井下多相流流量计及监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及井下监测领域，尤其是设及一种井下多相流流量计及监测方法。
【背景技术】
[0002] 一般情况下，油气井在生产时只在地面井口或者采油厂集中进行计量，一般只监 测流量，相持率监测也一般为间断性的，只能对井下产液产气进行地面上的统一记录。对于 井下实际的多相流量、相持率，溫度、压力等特性无法做到在线监测，尤其设及到井下多层 合采，更是无法监测。
[0003] 目前井下也有少量的电子式、多仪器组合型的井下多相流流量计，但是一般情况 下不能长期放置在井下监测；此外，只能进行点式测量，不能分布式测量。如果需要对全井 进行测量，还需频繁起下仪器，造成工程上很多不便，延长了作业时间，对井下干预大。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种井下多相流流量计及监测方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种井下多相流流量计，包括 井下采集设备和井上处理设备；
[0006] 所述井下采集设备包括光纤声波传感器、光纤压力传感器和光纤溫度传感器；
[0007] 所述光纤声波传感器、所述光纤压力传感器和所述光纤溫度传感器均设置在井下 管柱一侧的管壁上；
[0008] 所述光纤声波传感器的声波信号传输至所述井上处理设备；所述光纤溫度传感器 的溫度信号传输至所述井上处理设备；所述光纤压力传感器的压力信号传输至所述井上处 理设备。
[0009] 本发明的井下多相流流量计中，所述井下采集设备包括至少一组所述光纤声波传 感器和至少一组所述光纤溫度传感器；
[0010] 每组所述光纤声波传感器和每组所述光纤溫度传感器分布式的沿所述井下管柱 的延伸方向设置。
[0011] 本发明的井下多相流流量计中，所述井下采集设备包括至少一组所述光纤压力传 感器；
[0012] 每组所述光纤压力传感器与所述井下管柱上的每个压力测量点一一对应设置。
[0013] 本发明的井下多相流流量计中，所述光纤声波传感器、所述光纤压力传感器和所 述光纤溫度传感器集成在井下光缆中，所述井下光缆设置在所述井下管柱一侧的管壁上。
[0014] 本发明的井下多相流流量计中，所述井下光缆通过多个光缆保护器固定在所述井 下管柱上，多个所述光缆保护器沿所述井下光缆的延伸方向分布。
[0015] 本发明的井下多相流流量计中，所述井上处理设备包括
[0016] 光电转换器，与所述井下采集设备相连，用于接收所述井下采集设备的数据，并将 其转换为电信号；
[0017] A/D转换器，与所述光电转换器相连，用于将所述电信号转换成数字信号并输出；
[0018] DSP数字处理器，与所述A/D转换器相连，用于接收所述数字信号并处理。
[0019] 本发明的井下多相流流量计中，所述井上处理设备还包括与所述DSP数字处理器 相连的FPGA忍片。
[0020] 本发明的井下多相流流量计中，所述井上处理设备还包括时钟模块；
[0021] 所述时钟模块与所述井下采集设备相连，且所述时钟模块的控制端与所述DSP数 字处理器相连，W由所述DSP数字处理器控制所述时钟模块记录或读取采集时间。
[0022] 本发明的井下多相流流量计中，所述井上处理设备还包括
[0023] 整形器，与所述光电转换器相连，用于将所述电信号整形为脉冲信号；
[0024] 计数器，输入端与所述整形器相连，输出端与所述DSP数字处理器相连，用于对所 述脉冲信号进行计数并传输至所述DSP数字处理器。
[0025] 本发明还提供了一种井下监测方法，包括如下步骤：
[0026] S1、将井下采集设备集成到井下光缆，并将所述井下光缆下至油气井中；
[0027]S2、利用所述井下采集设备中的光纤声波传感器、光纤压力传感器、光纤溫度传感 器对井下数据进行采集，并将采集到的所述井下数据通过地面光缆传输到井上处理设备 中；
[0028]S3、所述井上处理设备根据获取到的所述井下数据W及内置的计算模型，得出井 下实际特性值.
