cè)器。進(jìn)一步地，從所述半反半透鏡反射的太赫茲波以第一角度入射在第一透明窗口上，所述第一角度保證所述第一太赫茲波探測(cè)器和所述第三太赫茲波探測(cè)器都能接受到攜帶著流體信息的太赫茲信號(hào)。進(jìn)一步地，從所述第一反射鏡反射的太赫茲波以第二角度入射在第二透明窗口上，所述第二角度保證所述第二太赫茲波探測(cè)器和所述第四太赫茲波探測(cè)器都能接受到攜帶著流體信息的太赫茲信號(hào)。進(jìn)一步地，所述油管中的流體是油或氣或水中的某一單相，或是油或氣或水中任意兩種流體組成的兩相流，或是油和氣和水組成的多相流。進(jìn)一步地，當(dāng)所述油管中的流體是油或氣或水中任意兩種流體組成的兩相流，或是油和氣和水組成的多相流時(shí)，所述油管中的流體的類型為水平或波狀層狀流，或是泡狀、沫狀或乳狀流。本發(fā)明用第一太赫茲探測(cè)器接受從所述第一透明窗口透射出的太赫茲波；用第二太赫茲探測(cè)器接受從所述第二透明窗口透射出的太赫茲波；然后處理分析第一太赫茲探測(cè)器和第二太赫茲探測(cè)器接受的太赫茲波，根據(jù)水平井流體對(duì)太赫茲波的吸收差異導(dǎo)致透射信號(hào)的強(qiáng)弱的不同，進(jìn)行持率的計(jì)算，具體來(lái)說(shuō)，以第一太赫茲探測(cè)器為例，當(dāng)井下流體為油水兩相流時(shí)，探測(cè)器接收到的太赫茲波可表示為:Esamp = Erefe 八(-[a watOT 小 + a Qil (1-小)]d)，其中，八代表指數(shù)關(guān)系，即(-[a water ^+ a Oii(1-^)Id)位于e的指數(shù)項(xiàng)上，Eref為油管中為空氣或真空時(shí),從第一透明窗口的上窗口入射的太赫茲波的光譜曲線(或函數(shù))，Esamp為油管中為流體時(shí)，從第一透明窗口的上窗口入射的的太赫茲波的光譜曲線(或函數(shù))，awatOT為水的太赫茲吸收系數(shù)，a &為油的太赫茲吸收系數(shù)，(J)為油水兩相流的持水率，d為油管的直徑(內(nèi)徑)，由于awatOT，aoil, d均為已知值，Eref也為已知，因此，根據(jù)上述公式，由探測(cè)器接收到的太赫茲波便可計(jì)算得到各相持率或持率0。油氣兩相流或氣水兩相流以及油氣水三相流流體的持率和油水兩相流持率的計(jì)算類似。此外，第二太赫茲探測(cè)器也可獨(dú)立用來(lái)進(jìn)行持率的測(cè)量，道理類似。對(duì)于流速的測(cè)量，設(shè)第一太赫茲探測(cè)器接收到的流體光譜幅值隨時(shí)間的變化函數(shù)為S1 (t)，第二太赫茲探測(cè)器接收到的流體光譜幅值隨時(shí)間的變化函數(shù)為S2 (t)，當(dāng)水平井中的流體存在渦流或氣泡時(shí)，會(huì)先后對(duì)第一 和第二太赫茲探測(cè)器接收到的太赫茲光譜產(chǎn)生擾動(dòng)，通過(guò)對(duì)隨時(shí)間變化的光譜信號(hào)做互相關(guān)運(yùn)算，互相關(guān)函數(shù)為:
權(quán)利要求
1.一種水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，所述水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置包括: 水平井或準(zhǔn)水平井內(nèi)的油管和油管之外的套管，油管和套管之間具有環(huán)形空間； 太赫茲波產(chǎn)生器，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)； 用來(lái)分配太赫茲波的半反半透鏡，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，并位于所述太赫茲波產(chǎn)生器的下游； 用來(lái)控制太赫茲波傳播方向的第一反射鏡，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，并位于所述半反半透鏡的下游； 設(shè)置在所述油管的管壁上的第一透明窗口和第二透明窗口； 第一太赫茲探測(cè)器，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，接受從所述第一透明窗口透射出的太赫茲波； 第二太赫茲探測(cè)器，設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)，接受從所述第二透明窗口透射出的太赫茲波； 所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波經(jīng)過(guò)所述半反半透鏡的反射，并經(jīng)過(guò)所述第一透明窗口的透射，被所述第一太赫茲探測(cè)器接受； 所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波經(jīng)過(guò)所述半反半透鏡的透射，并經(jīng)過(guò)所述第一反射鏡的反射，以及所述第二透明窗口的透射，被所述第二太赫茲探測(cè)器接受； 太赫茲分析裝 置，采集、處理和顯示所述第一太赫茲探測(cè)器和第二太赫茲探測(cè)器接受的太赫茲波信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，所述半反半透鏡將所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波分為完全相同的兩束太赫茲波。
3.如權(quán)利要求1所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，所述太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出的太赫茲波頻率范圍為0.1-1OTHz0
4.如權(quán)利要求1所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，通過(guò)飛秒激光器或自由電子激光器或量子級(jí)聯(lián)激光器激發(fā)太赫茲波產(chǎn)生器發(fā)出太赫茲波。
5.如權(quán)利要求1所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一透明窗口和第二透明窗口由塑料或陶瓷材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，所述水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置還包括:設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)的第二反射鏡和第三反射鏡、以及第三太赫茲波探測(cè)器和第四太赫茲波探測(cè)器，所述第二反射鏡將第一透明窗口反射的太赫茲波反射給所述第三太赫茲波探測(cè)器，所述第三反射鏡將第二透明窗口反射的太赫茲波反射給所述第四太赫茲波探測(cè)器。
7.如權(quán)利要求6所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，從所述半反半透鏡反射的太赫茲波以第一角度入射在第一透明窗口上，所述第一角度保證所述第一太赫茲波探測(cè)器和所述第三太赫茲波探測(cè)器都能接受到攜帶著流體信息的太赫茲信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，從所述第一反射鏡反射的太赫茲波以第二角度入射在第二透明窗口上，所述第二角度保證所述第二太赫茲波探測(cè)器和所述第四太赫茲波探測(cè)器都能接受到攜帶著流體信息的太赫茲信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，所述油管中的流體是油或氣或水中的某一單相，或是油或氣或水中任意兩種流體組成的兩相流，或是油和氣和水組成的多相流。
10.如權(quán)利要求9所述的水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，其特征在于，當(dāng)所述油管中的流體是油或氣或水中任意兩種流體組成的兩相流，或是油和氣和水組成的多相流時(shí)，所述油 管中的流體的類型為水平或波狀層狀流，或是泡狀、沫狀或乳狀流。
全文摘要
本發(fā)明提出一種水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置，該水平井流體流動(dòng)參數(shù)的光譜測(cè)量裝置包括設(shè)置在所述油管的管壁上的第一透明窗口和第二透明窗口、太赫茲波產(chǎn)生器、半反半透鏡、第一反射鏡、第一太赫茲探測(cè)器和第二太赫茲探測(cè)器、以及太赫茲分析裝置。本發(fā)明可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平井持率和流速測(cè)量，從而對(duì)水平井各層段的產(chǎn)液剖面實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，具有測(cè)量速度快，結(jié)果精確可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B49/08GK103147744SQ201310068209
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者趙昆, 金武軍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)