一种井下流量监测系统、方法及装置与流程

1.本发明涉及石油测井技术领域，尤其涉及一种井下流量监测系统、方法及装置。


背景技术：

2.现有技术的分布式光纤测温技术日益成熟，光纤由于体小质轻、动态范围宽、响应快、精度高，具有抗电磁干扰、电绝缘和耐腐蚀性等优点，能够实现井下温度剖面实时永久监测，在井温监测有着广泛的应用。而井温剖面数据都是通过测量与地温梯度的局部温度异常定性分析流体流入、流出地层情况。利用井温测井资料实现井下流量的定量解释成为油田现场迫切想解决的问题之一。
3.流体的流动和热量的移动，以及流动的流体和固体间的热量交换，存在着密切的关系，可用来测量流体的流量和流速。分布式光纤测量能够实时反映井筒周围地层的温度分布，但要实现利用分布式光纤测量井下温度剖面来测量流体流速，需要解决井下热源的问题。原本地热是天然的热源，但对于压裂井和注入、产液井中某些注入、产出量的层段所引起的井温变化很微弱，不足以反映流体流动，从而无法清楚得知注入、产出量层段的流量情况。


技术实现要素：

4.本技术实施例通过提供一种井下流量监测系统、方法及装置，能够更准确地监测油井作业过程中，井下目标层段的流体流量情况，改善因井下目标层段中某些层段的温度变化微弱，而无法反应出流体流量情况的问题。
5.第一方面，本发明通过本发明的一实施例提供如下技术方案：
6.一种井下流量监测系统，包括：
7.光电复合缆和控制解调装置，所述光电复合缆设置在油井下的目标层段；其中，所述光电复合缆包括分布式光纤和电加热缆，所述控制解调装置包括数据处理器和功率控制器，所述数据处理器与所述功率控制器连接，所述功率控制器与所述电加热缆连接；所述分布式光纤用于测量所述目标层段的温度信息；所述电加热缆用于在所述功率控制器的控制下，对所述目标层段进行加热，以使得所述目标层段的温度达到预设温度；所述数据处理器用于对所述温度信息进行分析处理，得到所述油井下目标层段的流量数据，其中，所述温度信息包括第一温度剖面数据以及第二温度剖面数据，所述第一温度剖面数据为在所述油井进行作业之前，且所述目标层段温度达到预设温度时测得的，所述第二温度剖面数据为在所述油井进行作业之后测得的。
8.优选地，所述电加热缆包括：加热缆线芯和加热缆保护层，所述加热缆保护层套设在所述加热缆线芯外。
9.优选地，所述光电复合缆还包括：导温层和光电复合缆保护外管；所述分布式光纤、所述电加热缆以及所述导温层均位于所述光电复合缆保护外管内，所述导温层用于传递所述电加热缆与所述目标层段之间的热量，所述光电复合缆保护外管用于保护所述分布
式光纤和所述电加热缆。
10.优选地，所述导温层充在所述分布式光纤、所述电加热缆以及所述光电复合缆保护外管内壁之间。
11.优选地，所述分布式光纤和所述电加热缆并行排列。
12.第二方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
13.一种井下流量监测方法，包括：
14.在油井进行作业之前，控制电加热缆进行加热，以使得所述油井的目标层段的温度达到预设温度；当所述目标层段温度达到预设温度时，获取分布式光纤测量的第一井温剖面数据，所述第一井温剖面数据包括所述目标层段的深度和所述预设温度的关系；在油井进行作业之后，获取所述分布式光纤测量的目标层段的第二井温剖面数据；通过对比所述第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据，得到所述目标层段中作业流体的流量数据。
15.优选地，所述控制电加热缆进行加热，包括：获取所述分布式光纤测量的目标层段的初始井温剖面；基于所述初始井温剖面，控制所述电加热缆进行加热。
16.优选地，所述通过对比所述第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据，得到所述目标层段中作业流体的流量数据，包括：获取所述第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据之间的温度差；根据所述温度差以及预设对应关系，得到目标层段的流量值，其中，所述预设对应关系为预先标定的温度变化量与流量之间的对应关系。
17.优选地，所述预设温度与所述目标层段的温度之间的差值为30度到50度。
18.第三方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
19.一种井下流量监测装置，包括：
20.控制模块，用于在油井进行作业之前，控制电加热缆进行加热，以使得所述目标层段的温度达到预设温度；
21.第一获取模块，用于当所述目标层段温度达到预设温度时，获取所述分布式光纤测量的第一井温剖面数据，所述第一井温剖面数据包括所述目标层段的深度和所述预设温度的关系；
22.第二获取模块，用于在油井进行作业之后，获取所述分布式光纤测量的目标层段第二井温剖面数据；
23.分析模块，用于通过对比所述第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据，得到所述目标层段中作业流体的流量数据。
24.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
25.本发明实施例提供的一种井下流量监测系统，将光电复合缆设置在油井下的目标层段。在油井进行作业之前，通过光电复合缆中的电加热缆进行加热，使得对目标层段的温度达到预设温度。通过光电复合缆中的分布式光纤测量目标层段的温度信息，包括第一温度剖面数据以及第二温度剖面数据。其中，第一温度剖面数据为在油井进行作业之前，且目标层段温度达到预设温度时测得的，第二温度剖面数据为在油井进行作业之后测得的。进而再通过数据处理器对温度信息进行分析处理，得到油井下目标层段的流量数据。