[0029]S4、通过显示模块对所述井下实际特性值进行显示，W实现监测。
[0030] 实施本发明的技术方案，至少具有W下的有益效果：该井下多相流流量计的井下 采集设备集成了光纤声波传感器、光纤压力传感器和光纤溫度传感器，使得该井下采集设 备的集成度高，从而该井下多相流流量计的结构设计简单，操作简便，适合油气井下井现场 操作。即该井下多相流流量计可W减少相应的工作时间，提高工作效率，降低下井时间、人 力、物力。
【附图说明】
[0031] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0032] 图1是本发明的一实施例中的井下多相流流量计的结构框图；
[0033] 图2是本发明的一实施例中的井下多相流流量计在井下使用时的示意图；
[0034]图3是本发明的另一实施例中的井下多相流流量计在井下使用时的示意图；
[0035] 图4是本发明的一实施例中的井下监测方法的流程图；
[0036] 其中，1、井下采集设备；11、光纤声波传感器；12、光纤压力传感器；13、光纤溫度 传感器；2、井上处理设备；21、光电转换器；22、A/D转换器；23、DSP数字处理器；24、FPGA忍 片；25、时钟模块；26、整形器；27、计数器；3、井下光缆；4、井下管柱；5、光缆保护器；6、套 管；7、井口；8、仪表；9、地面光缆。
【具体实施方式】
[0037] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0038] 图1至图3示出了本发明中的一种井下多相流流量计，该井下多相流流量计主要 可W将一根或多根光缆下到井下，并将光学解调器放置在井上。然后通过光缆上的光纤传 感器采集井下溫度、压力、声波等数据，并将采集到的井下信息上传到光学解调器中进行解 调，从而得到井下分布式多相流量，相持率、井下压力、溫度等信息。
[0039] 图1是本发明的一实施例中的井下多相流流量计的结构框图。图2是本发明的一 实施例中的井下多相流流量计在井下使用时的示意图。图3是本发明的另一实施例中的井 下多相流流量计在井下使用时的示意图。
[0040] 如图1所示，该井下多相流流量计包括井下采集设备1和井上处理设备2。该井下 采集设备1的主要作用在于采集井下溫度、压力、声波等数据上传。该井上处理设备2的主 要作用在于解调采集到的数据，W得到井下分布式多相流量，相持率、井下压力、溫度等信 息。
[0041] 具体的，参阅图1，该井下采集设备1包括光纤声波传感器11、光纤压力传感器12 和光纤溫度传感器。且该光纤声波传感器11、该光纤压力传感器12和该光纤溫度传感器均 设置在井下管柱4 一侧的管壁上。其中，监测到的声波数据是主要的，溫度数据和压力数据 能进行辅助校正。因为每种物质的声速是随着溫度和压力变化的，所W在设置有光纤声波 传感器11的前提下，也需要加入光纤压力传感器12和光纤溫度传感器。
[0042]该井下采集设备1工作时，该光纤声波传感器11的声波信号传输至该井上处理设 备2 ;该光纤溫度传感器的溫度信号传输至该井上处理设备2 ;该光纤压力传感器12的压 力信号传输至该井上处理设备2。
[0043] 进一步地，该光纤声波传感器11、光纤压力传感器12和光纤溫度传感器的组数和 设置方式多种多样，一般情况下，只要能满足监测要求的布置均在本发明的保护范围内。
[0044]本发明中的该井下采集设备1优选的包括至少一组该光纤声波传感器11和至少 一组该光纤溫度传感器。且每组该光纤声波传感器11和每组该光纤溫度传感器分布式的 沿该井下管柱4的延伸方向设置。分布式设置的光纤声波传感器11和光纤溫度传感器能 够使得该井下采集设备1的工作效率更高，测量精度更高。
[0045]本发明中的该井下采集设备1优选的包括至少一组该光纤压力传感器12。且每组 该光纤压力传感器12与该井下管柱4上的每个压力测量点一一对应设置。压力的测量方 式与溫度和声波的测量方式不同。因此，点对点设置的光纤压力传感器12能够使得该井下 采集设备1的工作效率更高，测量精度更高。
[0046]需要说明的是，本发明中的该光纤声波传感器11、该光纤压力传感器12和该光纤 溫度传感器优选的集成在井下光缆3中，该井下光缆3设置在该井下管柱4 一侧的管壁上。 将光纤声波传感器11、该光纤压力传感器12和该光纤溫度传感器集成在井下光缆3中的主 要好处在于，该井下光缆3不仅可W下至略深于油气井产层，也可下至油气井底部，则将光 纤声波传感器11、该光纤压力传感器12和该光纤溫度传感器集成在井下光缆3有利于井下 数据的分布式的采集和传输。
[0047] 可W理解地，该光纤声波传感器11、光纤压力传感器12和光纤溫度传感器，W及 井下光缆3能耐高溫高压。其中，长期耐压不低于150MPa，长期耐溫最高300°C。
[0048] 另外，该井下光缆3的各个光纤传感器即作为光信号传输通道，同时也是光学传 感器。该井下采集设备1的井下光缆3除了集成有光纤声波传感器11、光纤压力传感器12 和光纤溫度传感器外，还可w集成有其他类型的光纤传感器。 W例如图2和图3所示，上述井下光缆3就通过多个光缆保护器5固定在该井下管柱4 上，多个该光缆保护器5沿该井下光缆3的延伸方向分布。其中，井下管柱4包括油管、连 续油管、抽油杆、套管6等。该光缆保护器5的数量和设置位置是不定的，例如，图2中就使 用了两个光缆保护器5将井下光缆3固定在井下管柱4上，而图3中就使用了四个光缆保 护器5将井下光缆3固定在井下管柱4上。当然，只要能够达到精确的固定效果，任意数量 的光缆保护器5及其布置方式均在本发明的保护范围内。
[0050] 上述井下光缆3单独下井时，需采用专用配重机构。该专用配重机构能够保证井 下光缆3不卡顿，不绕圈，不磨损，并不影响其光学传感及信号传输性能。且结合该专用配 重机构，还必须有专用的下井工艺，从而保证该井下光缆3及其中的光纤传感器在下井过 程中的安全及性能。
[0051] 再参阅图2和图3，该井下光缆3穿越井口 7的装置与地面光缆9连接时，在穿越过 程中设置有专用密封装置对井口 7进行密封，W满足该井下光缆3长期耐压不低于150MPa， 长期耐溫最高30(TC的要求。此外，为了安全起见，在穿越过程中井口 7处还设置有光缆防 喷装置。且一般情况下，井口 7处还设置有流量等仪表8。
[0052] 再参