注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法
【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量方法，包括以下步驟：1.搭建測量裝置：測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；2.壓力監(jiān)測；3.干度計算；4.工控機(jī)將采集到的井下壓力、井下測量溫度和此時對應(yīng)的干度值進(jìn)行存儲。本發(fā)明解決了注汽式井下壓力、溫度、干度無法在線測量、無法實時掌握油井蒸汽注入的干度的技術(shù)問題，本發(fā)明為油田稠油熱力開采工藝技術(shù)的研究提供了井下環(huán)境實時變化的監(jiān)控，可解決油田熱力開采高溫高壓井下溫度、壓力以及干度的實時掌握，可有效的實現(xiàn)最優(yōu)化的注氣方案及稠油產(chǎn)能的提高。
【專利說明】注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是注汽式油井溫度、壓力、干度三參數(shù)在線測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稠油具有粘度高、分布不均的特點，通常開采的方法是向油井中注入高溫、高壓蒸汽，待石油呈流狀后再加以開采，蒸汽注入過程中其干度的變化值是判斷油層分布的重要資料，同時也是合理利用蒸汽資源的重要參考依據(jù)。注入的蒸汽溫度和壓力一般在300°C和20MPa左右。我國蒸汽熱力開采稠油工藝的研究與應(yīng)用，為我國石油工業(yè)的發(fā)展和國家能源供給提供了重要的技術(shù)支撐，稠油注蒸汽熱力開采工藝井下熱動態(tài)監(jiān)測至關(guān)重要，它是了解熱注效果，認(rèn)識油層，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)。
[0003]蒸汽干度作為稠油開采安全運行中的一個重要參數(shù)，也是影響稠油熱采效果的一個重要指標(biāo)。而現(xiàn)階段蒸汽干度控制基本上處于常規(guī)控制階段，因此蒸汽干度控制受人為因素影響較大，不僅稠油開采安全運行受到威脅而且影響稠油熱采的效果，為此，對于稠油開采注入蒸汽干度進(jìn)行自動控制的研究勢在必行。
[0004]因此，在注氣過程中需 要實時監(jiān)測井下溫度、壓力、及飽和蒸汽干度的數(shù)據(jù)，特此發(fā)明實現(xiàn)溫度、壓力、干度三參數(shù)同步測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決注汽式井下壓力、溫度、干度無法在線測量、無法實時掌握油井蒸汽注入的干度的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0007]注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0008]I】搭建測量裝置；
[0009]測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，
[0010]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；
[0011]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；
[0012]所述溫度傳感器的通過光纖與溫度解調(diào)儀的一端連接，所述壓力傳感器通過光纖與壓力解調(diào)儀的一端連接，所述反射率傳感器通過光纖與反射率解調(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；
[0013]2】壓力監(jiān)測:[0014]2.1】將環(huán)空作為壓力導(dǎo)入設(shè)備，利用壓力傳感器敏感到井下壓力，并傳輸給壓力解調(diào)儀，經(jīng)過處理后，上傳給工控機(jī)；
[0015]2.2】工控機(jī)根據(jù)收到的井下壓力，在預(yù)存在工控機(jī)內(nèi)IAPWS-1F97表中計算出井下壓力對應(yīng)的初始溫度值T0,飽和水、飽和汽的折射率以及飽和水、飽和汽的密度值；
[0016]2.3】根據(jù)查找出來的折射率和密度值，計算出飽和水的反射率Rw以及飽和汽的發(fā)射率Rv，待用；
[0017]3】干度計算:
