[發(fā)明專利]一種過流式共振聲譜多相流動(dòng)態(tài)檢測的測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710098588.9
• 申請日: 2007-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN101050702A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王秀明;陳德華;叢健生;徐德龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所;大慶石油學(xué)院
• 主分類號(hào): E21B49/08
• 分類號(hào): E21B49/08
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 蔡民軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多相流的共振聲譜測量技術(shù)，特別涉及一種適用于油田生產(chǎn)井氣液兩相流或油、氣、水三相流的共振聲譜瞬態(tài)測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)

在油田開發(fā)過程中，準(zhǔn)確測量生產(chǎn)井中油、氣、水三相流的含氣率，對于考察油井天然氣對產(chǎn)出剖面測試結(jié)果的影響、確定分層分相產(chǎn)量和調(diào)整開采方案都具有十分重要的意義。目前，在油田現(xiàn)場對于含氣率的常規(guī)測量方法主要有井溫測井和壓差密度計(jì)等。比如文獻(xiàn)“生產(chǎn)測井導(dǎo)論，郭海敏，石油工業(yè)出版社，2003：224-232，259-307”中公開了井溫測井的測量原理：電阻式溫度儀是利用金屬絲的電阻與溫度的函數(shù)關(guān)系測量井筒溫度的，一般情況下是溫度上升金屬的電阻增加。利用該原理的電阻式溫度儀主要由熱敏電阻、電橋、電子線路短節(jié)和套管接箍定位器組成。熱敏電阻隨溫度的變化通過電橋電路轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)、頻率信號(hào)從油井傳至地面。測量得到微差井溫曲線，反映沿井軸方向上單位深度上的井溫變化，主要用于研究局部溫度異常。當(dāng)油井中有氣體產(chǎn)出時(shí)，由于氣體膨脹吸熱，產(chǎn)生了冷卻，使溫度下降，微差井溫曲線通常產(chǎn)生負(fù)異常。該井溫測井技術(shù)的不足之處是：1)受到時(shí)間常數(shù)的影響；時(shí)間常數(shù)表示儀器感受周圍介質(zhì)溫度的速度，如果感受溫度的速度緩慢，當(dāng)測井速度較高時(shí)，儀器反映的溫度就小于實(shí)際溫度，兩者就會(huì)有較大誤差；2)金屬熱敏電阻的影響；金屬熱敏電阻的精度差，較難分辨現(xiàn)場條件下的油氣水三相流的含氣率；3)壓力的影響；當(dāng)壓力較高時(shí)，氣體可能不會(huì)變冷，甚至含有一定的熱量，或者氣體在流動(dòng)中由于摩擦作用而產(chǎn)生的熱比它膨脹時(shí)吸收的熱要多，所以導(dǎo)致表現(xiàn)在測量曲線上沒有或有一定的正異常。

油田現(xiàn)場對于含氣率的另一種常規(guī)測量技術(shù)是壓差密度計(jì)，比如文獻(xiàn)“生產(chǎn)測井原理，吳錫令，石油工業(yè)出版社，1997：145-150”中公開了壓差密度計(jì)的測量原理為：利用兩個(gè)相距一定距離的壓敏波紋管，測量井筒內(nèi)流體兩點(diǎn)間的壓力差值。對于磨阻損失不大的井眼，測出的壓力梯度正比于流體密度。利用該原理的壓差密度計(jì)由上波紋管、下波紋管、電子線路短節(jié)、變壓器、浮式連接管組成，波紋管是壓力-位移測量轉(zhuǎn)換元件。為了測量液體的壓力，利用波紋管將壓力轉(zhuǎn)換成位移，發(fā)生位移后，滑動(dòng)變壓器將壓力信號(hào)變化為電信號(hào)輸出。壓差式密度計(jì)測量的是上下波紋管間的壓差。這種壓差密度計(jì)的不足之處在于：1)易受油井套管直徑和流體速度的影響；在測井過程中，井內(nèi)流體一旦進(jìn)入儀器和套管之間變小的環(huán)形截面處，其流速就會(huì)增大，這時(shí)流體繞著移動(dòng)的測量儀器還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的速度增量，對測量結(jié)果造成影響；2)易受同密度流體的影響；比如一個(gè)井內(nèi)水柱中有少量氣體從中流過，其混合密度與油接近，如果有油進(jìn)入井眼，則壓差密度值不會(huì)有什么變化，此時(shí)的測量結(jié)果就不能反映真實(shí)情況。

與本發(fā)明最為接近的現(xiàn)有技術(shù)是2005年叢健生、王秀明等人在“中國專利申請?zhí)枺?00510085884.6，發(fā)明專利名稱為：一種氣液兩相流的檢測技術(shù)”中提出利用共振聲譜的穩(wěn)態(tài)方法來測量氣液兩相流的含氣率。但該方法僅適用于流體處于穩(wěn)態(tài)情況下的測量，盡管這種穩(wěn)態(tài)方法測量精度高，但由于該方法在每一個(gè)測量位置需要進(jìn)行單頻多次掃描測量，并且要求測量的介質(zhì)必須是均勻分布的、穩(wěn)定的，因而逐點(diǎn)測量時(shí)間長，無法進(jìn)行瞬態(tài)測量，而且工作效率比較低；另一個(gè)不足是由于該方法僅適用于穩(wěn)態(tài)流體的局限性，用以激勵(lì)諧振腔產(chǎn)生共振的信號(hào)源一般只能是電信號(hào)，采用電信號(hào)容易導(dǎo)致在某些測量情況下比如含水量較大時(shí)產(chǎn)生短路現(xiàn)象造成無法測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的共振聲譜測量方法不能對氣液兩相流中含氣率進(jìn)行瞬態(tài)測量的不足，提供一種改進(jìn)的能夠動(dòng)態(tài)測量的共振聲譜多相流檢測的測量裝置及方法。

為此，本發(fā)明提供一種過流式共振聲譜多相流動(dòng)態(tài)檢測的測量裝置，該裝置包括：用于使流體流過其中的諧振腔；用于激勵(lì)所述諧振腔產(chǎn)生瞬態(tài)自由振動(dòng)的信號(hào)發(fā)生單元；用于接收所述諧振腔自由振動(dòng)時(shí)所發(fā)出的瞬態(tài)聲波信號(hào)的傳感器；與所述傳感器相連接的信號(hào)處理單元。

通過信號(hào)發(fā)生單元激勵(lì)諧振腔產(chǎn)生瞬態(tài)自由振動(dòng)，在諧振腔內(nèi)形成瞬態(tài)聲場，對此瞬態(tài)聲場的時(shí)域波形進(jìn)行采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理就可得到某一時(shí)刻的瞬態(tài)共振聲譜；由于當(dāng)諧振腔腔體中存在不同含量的氣體時(shí)，諧振腔共振聲譜的某一共振模式的頻率和幅度會(huì)隨流體中氣體含量不同而發(fā)生變化，通過共振聲譜的這種變化規(guī)律，就可以在瞬態(tài)情況下測量流體含氣量的大小。

在上述技術(shù)方案中，所述信號(hào)發(fā)生單元是瞬態(tài)電脈沖信號(hào)發(fā)生單元，所述諧振腔是壓電材料或鐵磁性材料制成的，所述瞬態(tài)電脈沖信號(hào)發(fā)生單元的兩個(gè)輸出電極分別連接到所述諧振腔的內(nèi)、外表面上。