【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置及方法，属于油气开采的
技术介绍
[0002]随着井下生产控制技术的进步和油田精细化生产管理要求的提高，实时掌握井下各层段生产动态已成为油田精准化、智能化生产的重要发展方向，特别是近年来随着智能井技术的发展，实时了解井筒生产剖面对于实时优化油藏注采参数、实时控制各井段生产已经变得越来越重要。
[0003]现有的井下生产剖面测试技术中常用涡轮流量计、超声波流量计、电磁流量计、电导式流量计等流量测量仪器配合集流伞来测试各层段流量，采用电容法、低能光子法等手段测试各层段含水率，上述方法测试过程中需要对生产井筒进行分段、单点测试，测试时间长、成本高，不能实现分布式测量。
[0004]近年来，随着分布式光纤温度监测(DTS)和分布式光纤声音监测(DAS)技术的发展，为井筒生产剖面的分布式、实时监测提供了一种重要手段。DTS技术的主要原理是利用光纤的反射原理和光纤的反向Roman散射的温度敏感性，依靠光在光纤中传播时与光纤介质周围温度变化的定量关系来确定光纤介质所在位置处的温度。DAS技术的主要原理是利用相干光时域反射测量的原理，将相干短脉冲激光注入到光纤中，当有外界振动作用于光纤上时，由于弹光效应，会微小地改变纤芯内部结构，从而导致背向瑞利散射信号的变化，使得接收到的反射光强发生变化，通过检测井下事件前后的瑞利散射光信号的强度变化，即可探测并精确...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置，其特征在于，包括：分布式光纤声音、温度监测集成系统(1)、井筒与储层模拟系统(2)、供液与控制系统(3)和集液系统(4)；所述分布式光纤声音、温度监测集成系统(1)通过管外光缆(FO1)和管内光缆(FO2)与井筒与储层模拟系统(2)相连；在所述井筒与储层模拟系统(2)的轴向外壁上对称设置有左侧流体入口和右侧流体入口分别与所述供液系统(3)相连；所述集液系统(4)通过排液管线(301)与井筒与储层模拟系统(2)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置，其特征在于，所述分布式光纤声音、温度监测集成系统(1)包括：温度信号接收器(105)、声音信号接收器(106)、激光光源(107)、管外光缆(FO1)、管内光缆(FO2)、管外光缆声音信号光纤线(1021)、管外光缆温度信号光纤线(1022)、管内光缆声音信号光纤线(1031)、管内光缆温度信号光纤线(1032)、计算机数据处理与显示系统(109)、温度数据通信线(1091)和声音数据通信线(1092)；所述管外光缆(FO1)和管内光缆(FO2)中的高灵敏度、高精度单模感声光纤的一端分别与激光光源(107)相连，管外光缆(FO1)和管内光缆(FO2)中的高灵敏度、高精度多模感温光纤的一端分别与激光光源(107)相连，作为激光信号输入端；所述管外光缆(FO1)和管内光缆(FO2)中的高灵敏度、高精度单模感声光纤和高灵敏度、高精度多模感温光纤同时作为信号传输介质，将反射信号分别通过管外光缆声音信号光纤线(1021)和管内光缆声音信号光纤线(1031)传输到声音信号接收器(106)以及通过管外光缆温度信号光纤线(1022)和管内光缆温度信号光纤线(1032)传输到温度信号接收器(105)；计算机数据处理与显示系统(109)通过温度数据通信线(1091)和声音数据通信线(1092)分别与温度信号接收器(105)和声音信号接收器(106)相连，将从声音信号接收器(106)和温度信号接收器(105)上得到的沿管外光缆(FO1)和管内光缆(FO2)的声音分布数据和温度分布数据进行处理，并利用内置的产液剖面解释模块进行监测数据解释，以图形和数据方式显示井筒中各井段的流量和含水分布。3.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置，其特征在于，所述的产液剖面解释模块包括数据预处理模块和产液剖面解释模块；所述数据预处理模块用于得到与生产过程中流体进入井筒流动相关的去噪以后的声音数据和温度数据，包括步骤1-1)-1-4)：1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对模拟生产过程监测过程中采集的声音数据进行处理，得到去除随机尖峰噪声的声音数据；1-2)采用带通滤波器将声音数据的频率范围限制在流体进入井筒流动的冲击能量范围内，从而消除数据中无关的噪声信号；1-3)得到与生产过程中流体进入井筒流动相关的去噪以后的声音数据；1-4)采用Pavel Holoborodko滤波方法对模拟生产过程监测过程中采集的温度数据进行处理，得到去除噪声的温度数据；