[0018]3.1】反射率傳感器檢測到井下氣液兩相面的反射率R，并通過光纖傳輸給反射率解調(diào)儀，經(jīng)過反射率解調(diào)儀處理后，上傳給工控機(jī)；
[0019]3.2】溫度測量；溫度傳感器檢測到井下測量溫度T，并通過光纖傳輸給溫度解調(diào)儀，經(jīng)過溫度解調(diào)儀處理后，上傳給工控機(jī)；
[0020]3.3】工控機(jī)將井下測量溫度與初始溫度值TO進(jìn)行比對:
[0021]如果T-0.5 ^ TO ^ T+0.5，則此時處于飽和狀態(tài)下，則執(zhí)行步驟3.4】；
[0022]否則，執(zhí)行步驟2】；
[0023]3.4】工控機(jī)根據(jù)步驟2.3】中得出的飽和水的反射率Rw、飽和汽的發(fā)射率Rv以及步驟3.1】得到的氣液兩相面的反射率R，計算出干度值；
[0024]4】工控機(jī)將采集到的井下壓力、井下測量溫度和此時對應(yīng)的干度值進(jìn)行存儲。
[0025]還包括工控機(jī)接收到井下壓力、井下測量溫度以及計算出來的干度進(jìn)行實時顯示，實現(xiàn)對井下壓力的實時監(jiān)測。
[0026]上述溫度傳感器為耐高溫光纖傳感器。
[0027]上述壓力傳感器為光纖式FP腔傳感器。
[0028]上述工控機(jī)包括信號處理器、單片機(jī)存儲器以及電源。
[0029]本發(fā)明所具有的優(yōu)點:
[0030]1、本發(fā)明可實現(xiàn)井下飽和蒸汽干度、溫度、壓力、三參數(shù)的連續(xù)精確測。
[0031]2、本發(fā)明為油田稠油熱力開采工藝技術(shù)的研究提供了井下環(huán)境實時變化的監(jiān)控，可解決油田熱力開采高溫高壓井下溫度、壓力以及干度的實時掌握，可有效的實現(xiàn)最優(yōu)化的注氣方案及桐油廣能的提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明干度計算過程示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明測量方式的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0035]如圖1所示，這種注汽井溫度、壓力、干度在線測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、存儲器、工控機(jī)以及井下探頭構(gòu)成。
[0036]工控機(jī)包括信號處理器以及安裝在電路板上的單片機(jī)存儲器，電路板和供電電池安裝在機(jī)箱內(nèi)。[0037]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)置有有導(dǎo)流孔，環(huán)空通過導(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；溫度傳感器的通過光纖與溫度解調(diào)儀的一端連接，壓力傳感器通過光纖與壓力解調(diào)儀的一端連接，反射率傳感器通過光纖與反射率解調(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。[0038]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，溫度信號解調(diào)儀與壓力信號解調(diào)儀連接到工控機(jī)。整個系統(tǒng)包括聯(lián)機(jī)測量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)顯示、人機(jī)交互等。[0039]溫度傳感器采用耐高溫光纖測量井下溫度，壓力傳感器通過井下環(huán)空光纜連接，井下環(huán)空光纜將井下壓力導(dǎo)入到壓力傳感器，反射率測量探頭監(jiān)測井下氣液兩相反射率變化。為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實時、一致性以及數(shù)據(jù)分析計算的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)采集存儲后采用工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理。[0040]如圖2所示為干度計算流程:壓力測量模塊測得井下壓力值后，進(jìn)行查表求出對應(yīng)的當(dāng)下飽和水和飽和蒸汽的密度及折射率，利用密度和折射率計算飽和水和飽和蒸汽的反射率，反射率傳感器探測得井下氣液兩相流的反射率，溫度測量模塊測得井下溫度，只有特定的溫度范圍內(nèi)，干度才有意義，溫度滿足條件后，利用得到的三個反射率就可以算出干度值。