一種非植入式稠油油井出砂量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣井開(kāi)發(fā)工程領(lǐng)域領(lǐng)域，尤其涉及一種非植入式稠油油井出砂量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]稠油開(kāi)采已成為石油生產(chǎn)中的重要部分。在稠油開(kāi)采過(guò)程中一般采取出砂冷采技術(shù)，該方法可以大幅提高油井產(chǎn)量，同時(shí)也伴隨產(chǎn)生一些問(wèn)題。過(guò)度出砂會(huì)造成油井生產(chǎn)設(shè)備的損壞，同時(shí)增加地面維修困難，過(guò)度防砂則會(huì)嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量。為了解決該問(wèn)題，油井生產(chǎn)采用適度出砂的生產(chǎn)方式，該方式將出砂量限定在可控范圍內(nèi)，以達(dá)到降低原油開(kāi)采成本提高油井產(chǎn)能的目的。為實(shí)現(xiàn)適度出砂的生產(chǎn)方式，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油井的出砂狀況，即需要一種稠油油井出砂量監(jiān)測(cè)方法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的出砂狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)的指導(dǎo)油井生產(chǎn)，協(xié)助調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，提高油井產(chǎn)能。
[0003]根據(jù)出砂監(jiān)測(cè)方式可以分為植入式出砂監(jiān)測(cè)方法和非植入式出砂監(jiān)測(cè)方法。植入式方法將出砂監(jiān)測(cè)探頭植入管道內(nèi)，原油攜帶的砂礫會(huì)不斷沖擊探頭，通過(guò)獲取并處理探頭感受的信號(hào)即可得到出砂信息。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮榈膶?zhuān)利“一種油氣井出砂量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法”公開(kāi)了一種植入式的出砂監(jiān)測(cè)方法，植入式監(jiān)測(cè)方法需要改變生產(chǎn)管路原油流向，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)困難。為便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和維修往往采用非植入式監(jiān)測(cè)方法，即將出砂監(jiān)測(cè)探頭安裝在輸油管路的外管壁上，原油攜帶的砂礫會(huì)沖擊內(nèi)管壁，通過(guò)獲取并處理探頭感受的信號(hào)即可得到出砂量信息。該方法特別適用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜的油田。但是非植入式出砂探頭接收到的一次出砂信號(hào)較弱，特別是針對(duì)粘度相對(duì)較高的稠油，這些信號(hào)容易淹沒(méi)在較強(qiáng)的油流沖擊管壁產(chǎn)生的信號(hào)中，因此一種適用于稠油油井出砂量的監(jiān)測(cè)方法顯得尤為重要。
[0004]本發(fā)明采用非植入式的稠油油井出砂量監(jiān)測(cè)方法對(duì)原油生產(chǎn)過(guò)程中伴隨產(chǎn)生的砂量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該方法是采用非植入式監(jiān)測(cè)方式對(duì)稠油油井出砂量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一次儀表、信號(hào)采集放大裝置、超聲流速測(cè)量裝置、基于PC端的信號(hào)處理單元。監(jiān)測(cè)方法采用沖擊信號(hào)提取、特征砂頻段濾波、互相關(guān)流速計(jì)算與超聲流速測(cè)量對(duì)比等方法對(duì)含砂原油信號(hào)中的油流信號(hào)降噪、出砂信號(hào)提取。這種針對(duì)非植入式的海上稠油油井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法目前尚未見(jiàn)報(bào)道。
