注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測(cè)量裝置，包括位于地面上的溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀、反射率解調(diào)儀、工控機(jī)、位于井下的溫度傳感器、壓力傳感器、反射率傳感器以及井下探頭，井下探頭包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的密閉筒，外殼與密閉筒之間形成環(huán)空，外殼壁上設(shè)置有導(dǎo)流孔，環(huán)空通過(guò)導(dǎo)流孔與外部連通；外殼和密閉筒的上一端均固定在井口處；溫度傳感器和反射率傳感器均放置在密閉筒內(nèi)，壓力傳感器位于環(huán)空內(nèi)且固定在井口處。本發(fā)明解決了現(xiàn)有井下溫度、壓力及飽和蒸汽干度檢測(cè)方法不適用于井下高溫高壓環(huán)境，存在效率低的技術(shù)問題，本發(fā)明用于解決注氣式油井溫度、壓力、干度三參數(shù)在線測(cè)量問題，掌握油井蒸汽注入情況。
【專利說(shuō)明】注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是注汽式油井溫度、壓力、干度在線測(cè)試儀器，具體涉及的是一種注氣井溫度、壓力、干度在線測(cè)量專用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于稠油粘度大，溫度對(duì)稠油的影響很大，溫度升高粘度下降。稠油注蒸汽熱力開采工藝技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外主要的稠油開采手段，是用直流鍋爐向井下注入濕飽和蒸汽加熱油層降低稠油粘度達(dá)到開采目的。蒸汽干度是衡量蒸汽含熱量的指標(biāo)，蒸汽干度越高，單位蒸汽量所含熱量就越多，才能保證油層有足夠的熱能來(lái)降低原油粘度。因此稠油注蒸汽熱力開采工藝井下熱動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，它是了解熱注效果，認(rèn)識(shí)油層，掌握油層熱含的關(guān)鍵技術(shù)，蒸汽干度、井下壓力、井下溫度是降低井下原油粘度，提高稠油產(chǎn)量的重要指標(biāo)。在注氣過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下溫度、壓力、及飽和蒸汽干度的數(shù)據(jù)。
[0003]傳統(tǒng)的檢測(cè)方法很難適用于井下高溫高壓環(huán)境，而且效率低，檢測(cè)精度低，本發(fā)明提供一種可靠的基于光纖傳感的光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量系統(tǒng)。其具有精度高、效率高、操作簡(jiǎn)單、人機(jī)交互等優(yōu)點(diǎn)，為油藏開發(fā)過(guò)程中提供了一種更加優(yōu)越的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有井下溫度、壓力、及飽和蒸汽干度檢測(cè)方法不適用于井下高溫高壓環(huán)境，存在效率低、檢測(cè)精度低的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量裝置，它用于解決注氣式油井溫度、壓力、干度三參數(shù)在線測(cè)量問題，掌握油井蒸汽注入情況。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是:
[0006]光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量裝置，其特征在于:包括位于地面上的溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀、反射率解調(diào)儀、工控機(jī)、位于井下的溫度傳感器、壓力傳感器、反射率傳感器以及井下探頭，
[0007]所述井下探頭包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的密閉筒，所述外殼與密閉筒之間形成環(huán)空，所述外殼壁上設(shè)置有導(dǎo)流孔，所述環(huán)空通過(guò)導(dǎo)流孔與井下探頭外部連通；所述外殼和密閉筒的上一端均固定在井口處；
[0008]所述溫度傳感器和反射率傳感器均放置在密閉筒內(nèi)，所述壓力傳感器位于環(huán)空內(nèi)且固定在井口處；
[0009]所述溫度傳感器的通過(guò)光纖與溫度解調(diào)儀的一端連接，所述壓力傳感器通過(guò)光纖與壓力解調(diào)儀的一端連接，所述反射率傳感器通過(guò)光纖與反射率解調(diào)儀的一端連接，所述溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀以及反射率解調(diào)儀的另一端均與工控機(jī)連接。
[0010]上述溫度傳感器為耐高溫光纖傳感器。
[0011]上述壓力傳感器為光纖式FP腔傳感器。[0012]上述工控機(jī)包括信號(hào)處理器、單片機(jī)存儲(chǔ)器以及電源。
[0013]本發(fā)明所具有的有益效果:
[0014]1、本發(fā)明采用光學(xué)探頭測(cè)量氣液兩相流反射率、光纖式FP腔測(cè)量井下壓力、耐高溫光纖測(cè)量井下溫度。整個(gè)系統(tǒng)利用井下壓力來(lái)查表求出所對(duì)應(yīng)的飽和水蒸汽和飽和水的密度及折射率，然后加上光學(xué)探頭測(cè)量的氣液兩相流的反射率，計(jì)算出飽和蒸汽干度。