[0041]飽和蒸汽干度是指每千克濕蒸汽中含有干蒸汽的質(zhì)量百分比。[0042]水在飽和點時，蒸汽干度為零；蒸汽在完全飽和狀態(tài)時，干度為100%，此時水相質(zhì)量為零。[0043]采用光學(xué)折射率調(diào)制的原理對蒸汽的兩相流干度進(jìn)行測量，對兩相流折射率敏感的光學(xué)傳感頭置于汽液兩相流中，光學(xué)傳感頭的一端和流體接觸實現(xiàn)對井下飽和蒸汽的反射率進(jìn)行測量，通過井下光纜將信號傳遞給地面，地面解調(diào)系統(tǒng)監(jiān)測反射率變化。[0044]下面結(jié)合流程圖3對本項發(fā)明做進(jìn)一步描述；[0045]1】壓力監(jiān)測:[0046]1.1】將環(huán)空作為壓力導(dǎo)入設(shè)備，利用壓力傳感器敏感到井下壓力，并傳輸給壓力解調(diào)儀，經(jīng)過處理后，上傳給工控機(jī)；[0047]1.2】工控機(jī)根據(jù)收到的井下壓力，在預(yù)存在工控機(jī)內(nèi)IAPWS-1F97表計算出井下壓力對應(yīng)的初始溫度值T0，飽和水、飽和汽的折射率以及飽和水、飽和汽的密度值；[0048]1.3】根據(jù)查找出來的折射率和密度值，計算出飽和水的反射率Rw以及飽和汽的發(fā)射率Rv，待用；[0049]2】干度計算:[0050]2.1】反射率傳感器檢測到井下氣液兩相面的反射率R，并通過光纖傳輸給反射率解調(diào)儀，經(jīng)過反射率解調(diào)儀處理后，上傳給工控機(jī)；[0051]2.2】溫度測量；溫度傳感器檢測到井下測量溫度T，并通過光纖傳輸給溫度解調(diào)儀，經(jīng)過溫度解調(diào)儀處理后，上傳給工控機(jī)；[0052]2.3】工控機(jī)將井下測量溫度與初始溫度值TO進(jìn)行比對:[0053]如果測量溫度值T在初始溫度值TO的正負(fù)0.5攝氏度，則此時處于飽和狀態(tài)下，則執(zhí)行步驟3.4】；
[0054]否則，執(zhí)行步驟I】；
[0055]2.4】工控機(jī)根據(jù)步驟1.3】中得出的飽和水的反射率Rw、飽和汽的發(fā)射率Rv以及步驟2.1】得到的氣液兩相面的反射率R，計算出干度值；
[0056]4】工控機(jī)將采集到的井下壓力、井下測量溫度和此時對應(yīng)的干度值進(jìn)行存儲。
[0057]本發(fā)明實現(xiàn)了從采集數(shù)據(jù)到判斷，在到計算，再到數(shù)據(jù)的存儲實現(xiàn)了壓力、溫度、干度三參數(shù)實時在線測量功能以及數(shù)據(jù)存儲功能和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。
[0058]1、壓力監(jiān)測
[0059]利用光纖壓力傳感器，井下光纜結(jié)構(gòu)中的環(huán)空作為壓力導(dǎo)入設(shè)備，井上采用光纖壓力解調(diào)儀作為信號的采集處理，工控機(jī)通過與壓力解調(diào)儀進(jìn)行通訊，并定時向井上的壓力解調(diào)儀發(fā)送讀取壓力數(shù)據(jù)指令，壓力解調(diào)儀與工控機(jī)進(jìn)行通訊后將壓力值返回給工控機(jī)并顯示在工控機(jī)主界面的壓力儀表盤中，儀表盤指針指向當(dāng)前讀取到的壓力值，同時儀表盤具有數(shù)據(jù)顯示壓力值功能，可實現(xiàn)儀表和數(shù)字實時顯示壓力值，從而實現(xiàn)了對井下壓力數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
[0060]2、溫度監(jiān)測
[0061]利用溫度傳感器對井下整個鏈路實現(xiàn)分布式溫度的測量，其中井下光纜作為溫度傳感器，可以對井下溫度進(jìn)行感知，工控機(jī)通過與溫度解調(diào)儀進(jìn)行通訊，定時向井上的溫度解調(diào)儀發(fā)送讀取溫度數(shù)據(jù)指令，溫度解調(diào)儀與工控機(jī)進(jìn)行通訊后將溫度值返回給工控機(jī)并顯示在工控機(jī)主界面的溫度儀表盤中，儀表盤指針指向當(dāng)前讀取到的溫度值，同時儀表盤具有數(shù)據(jù)顯示溫度值功能，可 實現(xiàn)儀表和數(shù)字同時顯示溫度值值，從而實現(xiàn)了對井下溫度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
