井下测量装置以及井下测量系统的制作方法

本实用新型涉及测量领域，尤其涉及井下测量装置以及井下测量系统。

背景技术：

在油田开采过程中，现场项目的监测和自控对于安全经济运行是不可或缺的，需要及时测量井下的温度和压力。

特别的，在石油热采的先导试验和现场项目试验中，由于井底的温度压力都很高,需要连续测量和抽样读取井下温压。由于井下测量的状况和精度要求较高，因而高精度、低成本、实时性好的连续监测油田井下温压装置亟待人们去开发研制。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷中的至少一种，本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种井下测量装置以及井下测量系统，其可以解决上述问题中的至少一种。

本实用新型的具体技术方案是：

一种井下测量装置，包括：

第一测量机构，所述第一测量机构包括毛细钢管以及传压筒，所述毛细钢管的一端与所述传压筒连通，所述毛细钢管的另一端伸出封隔器；所述传压筒套设在所述油管上，所述传压筒的底部开设有开孔，所述传压筒与油层处于同一水平面；

第二测量机构，所述第二测量机构包括光纤管，所述光纤管的一端位于井口，所述光纤管的另一端伸入所述封隔器，所述光纤管在与所述油层同一水平面处设置有光栅区。

优选地，包括：氮气输送机构，所述氮气输送机构包括氮气源、与所述氮气源连通的泵、用于驱动所述泵的压缩机，所述泵与所述毛细钢管连通。

优选地，所述泵与所述毛细钢管之间设置有压力变送器。

优选地，所述井下测量装置包括控制装置，所述控制装置与所述第一测量机构电性连接，所述控制装置能根据所述第一测量机构生成井下的压力值。

优选地，述井下测量装置包括控制装置，所述控制装置与所述第二测量机构电性连接，所述控制装置能根据所述第一测量机构生成井下的温度值。

优选地，所述井下测量装置包括控制装置，所述控制装置分别与所述第一测量机构、所述第二测量机构电性连接，所述控制装置能根据所述第一测量机构生成井下的压力值，所述控制装置能根据所述第一测量机构生成井下的温度值。

优选地，所述控制装置能根据所述第一测量机构和所述第二测量机构生成井下的压力值。

优选地，所述光纤管包括纤芯、包覆在所述纤芯外的包层、涂覆在所述包层外的涂覆层。

本申请实施例公开了一种井下测量系统，包括：

如上述的井下测量装置，

油管；

套设在油管外的套管；

设置在所述油管与所述套管之间的封隔器。

优选地，所述油管上还设置有安全阀。

本实用新型实施例可以更好地实现井下温度和压力的测量。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本申请实施例中井下测量装置的结构示意图。

图2为本申请实施例测量部分的流程图。

图3为本申请实施例中的第二测量机构的结构示意图。

以上附图的附图标记为：1、套管；2、油管；3、安全阀；4、封隔器；5、油管头；6、毛细钢管；7、传压筒；8、气液两相界面；9、测压点；10、光纤管；11、光栅区；A、纤芯；B、包层；C、涂覆层；D、第一光栅区；E、第二光栅区。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1所示，本申请实施例公开了一种井下测量装置，该井下测量装置包括第一测量机构和第二测量机构。所述第一测量机构包括毛细钢管6以及传压筒7，所述毛细钢管6的一端与所述传压筒7连通，所述毛细钢管6的另一端伸出封隔器4；所述传压筒7套设在所述油管2上并能与油管2连通，所述传压筒7与油层处于同一水平面。所述第二测量机构包括光纤管10，所述光纤管10的一端位于井口，所述光纤管10的另一端伸入所述封隔器4，所述光纤管10在与所述油层同一水平面处设置有光栅区11。