所述产液剖面解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括：2-1)建立声强坐标系，模拟井筒长度为横坐标、对流体进入井筒流动的声音监测的时间为纵坐标；2-2)利用与模拟生产过程中流体进入井筒流动相关的声音数据在上述声强坐标系中绘制声强“瀑布图”：2-3)定义产液层段：根据各个生产层段所覆盖的位置范围，采用面积法计算各个生产层段所覆盖的位置范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随模拟井筒长度变化的曲线所包围形成的图形的面积；然后，计算面积方差：将生产层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积大于1倍面积方差的生产层段判断为产液层段；2-4)计算各个产液层段的流体流量：利用经数据预处理模块处理得到的去噪以后的温度数据和声音数据，结合井筒温度场数学模型和声速场数学模型，采用马尔科夫链——蒙特卡洛方法进行反演，计算井筒中各产液层段的流量和含水分布；所述井筒温度场数学模型为其中，为温度梯度，℃/m；U
at
为油管与环空热交换的总传热系数，W/(m2·
℃)；R
ti
为油管内径，m；c
p
为井筒中流体比热容，J/(kg
·
℃)；K
JT
为焦耳-汤姆逊系数，℃/Pa；w为油管中流体质量流量，kg/s；为井筒压力梯度，Pa/m；g为重力加速度，m/s2；h
lat，jj
′
为环空中流体的焓，kJ；w
aj
′
为环空中流体质量流量，kg/s；ρ
tj
、ρ
tj
′
为油管中计算单元流入和流出的流体密度，kg/m3；为油管中溶解气油比相对于压力的变化梯度；所述井筒声速场数学模型为c＝0.5(c
+
+c-)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，c
+
为声波传播方向与介质流动方向相同时的声速，m/s；c-为声波传播方向与介质流动方向相逆时的声速，m/s；所述的c
+
和c-通过对时间-空间域的声强“瀑布图”进行频率-波数域转换后求得；根据c
+
和c-计算结果，利用下述公式计算油管内流体流速v＝0.5(c
+-c-)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，v为油管内流体流速，m/s；根据油管内流体流速和油管截面积计算油管内流体流量。4.根据权利要求3所述的一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置，其特征在于，所述的含水数据根据油管中混合流体的声速以及流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数进行计算得到；所述的油管中混合流体的声速采用公式(4)计算；所述的流体流入井筒时的焦耳-汤姆逊系数采用公式(5)计算；所述混合流体中各相组成比例
之和等于1，如公式(6)所示：之和等于1，如公式(6)所示：α
o
+α
g
+α
w
＝1
ꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，c
m
为混合流体声速，m/s；c
o
为油相声速，m/s；c
w
为水相声速，m/s；c
g
为气相声速，m/s；α
o
为油相比例，小数；α
w
为水相比例，小数；α
g
为气相比例，小数；ρ
o
为油相密度，kg/m3；ρ
w
为水相密度，kg/m3；ρ
g
为气相密度，kg/m3；E是管材的杨氏模量；t是管壁厚度，m；d为油管内径，m；c
p，o
为油相比热容，J/(kg
·
℃)；c
p，w
为水相比热容，J/(kg
·
℃)；c
p，g
为气相比热容，J/(kg
·
℃)；β
o
为油相热膨胀系数，1/℃；β
w
为水相热膨胀系数，1/℃；T
well
为井壁温度，℃；Z为气体压缩因子，小数；为压缩因子随井壁温度的变化梯度。5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置，其特征在于，所述井筒与储层模拟系统(2)包括：套管串(11)、筛管串(22)、下密封堵头(33)、上密封堵头(44)、模拟储层岩体(108)和活络节(66)；所述筛管串(22)套设在所述套管串(11)的内部，所述筛管串(22)与套管串(11)之间的环形空间布设模拟储层岩体(108)；筛管串(22)内部中空的空间构成供流体流动的井筒(101)；所述下密封堵头(33)和上密封堵头(44)分别与套管串(11)连接，起到密封作用；所述上密封堵头(44)设置有上密封接头光缆穿越孔(55)，供管外光缆(FO1)穿越进入井筒与储层模拟系统(2)的模拟储层岩体(108)和筛管串(22)之