[0015]2、本發(fā)明采用反射率探針測(cè)量井下氣液兩相反射率、加上井下壓力及溫度來(lái)測(cè)量蒸汽干度，測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)需抽樣，對(duì)環(huán)境要有不高，操作過(guò)程簡(jiǎn)單。
[0016]3、本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)需抽氣采樣，對(duì)環(huán)境要求不高，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，精度高、在線實(shí)時(shí)測(cè)量，是一種非常值得研究的在線測(cè)量方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為溫度、壓力、干度在線測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為反射率傳感器測(cè)量原理示意圖；
[0019]圖3為壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為井下探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]其中附圖標(biāo)記為:1-外殼，2-密閉筒，3-溫度傳感器，4-反射率傳感器，5-導(dǎo)流孔，6-環(huán)空，7-壓力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0023]如圖1所示，這種注汽井溫度、壓力、干度在線測(cè)量裝置由溫度傳感器、壓力傳感器、反射率傳感器、溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀、反射率解調(diào)儀、存儲(chǔ)器、工控機(jī)以及井下探頭構(gòu)成。
[0024]工控機(jī)包括信號(hào)處理器以及安裝在電路板上的單片機(jī)存儲(chǔ)器，電路板和供電電池安裝在機(jī)箱內(nèi)。
[0025]井下探頭包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的密閉筒，外殼與密閉筒之間形成環(huán)空，夕卜殼壁上設(shè)置有有導(dǎo)流孔，環(huán)空通過(guò)導(dǎo)流孔與井下探頭外部連通；外殼和密閉筒的上一端均固定在井口處；溫度傳感器和反射率傳感器均放置在密閉筒內(nèi)，壓力傳感器位于環(huán)空內(nèi)且固定在井口處；溫度傳感器的通過(guò)光纖與溫度解調(diào)儀的一端連接，壓力傳感器通過(guò)光纖與壓力解調(diào)儀的一端連接，反射率傳感器通過(guò)光纖與反射率解調(diào)儀的一端連接，溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀以及反射率解調(diào)儀的另一端均與工控機(jī)連接。
[0026]壓力傳感器為FP腔式，壓力傳感器與壓力解調(diào)儀連接，反射率傳感器通過(guò)光纖與反射率解調(diào)儀連接，溫度傳感器為封裝在光纜中的耐高溫光纖，耐高溫光纖與地面溫度解調(diào)儀連接，溫度信號(hào)解調(diào)儀與壓力信號(hào)解調(diào)儀連接到工控機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)包括聯(lián)機(jī)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)顯示、人機(jī)交互等。
[0027]溫度傳感器采用耐高溫光纖測(cè)量井下溫度，井下環(huán)空將井下壓力導(dǎo)入到壓力傳感器，反射率測(cè)量探頭監(jiān)測(cè)井下氣液兩相反射率變化。為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、一致性以及數(shù)據(jù)分析計(jì)算的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)后采用工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理。
[0028]圖2中，上半部表示的是反射率傳感器中探頭的光學(xué)材料:其中入射光線10與法線的夾角α為11°，反射光線11與法線的夾角β為11° ;下半部表示的是流體。通過(guò)此反射率傳感器可以求得氣液兩相面的反射率R，R可以通過(guò)入射與出射方介質(zhì)的折射率表
/Jn ο
[0029]假定待測(cè)的蒸汽兩相流中，干蒸汽的體積比為xv，并認(rèn)為在測(cè)量的有限時(shí)間內(nèi)，水蒸汽的汽、液分布概率在考慮的界面上是相同的，那么蒸汽兩相流的反射率R可表示為水蒸氣反射率Rv、水的反射率Rw與干蒸汽的體積比Xv的函數(shù)。
[0030]測(cè)量折射率響應(yīng)的同時(shí)，如果能測(cè)出注蒸汽的溫度和壓力值，就可以計(jì)算出汽液的密度，進(jìn)一步可以得出干蒸汽的質(zhì)量比，即熱力學(xué)的干度值。
[0031]其中，水和蒸汽的密度，水和蒸汽的折射率，這些參數(shù)都和溫度和壓力有關(guān)。
[0032]利用光纖FP腔作為壓力傳感器，井下光纜結(jié)構(gòu)中的環(huán)空作為壓力導(dǎo)入設(shè)備，井下壓力傳給FP腔壓力傳感器后，入射光與其反射光干涉后的光波其光強(qiáng)隨波長(zhǎng)呈近似周期性變化(余弦)，通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)相鄰最大光強(qiáng)的波長(zhǎng)，便可得到FP腔的腔長(zhǎng)d，從而通過(guò)腔長(zhǎng)的變化來(lái)反映井下壓力的變化，通過(guò)壓力解調(diào)儀就可以求出井下當(dāng)前壓力。LF左熱結(jié)合鍵到左腔端面距離，LFR是右端熱結(jié)合鍵到右腔端面什么，Ig是熱結(jié)合鍵間標(biāo)距