第一测量机构的基本原理是帕斯卡定理，即密封容器中任意一点的压力相等。将高压氮气通过井口注入，使毛细钢管6和传压筒7充满氮气。传压筒7的开孔与井筒液体连通,其内容积比毛细钢管6容积大几十倍，为系统提供驱气容积，使之在井下压力变化时，保持传压筒7内气液两相界面8深度的基本稳定。传压筒7内气体的压力等于井液的压力，传压筒7内气体压力通过毛细钢管6内气体传递压力至井口，由压力变送器测得后，将信号传送到采集系统，然后地面的压力采集系统对井口的气体压力进行数据处理，进而通过测量出来的井口压力得出被测试点的压力。

第二测量机构包括光纤管10。光纤管10本身既是传感器，又是信号传输线。光纤管10有固定的折射率。光纤管10有一个作为光的传播通道的纤芯A，纤芯A外有包层B，包层B外涂覆有起保护作用的涂覆层C。光栅是利用光纤管10的纤芯A材料的光敏特性，通过紫外光激光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯A，在纤芯A内产生沿纤芯A轴向的折射率周期性变化，从而形成空间的相位光栅。光纤管10的功能类似于点状的电信号温度传感器，在同一条检测回路中可以串接多个探头，从而实现对多个目标温度分布式快速测量。

下面就本申请中井下测量装置的一个具体实施例进行描述。

具体的，参照图1所示，在本实施方式中，井下部分可以包括：油管2、套设在油管2外的套管1、用于对油管2进行控制的安全阀3、设置在所述油管2与所述套管1之间的封隔器4、与油管2连接的油管头5。毛细钢管6穿设在封隔器4上，毛细钢管6自井口伸入油层中并与传压筒7连通。光纤管10穿设在封隔器4上，光纤管10自井口伸入油层中。安全阀3可以对油管3内的压力进行控制。

参照图2所述，井下测量装置的地面部分包括：氮气输送机构、安全吹扫系统、宽带光源、温度变送器、压力变送器、采集系统、数据处理器、PC机。

所述氮气输送机构包括氮气源、与所述氮气源连通的泵、用于驱动所述泵的压缩机，所述泵与所述毛细钢管6连通。

氮气输送机构可以将高压氮气通过井口注入，使毛细钢管6和传压筒7充满氮气。传压筒7同毛细钢管6相连接，传压筒7内充满惰性气体(氮气)，该传压筒7同毛细钢管6一同下入井下被测位置，为保证井液不会充满传压筒7而进入毛细钢管6，传压筒7内的惰性气体要定期进行补充，以维持井液与高压气体接触的气液面平衡。根据帕斯卡定理，井液压力与传压筒7内的气体压力相等，通过毛细钢管6内气体将传压筒7内的压力传递到地面上，在地面上读出气体压力与毛细钢管6内气柱压力之和即为井下被测点压力。井下压力值＝井口测得的压力值+测压毛细钢管6内氮气柱产生的压力值。压力变送器可以将压力信号转换至可被采集系统识别的电信号，采集系统将接收到的电信号输送至数据处理器，再由数据处理器反馈至PC(personal computer)机。

在本实施方式中，第二测量机构包括两个光栅区11。每个光栅区11分别对应于一个油层，光栅区11位于与其对应的油层的水平面。

参照图3所示，宽带光源可以将光线向光纤管10内输送。当宽带光/入射光通过第一光栅区D时，光谱中满足第一光栅区D的波长的光将发生反射，形成反射光1，其余波长的光透过第一光栅区D继续传播至第二光栅区E,光谱中满足第二光栅区E的波长的光将发生反射，形成反射光2。在外界温度发生变化时，布拉格波长随之发生变化。因此，通过精确地测量光栅反射光的布拉格波长的变化量，就可以获得光纤光栅区所处的温度。压力变送器可以将传感器的信号转换至可被采集系统识别的电信号，采集系统将接收到的电信号输送至数据处理器，再由数据处理器反馈至PC(personal computer)机。温度变送器可以将温度信号转换至可被采集系统识别的电信号，采集系统将接收到的电信号输送至数据处理器，再由数据处理器反馈至PC(personal computer)机。

优选地，所述井下测量装置包括控制装置，所述控制装置分别与所述第一测量机构、所述第二测量机构电性连接，所述控制装置能根据所述第一测量机构和所述第二测量机构生成井下的压力值，所述控制装置能根据所述第一测量机构生成井下的温度值。