[0062]3、干度解調(diào)
[0063]采用光學(xué)反射率調(diào)制的原理對蒸汽的兩相流干度進(jìn)行測量，對兩相流反射率敏感的光學(xué)傳感頭置于汽液兩相流中，測得氣液兩相流的反射率。工控機(jī)通過與反射率解調(diào)儀進(jìn)行通訊，定時向反射率解調(diào)儀發(fā)送讀取反射率數(shù)據(jù)指令，反射率解調(diào)儀與工控機(jī)進(jìn)行通訊后將測得的反射率返回給工控機(jī)。
[0064]假設(shè)注蒸汽設(shè)備的鍋爐標(biāo)定好的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，同時測量井下溫度Tl，如果T-ο.5 ^ Tl ^ T+0.5，這時才能根據(jù)測得的反射率來計算其干度值，如果井下溫度不在其范圍內(nèi)，計算干度是沒有意義的。
[0065]整個系統(tǒng)同時工作，三個參數(shù)測量同時進(jìn)行，實現(xiàn)對井下溫度、壓力、飽和蒸汽干度三參數(shù)同步在線測量。
【權(quán)利要求】
1.注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法，其特征在于:包括以下步驟: I】搭建測量裝置； 測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， 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光纖與溫度解調(diào)儀的一端連接，所述壓力傳感器通過光纖與壓力解調(diào)儀的一端連接，所述反射率傳感器通過光纖與反射率解調(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】壓力監(jiān)測: 2.1】將環(huán)空作為壓力導(dǎo)入設(shè)備，利用壓力傳感器敏感到井下壓力，并傳輸給壓力解調(diào)儀，經(jīng)過處理后，上傳給工控機(jī)； 2.2】工控機(jī)根據(jù)收到的井下壓力，在預(yù)存在工控機(jī)內(nèi)IAPWS-1F97表中計算出井下壓力對應(yīng)的初始溫度值T0，飽和水、飽和汽的折射率以及飽和水、飽和汽的密度值； 2.3】根據(jù)查找出來的折射率和密度值，計算出飽和水的反射率Rw以及飽和汽的發(fā)射率Rv，待用； 3】干度計算:` 3.1】反射率傳感器檢測到井下氣液兩相面的反射率R，并通過光纖傳輸給反射率解調(diào)儀，經(jīng)過反射率解調(diào)儀處理后，上傳給工控機(jī)； 3.2】溫度測量；溫度傳感器檢測到井下測量溫度T，并通過光纖傳輸給溫度解調(diào)儀，經(jīng)過溫度解調(diào)儀處理后，上傳給工控機(jī)； 3.3】工控機(jī)將井下測量溫度與初始溫度值TO進(jìn)行比對: 如果T-0.5 ^ TO ^ T+0.5，則此時處于飽和狀態(tài)下，則執(zhí)行步驟3.4】； 否則，執(zhí)行步驟2】； 3.4】工控機(jī)根據(jù)步驟2.3】中得出的飽和水的反射率Rw、飽和汽的發(fā)射率Rv以及步驟3.1】得到的氣液兩相面的反射率R，計算出干度值； 4】工控機(jī)將采集到的井下壓力、井下測量溫度和此時對應(yīng)的干度值進(jìn)行存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法，其特征在于:還包括工控機(jī)接收到井下壓力、井下測量溫度以及計算出來的干度進(jìn)行實時顯示，實現(xiàn)對井下壓力的實時監(jiān)測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法，其特征在于:所述溫度傳感器為耐高溫光纖傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法，其特征在于:所述壓力傳感器為光纖式FP腔傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量方法，其特征在于:所述工控機(jī)包括信號處理器、單片機(jī)存儲器以及電源。
【文檔編號】G01D21/02GK103604463SQ201310583585
【公開日】2014年2月26日 申請日期: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 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所