[0005]綜上所述，在油氣井開(kāi)發(fā)工程領(lǐng)域亟需提供一種施工簡(jiǎn)單、便于安裝和維修、成本低、效率高、可以針對(duì)稠油油井出砂量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的一種非植入式稠油油井出砂量檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種施工簡(jiǎn)單、便于安裝和維修、成本低、效率高、可以針對(duì)稠油油井出砂量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的一種非植入式稠油油井出砂量檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是:一種非植入式稠油油井出砂量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括:
[0008]出砂信號(hào)感受裝置，包括非植入式安裝的信號(hào)感受一次儀表及基于多普勒原理的超聲測(cè)速裝置；
[0009]出砂信號(hào)采集裝置，包括出砂信號(hào)采集和放大轉(zhuǎn)換裝置；
[0010]出砂信號(hào)處理校準(zhǔn)裝置，包括基于PC端的信號(hào)處理模塊。
[0011]進(jìn)一步地，所述信號(hào)感受一次儀表采用振動(dòng)傳感器;其安裝位置為距彎頭出口1-2倍管徑處。
[0012]進(jìn)一步地，所述信號(hào)感受一次儀表的安裝方式為非植入式安裝，即將兩只振動(dòng)傳感器分別安裝在兩個(gè)相鄰下彎管處的外壁上。
[0013]進(jìn)一步地，所述振動(dòng)傳感器將采集到的含砂原油振動(dòng)信號(hào)傳輸至電荷放大器，經(jīng)過(guò)放大轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)，傳輸至出砂信號(hào)采集裝置。
[0014]進(jìn)一步地，所述基于多普勒原理的超聲測(cè)速裝置可實(shí)時(shí)測(cè)量管路內(nèi)的油流混合流速并存儲(chǔ)所測(cè)得的數(shù)據(jù)。
[0015]進(jìn)一步地，所述出砂信號(hào)處理校準(zhǔn)裝置包括初始化模塊、自檢模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、流速測(cè)量模塊、濾波分析模塊、沖擊信號(hào)識(shí)別模塊、能量識(shí)別模塊、校準(zhǔn)存儲(chǔ)模塊、油流信號(hào)降噪模塊、出砂信號(hào)提取模塊、出砂量信號(hào)耦合模塊、出砂量輸出報(bào)警模塊。
[0016]進(jìn)一步地，所述初始化模塊完成系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后的參數(shù)初始化，為建立新的監(jiān)測(cè)任務(wù)做準(zhǔn)備；
[0017]所述自檢模塊完成系統(tǒng)自檢功能，以確定系統(tǒng)的可靠性；
[0018]所述參數(shù)設(shè)定模塊，設(shè)置監(jiān)測(cè)出砂量的報(bào)警值和所需油井參數(shù)；
[0019]所述數(shù)據(jù)采集模塊，完成出砂信號(hào)的采集；
[0020]所述信號(hào)檢測(cè)模塊，提供基本檢測(cè)功能，為后續(xù)出砂信號(hào)分析模塊提供入口；
[0021 ]所述流速測(cè)量模塊，完成超聲流速測(cè)量值接收和互相關(guān)流速法測(cè)量；
[0022]所述濾波分析模塊，提供特征砂頻段提供功能；
[0023]所述沖擊信號(hào)識(shí)別模塊，提供識(shí)別沖擊信號(hào)功能；
[0024]所述能量分析模塊，該模塊提供砂信號(hào)能量分析；
[0025]所述校準(zhǔn)存儲(chǔ)模塊，提供兩種流速測(cè)量的校準(zhǔn)、特征砂頻段濾波存儲(chǔ)、沖擊信號(hào)存儲(chǔ)、能量存儲(chǔ)功能；
[0026]所述油流信號(hào)降噪模塊，提供對(duì)沖擊信號(hào)中的油流信號(hào)降噪功能；
[0027]所述出砂信號(hào)提取模塊，提供對(duì)沖擊信號(hào)中的砂信號(hào)提取功能；
[0028]所述出砂量信號(hào)耦合模塊，實(shí)現(xiàn)油流信號(hào)降噪與出砂信號(hào)提取耦合功能；
[0029]所述出砂量輸出報(bào)警模塊，實(shí)現(xiàn)出砂量監(jiān)測(cè)報(bào)警功能。
[0030]如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述系統(tǒng)的一種稠油油井出砂量檢測(cè)方法，其包括以下步驟:
[0031]I)出砂沖擊信號(hào)提??；
[0032]2)出砂信號(hào)驗(yàn)證；