井下压力值＝井口测得的压力值+测压毛细钢管6内氮气柱产生的压力值。

P_j—井下测压点压力,Pa；P_k—井口测压点压力,Pa；P_d—氮气柱产生的压力,Pa。

由于氮气的温度、压力沿纵向变化较大。因而对氮气柱压力的计算进行分段处理，把氮气柱沿毛细管纵向分成n等份,对于每一段毛细管内的压力、温度可以认为是近似相等的。井下毛细管中氮气处于高压环境,属于非理想气体,这里采用RK(Redlie-k Kwo ng)方程：

P_i＝RT_i/(v_i-b)-a/T_i^0.5v_i(v_i+b)

式中:P_i—第i段毛细管内的压力,Pa

T_i—第i段毛细管内的温度,K(由分布式光纤光栅温度传感器测得)

V_i,—第i段毛细管内的摩尔体积,m³/mol

a＝Ω_aR²T_c^2.5/P_c,b＝Ω_bRT_c/P_c,其中Ω_a＝0.41748,Ω_b＝0.08664,R-气体常数,取8.314KJ/(kg.K)。

P_c,T_c分别为He的临界压力和临界温度,取P_c＝0.1146039Mpa,T_c＝3.3187K。

由式(1),已知P_i、T_i可以求得摩尔体积V_i:

V_i＝f(P_i,T_i)

第i段毛细管内的密度为:

ρ_i＝M/V_i

M—氮气的摩尔质量,0.02801s Kg/mol

第i+1段毛细管内的压力为:

P_i+1＝P_i+ρ_ig H/n。

目前现场应用的毛细管测压技术通常用估计的平均温度T,而实际井下毛细管中温度沿纵向变化较大,而且温度也随时间变化。分布式光纤光栅温度传感器能够以很高精度和分辨率获得井下温度分布，采用实时温度Ti对测压点9的压力进行温度补偿，有效地补偿了温度的影响，使测压精度可以提高0.1％-0.5％。

本申请实施例公开了一种井下测量装置，该井下测量装置可以采用分布式光纤光栅温度传感器测得的实时温度分布对毛细钢管6测压技术进行温度补偿，有效地补偿了温度的影响，使测压精度可以提高0.1％-0.5％。其监测结果可以用来：求得井的注入能力、生产能力以及油层流动阻力资料；确信设备和油井的压力工作条件，是否在安全压力极限以内；通过连续温压观察，得出油藏内的特性和状态方面资料；充分挖潜剩余油，是改善开发效果的关键。连续监测油田井下温压技术适用于海上、陆上的直井、斜井的单层和分层测试；适用于各种采油方式的井，特别适应于稠油井及高温井，弥补了其他测试方法的不足。具有连续、长期、直读的特点。可以适应任何恶劣环境，在油田应用前景十分广泛。

对现场进行实时监测和及时调整控制，计算机监控系统已经在现场得到应用。所有关键的和许多需要的温度、压力等参数用一台微处理器数据采集装置进行在线监测，监测时间间隔按需要或某一固定时间，微处理机可记录数据和报警、同时把这些数据供给计算机，计算机可以根据需要，连续地提供和记录所有输出数据、数据历史记录和趋势、图像等。这种使用计算机的数据采集和报警系统大大地有助于了解注入、油藏和生产过程，同时保证项目的安全和节省人力。

一种井下测量系统，包括：如上述的井下测量装置；油管2；套设在油管2外的套管1；设置在所述油管2与所述套管1之间的封隔器4。

该井下测量系统可以对井下温度和压力的监测，能显示、记录、存储井下温度压力，生成数据文本,通过深度和井筒温度补偿修正得到标准压力值，绘制温度压力曲线，作出解释报告，便于石油工作的研究和进行，能更好地预测油井产能、确定合理工作制度以及分析油井产能变化规律和定量确定油藏压力、温度、地层渗透率和流体物性，调整该区块的开发方案。井下测量系统可以参照上述描述，在此不再累述。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。