[0033]壓力求出后，通過(guò)查IAPWS-1F97表可以得到此時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和水和飽和蒸汽的密度及折射率。進(jìn)而可以求得飽和水和飽和蒸汽的反射率Rv、Rw。
[0034]利用溫度傳感器對(duì) 井下整個(gè)鏈路實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，其中井下光纜作為溫度傳感器，可以對(duì)井下溫度進(jìn)行感知，井上的溫度解調(diào)儀對(duì)采集到的光信號(hào)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理分析實(shí)現(xiàn)井下溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0035]如圖4為井下探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；采用高溫光纖作為溫度傳感介質(zhì)，具有在350度下長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定工作能力，利用拉曼散射原理，對(duì)光纖中的背向散射光進(jìn)行分析，拉曼散射由分子熱運(yùn)動(dòng)引起，所以拉曼散射光攜帶散射點(diǎn)的溫度信息。光在行進(jìn)過(guò)程中與光纖中的粒子產(chǎn)生碰撞所激發(fā)出的后散射光，包含斯托克斯光和反斯托克斯光，其中反斯托克斯光中包含有溫度信息，斯托克斯光對(duì)溫度不敏感作為參考信號(hào)，光纖的局部溫度可由斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)度比推測(cè)出。
[0036]假設(shè)鍋爐標(biāo)定好的濕飽和蒸汽溫度為T，在正負(fù)0.5度范圍內(nèi)其鍋爐內(nèi)的物質(zhì)狀態(tài)處于汽液兩相共存，同時(shí)測(cè)量井下溫度Tl，如果T-ο.5 ^ Tl ^ T+0.5，這時(shí)才能計(jì)算其干度值，如果井下溫度不在其范圍內(nèi)，計(jì)算干度是沒有意義的。
[0037]整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下溫度、壓力、飽和蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量。
[0038]本發(fā)明同過(guò)檢測(cè)當(dāng)前井下氣液兩相面的反射率R，通過(guò)井下壓力獲得Rw、Rv，溫度進(jìn)行檢測(cè)并判斷井下溫度是否滿足干度計(jì)算要求。反射率測(cè)量采用光學(xué)探頭法、精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、溫度檢測(cè)采用耐高溫光纖進(jìn)行檢測(cè)、響應(yīng)快、測(cè)量范圍廣、精度高，壓力傳感器采用光纖式FP腔傳感器，檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)后，在地面進(jìn)行工控機(jī)數(shù)據(jù)反演得到干度數(shù)值。
【權(quán)利要求】
1.光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量裝置，其特征在于:包括位于地面上的溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀、反射率解調(diào)儀、工控機(jī)、位于井下的溫度傳感器、壓力傳感器、反射率傳感器以及井下探頭， 所述井下探頭包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的密閉筒，所述外殼與密閉筒之間形成環(huán)空，所述外殼壁上設(shè)置有導(dǎo)流孔，所述環(huán)空通過(guò)導(dǎo)流孔與井下探頭外部連通；所述外殼和密閉筒的上一端均固定在井口處； 所述溫度傳感器和反射率傳感器均放置在密閉筒內(nèi)，所述壓力傳感器位于環(huán)空內(nèi)且固定在井口處； 所述溫度傳感器的通過(guò)光纖與溫度解調(diào)儀的一端連接，所述壓力傳感器通過(guò)光纖與壓力解調(diào)儀的一端連接，所述反射率傳感器通過(guò)光纖與反射率解調(diào)儀的一端連接，所述溫度解調(diào)儀、壓力解調(diào)儀以及反射率解調(diào)儀的另一端均與工控機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量裝置，其特征在于:所述溫度傳感器為耐高溫光纖傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量裝置，其特征在于:所述壓力傳感器為光纖式FP腔傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖溫度、壓力、蒸汽干度三參數(shù)同步在線測(cè)量裝置，其特征在于:所述工控機(jī)包括信號(hào)處理器、單片機(jī)存儲(chǔ)器以及電源。
【文檔編號(hào)】E21B47/07GK103615231SQ201310585065
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】趙衛(wèi), 張文松, 朱香平, 尋鵬飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所