[0033]3)出砂油流信號(hào)降噪；
[0034]4)出砂信號(hào)提取；
[0035]5)出砂量判別。
[0036]進(jìn)一步地，在進(jìn)行所述步驟I)前需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，所述參數(shù)為需要監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)量選擇、出砂信號(hào)采集的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和采樣率設(shè)置、油井基本參數(shù)輸入、出砂量報(bào)警值設(shè)置。
[0037]進(jìn)一步地，所述步驟具體為:
[0038]I)出砂沖擊信號(hào)提取:完成信號(hào)采集設(shè)置后，系統(tǒng)開(kāi)始同步處理工作，砂礫沖擊到管壁上產(chǎn)生沖擊信號(hào)，先將時(shí)域信號(hào)中的沖擊信號(hào)提取出來(lái)，可實(shí)現(xiàn)濾除部分本底噪聲功能;選擇合適的窗函數(shù)，進(jìn)行快速傅里葉變換分析，選擇高頻段進(jìn)行特征砂礫沖擊管壁頻段濾波處理，選取的濾波方式為I OkHz的高通濾波；
[0039]2)出砂信號(hào)驗(yàn)證:將計(jì)算得到的油流混合流速與流量計(jì)測(cè)得的實(shí)時(shí)流速進(jìn)行對(duì)比，若誤差在10%以?xún)?nèi)則認(rèn)為兩者流速一致，若一致，則認(rèn)為沖擊信號(hào)主要由含砂流體產(chǎn)生;若不一致，則沖擊信號(hào)主要由油流沖擊管壁造成，重復(fù)步驟2)的特征砂礫沖擊管壁頻段濾波，直至互相關(guān)計(jì)算與超聲測(cè)量流速一致時(shí)再進(jìn)行后續(xù)出砂監(jiān)測(cè)處理；
[0040]3)出砂油流信號(hào)降噪:濾除出砂油流信號(hào)噪聲；
[0041 ] 4)出砂信號(hào)提取:當(dāng)基于互相關(guān)方法的計(jì)算流速與超聲測(cè)量流速符合一致性時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行出砂量分析計(jì)算，具體采用時(shí)域分析、頻域分析、功率譜分析、RMS譜分析的手段，根據(jù)出砂特征提取出油流信號(hào)和出砂信號(hào)，出砂特征信號(hào)往往是突發(fā)信號(hào)，一般具有尖峰特性;油流在管路中流動(dòng)時(shí)連續(xù)且平穩(wěn)，一般認(rèn)為平穩(wěn)的信號(hào)是油流信號(hào);在總體信號(hào)幅值中減去平穩(wěn)信號(hào)幅值，即保留尖峰信號(hào)幅值的增量，為完成油流信號(hào)降噪后的出砂信號(hào)；若具有出砂信號(hào)，則開(kāi)始出砂信號(hào)報(bào)警，若無(wú)出砂信號(hào)重復(fù)步驟2)、3)繼續(xù)完成稠油油井出砂監(jiān)測(cè)。
[0042]本發(fā)明的特點(diǎn)在于:(I)采用非侵入監(jiān)測(cè)方式對(duì)稠油油井出砂量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)需改變管路流向，便于施工和維修；(2)采用兩個(gè)相同一次儀表安裝在下彎管處，完成出砂量校驗(yàn)和互相關(guān)流速計(jì)算；(3)數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行提取沖擊信號(hào)處理，完成油流信號(hào)首次降噪，為后續(xù)提取稠油中微弱出砂信號(hào)降低難度；(4)將互相關(guān)流速計(jì)算與超聲流速測(cè)量對(duì)比的結(jié)果作為是否出砂判據(jù)，不但提高出砂監(jiān)測(cè)可靠性，而且可以對(duì)含砂原油中油流信號(hào)進(jìn)一步降噪；(5)該系統(tǒng)和方法適用海上稠油油井出砂量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明的稠油油井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0044]圖2為本發(fā)明的稠油油井出砂監(jiān)測(cè)信號(hào)處理單元中結(jié)構(gòu)框圖；
[0045]圖3為本發(fā)明的稠油油井出砂監(jiān)測(cè)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0047]在稠油開(kāi)采過(guò)程中，攜砂原油在采油管道中流動(dòng)，當(dāng)流經(jīng)彎管處時(shí)，由于