注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量裝置制造方法
【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、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)在線測量問題，掌握油井蒸汽注入情況。
【專利說明】注汽式油井溫度、壓力、蒸汽干度同步在線測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是注汽式油井溫度、壓力、干度在線測試儀器，具體涉及的是一種注氣井溫度、壓力、干度在線測量專用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于稠油粘度大，溫度對稠油的影響很大，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到開采目的。蒸汽干度是衡量蒸汽含熱量的指標，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降低原油粘度。因此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。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)。
[0003]傳統(tǒng)的檢測方法很難適用于井下高溫高壓環(huán)境，而且效率低，檢測精度低，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)同步在線測量系統(tǒng)。其具有精度高、效率高、操作簡單、人機交互等優(yōu)點，為油藏開發(fā)過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方法不適用于井下高溫高壓環(huán)境，存在效率低、檢測精度低的技術(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、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]上述工控機包括信號處理器、單片機存儲器以及電源。
[0013]本發(fā)明所具有的有益效果:
[0014]1、本發(fā)明采用光學(xué)探頭測量氣液兩相流反射率、光纖式FP腔測量井下壓力、耐高溫光纖測量井下溫度。整個系統(tǒng)利用井下壓力來查表求出所對應(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)探頭測量的氣液兩相流的反射率，計算出飽和蒸汽干度。
[0015]2、本發(fā)明采用反射率探針測量井下氣液兩相反射率、加上井下壓力及溫度來測量蒸汽干度，測量系統(tǒng)簡單，無需抽樣，對環(huán)境要有不高，操作過程簡單。
[0016]3、本發(fā)明測量系統(tǒng)簡單，無需抽氣采樣，對環(huán)境要求不高，操作過程簡單，精度高、在線實時測量，是一種非常值得研究的在線測量方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為溫度、壓力、干度在線測量裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為反射率傳感器測量原理示意圖；
[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。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
[0023]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、工控機以及井下探頭構(gòu)成。
[0024]工控機包括信號處理器以及安裝在電路板上的單片機存儲器，電路板和供電電池安裝在機箱內(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。整個系統(tǒng)包括聯(lián)機測量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)顯示、人機交互等。
[0027]溫度傳感器采用耐高溫光纖測量井下溫度，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)的準確、實時、一致性以及數(shù)據(jù)分析計算的準確性，數(shù)據(jù)采集存儲后采用工控機進行數(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可以通過入射與出射方介質(zhì)的折射率表
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[0029]假定待測的蒸汽兩相流中，干蒸汽的體積比為xv，并認為在測量的有限時間內(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]測量折射率響應(yīng)的同時，如果能測出注蒸汽的溫度和壓力值，就可以計算出汽液的密度，進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隨波長呈近似周期性變化(余弦)，通過檢測兩個相鄰最大光強的波長，便可得到FP腔的腔長d，從而通過腔長的變化來反映井下壓力的變化，通過壓力解調(diào)儀就可以求出井下當前壓力。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)合鍵間標距
[0033]壓力求出后，通過查IAPWS-1F97表可以得到此時對應(yīng)的飽和水和飽和蒸汽的密度及折射率。進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 井下整個鏈路實現(xiàn)溫度測量，其中井下光纜作為溫度傳感器，可以對井下溫度進行感知，井上的溫度解調(diào)儀對采集到的光信號進行采集、數(shù)據(jù)處理分析實現(xiàn)井下溫度的實時監(jiān)測。
[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度下長期可靠穩(wěn)定工作能力，利用拉曼散射原理，對光纖中的背向散射光進行分析，拉曼散射由分子熱運動引起，所以拉曼散射光攜帶散射點的溫度信息。光在行進過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，斯托克斯光對溫度不敏感作為參考信號，光纖的局部溫度可由斯托克斯光與反斯托克斯光的強度比推測出。
[0036]假設(shè)鍋爐標定好的濕飽和蒸汽溫度為T，在正負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。
[0037]整個系統(tǒng)同時工作，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。
[0038]本發(fā)明同過檢測當前井下氣液兩相面的反射率R，通過井下壓力獲得Rw、Rv，溫度進行檢測并判斷井下溫度是否滿足干度計算要求。反射率測量采用光學(xué)探頭法、精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、溫度檢測采用耐高溫光纖進行檢測、響應(yīng)快、測量范圍廣、精度高，壓力傳感器采用光纖式FP腔傳感器，檢測數(shù)據(jù)進行存儲后，在地面進行工控機數(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、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)同步在線測量裝置，其特征在于:所述工控機包括信號處理器、單片機存儲器以及電源。
【文檔編號】E21B47/07GK103615231SQ201310585065
【公開日】2014年3月5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)精密機械研究所