间的空间中；所述活络节(66)穿过上密封堵头(44)与井筒(101)连通；活络节(66)周向布设有活络节光缆穿越孔(104)；优选的，所述管外光缆(FO1)通过上密封堵头光缆穿越孔(55)进入井筒与储层模拟系统(2)，布设在模拟储层岩体(108)和筛管串(22)之间，与模拟储层岩体(108)内壁和筛管串(22)外壁紧密配合，以模拟分布式光纤管外永久性安装监测储层流体流动；所述管内光缆(FO2)穿越活络节光缆穿越孔(104)进入井筒与储层模拟系统(2)，布设在筛管串(22)内部的井筒(101)空间中，以模拟分布式光纤管内暂时性安装监测井筒流体流动；所述管外光缆(FO1)在模拟储层岩体(108)和筛管串(22)之间采用直线方式布设，所述管内管缆(FO2)在筛管串(22)内部的井筒(101)空间中采用直线形状或螺旋形状布设；所述管内管缆(FO2)在筛管串(22)内部的井筒(101)空间中布设在井筒(101)的底部、中部、上部或者井筒(101)中的任意位置；优选的，所述排液管线(301)与活络节(66)相连；排液管线(301)上安装有排液控制阀(302)；通过调节排液控制阀(302)控制施加在井筒与储层模拟系统(2)上的回压以实现井筒与储层模拟系统(2)的生产压差调节；从井筒与储层模拟系统(2)中流出的流体通过活络节(66)并经排液管线(301)进入集液罐(304)；优选的，所述供液与控制系统(3)包括供液组和数据采集与控制系统(PC10)组成；每组所述供液组(381)包括储液罐、变频柱塞泵和闸阀组；所述闸阀组包括多路供液管，每路供液管包括加热器和两通阀，所述两通阀分别连通对称设置的流体入口；在所述供液管还设置有流量计和温度压力集成传感器。
6.利用如权利要求1-5任意一项所述模拟实验装置在均质或非均质储层水平井多井段监测一种单相流体从不同层段流入时井筒生产剖面的监测模拟实验方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：安装所述监测模拟实验装置，在井筒(101)布置管内光缆(FO2)，在筛管外面布置管外光缆(FO1)，连接该模拟实验装置中的光纤，连接该模拟实验装置中供液组(381)、供液组(382)、供液组(383)的管线；将排液管线(301)放入集液罐(304)中；向储液罐(G1)中加入适量单相模拟原油、储液罐(G2)中加入适量单相水、储液罐(G3)中充入适量氮气；步骤2：将储液罐流体流出管线(91)、储液罐流体流出管线(92)、储液罐流体流出管线(93)的入口端分别接到储液罐(G1)底部的四通阀上，以模拟各层段均产油的情况；步骤3：调节排液控制阀(302)，打开加热器(W1)、(W2)、(W3)、(W4)、(W5)以及变频柱塞泵(M91)、(M92)、(M93)，手动调节手动闸阀(V1)、(V3)、(V4)、(V5)、(V8)，打开流量计(R1)、(R2)、(R3)、(R4)、(R5)，启动数据采集与控制系统(PC10)；在数据采集与控制系统(PC10)中分别设置加热器(W1)、(W2)、(W3)、(W4)、(W5)的温度以及变频柱塞泵(M91)、(M92)、(M93)的频率；步骤4：打开温度信号接收器(105)和声音信号接收器(106)，打开激光光源(107)和计算机数据处理与显示系统(109)；步骤5：待温度压力集成传感器(PT1)、(PT2)、(PT3)、(PT4)、(PT5)上的温度和压力读数稳定后，在计算机数据处理与显示系统(109)上观察温度信号接收器(105)和声音信号接收器(106)测得的温度剖面数据和声音剖面数据，待温度剖面数据和声音剖面数据稳定后，记录下该温度剖面数据和声音剖面数据；步骤6：利用计算机数据处理与显示系统(109)中内置的产液剖面解释模块对采集的温度和声音数据进行处理和解释，得到水平井井筒的产液剖面分布；将产液剖面解释模块解释获得的流量和含水数据与流量计(R1)、(R2)、(R3)、(R4)、(R5)获取的数据进行比较验证；优选的，还包括步骤7：步骤7：改变变频柱塞泵(M91)、(M92)、(M93)的频率，重复步骤5到步骤6，得到不同流量下水平井井筒的产液剖面分布；优选的，还包括步骤8：步骤8：停止变频柱塞泵(M91)、(M92)、(M93)，停止温度信号接收器(105)和声音信号接收器(106)，停止激光光源(107)，改变供液组(381...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘均荣，劳文韬，梁文博，刘庆文，
申请(专利权)人：朴牛上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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