26.本系统利用电加热缆与分布式光纤组合形成的电加热光电复合缆实现了对目标层段流体流量的监测。通过电加热缆对目标层段加热，保证了油井作业过程中，目标层段中
注入或产出流体能够引起较明显的井温变化。从而更清晰地反应流体的流量情况，有利于更准确地监测油井作业过程中，井下目标层段的流体流量情况。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例中一种井下流量监测系统的示意图；
29.图2为本发明实施例中光电复合缆横向剖面示意图；
30.图3为本发明实施例中光电复合缆纵向剖面示意图；
31.图4为本发明实施例中一种井下流量监测方法的流程图；
32.图5为本发明实施例中一种井下流量监测系统的测试示意图；
33.图6为本发明实施例中一种井下流量监测装置的流程图。
具体实施方式
34.本技术实施例通过提供一种井下流量监测系统、方法及装置，能够更准确地监测油井作业过程中，井下目标层段的流体流量情况，改善因井下目标层段中某些层段的温度变化微弱，而无法反应出流体流量情况的问题。
35.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
36.一种井下流量监测系统、方法及装置，包括：光电复合缆和控制解调装置，光电复合缆设置在油井下的目标层段。其中，光电复合缆包括分布式光纤和电加热缆，控制解调装置包括数据处理器和功率控制器，数据处理器与功率控制器连接，功率控制器与电加热缆连接。特别地，分布式光纤用于测量所述目标层段的温度信息。电加热缆用于在功率控制器的控制下，对目标层段进行加热，以使得目标层段的温度达到预设温度。数据处理器用于对温度信息进行分析处理，得到油井下目标层段的流量数据，其中，温度信息包括第一温度剖面数据以及第二温度剖面数据，第一温度剖面数据为在油井进行作业之前，且目标层段温度达到预设温度时测得的，第二温度剖面数据为在油井进行作业之后测得的。
37.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
38.本发明实施例提供了一种井下流量监测系统。如图1所示，井下流量监测系统可以包括：光电复合缆102和控制解调装置101。光电复合缆102设置在油井下的目标层段503，控制解调装置101与光电复合缆102连接，可以设置在工作人员方便监控的地方，可以是油井地面附近处或其他位置。其中，油井可以是压裂井、注气井和注水井等等。目标层段503可以为油井井下作业的目的层以下的层段，举例来说，假设井下作业的目的层底界为1220深度，则目标层段503可以是井下1100到1200深度范围。
39.在一种可选的实施例中，光电复合缆102包括分布式光纤111和电加热缆110，控制解调装置101包括数据处理器、信号解调器和功率控制器。数据处理器分别与信息解调器和功率控制器连接，信息解调器与分布式光纤连接，功率控制器与电加热缆连接。需要说明的
是，数据处理器、信号解调器和功率控制器可以一体设置，或者，也可以独立设置。其中，数据处理器可以包括单片机、arm、dsp或fpga等具有数据处理功能的芯片。
40.分布式光纤111用于测量目标层段的温度信息。具体来讲，分布式光纤111将携带温度信息的光信号传输到信号解调器，信号解调器用于对接收到的光信号进行解调，转换成上述温度信息。
41.电加热缆110用于在功率控制器的控制下，对目标层段进行加热，以使得目标层段的温度达到预设温度。举例来讲，预设温度与目标层段的温度之间的差值可以为30度到50度，当然，这里的目标层段的温度为电加热缆加热前的温度。例如，在温度为80度的目标层段场景下，预设温度可以是在110度到130度的范围内。
42.数据处理器用于对分布式光纤测量的温度信息进行分析处理，得到油井下目标层段的流量数据，具体分析过程在下文的方法实施例中进行详述。具体来讲，分布式光纤111测量的温度信息包括第一温度剖面数据以及第二温度剖面数据。其中，第一温度剖面数据为在油井进行作业之前，控制电加热缆110进行加热，使得目标层段温度达到预设温度时测得的，第二温度剖面数据为在油井开始进行作业之后测得的。在一种可选的实施例中，在油井作业过程中，可以保持电加热缆110继续工作，并在此状态下测得上述第二温度剖面数据。
43.进一步地，如图2、图3中所示，分布式光纤111可以包括光纤保护管105、光纤涂覆层106和光纤纤芯107。光纤纤芯107表面镀有一层涂覆层，光纤保护管105套设在光纤涂覆层106外。光纤保护管105用于保护光纤，它可以选择耐高温、耐磨损、耐腐蚀、阻燃和易穿光纤等特性的材料。举例来说，光纤保护管105材料为一种特种高温塑料。
44.进一步地，如图2、图3中所示，电加热缆可以包括加热缆线芯108和加热缆保护层108，加热缆保护层108套设在加热缆线芯109外，用于保护加热缆线芯109，使电加热缆具有热效率高、机械强度高和使用寿命长等特点。举例来说，加热缆保护层108采用不锈钢材质。
45.进一步地，如图2、图3中所示，为了能让分布式光纤111和电加热缆110能更好地实现导温以及避免器件容易发生损坏，光电复合缆102还可以包括导温层104和光电复合缆保护外管103，分布式光纤111、电加热缆110以及导温层103均位于光电复合缆保护外管103内。其中，导温层104采用的材料需有效地对热量进行传递，这里可以选择导温的绝缘材料，举例来说，导温层材料采用氧化镁。
46.光电复合缆保护外管103用于保护分布式光纤111和电加热缆110，能够对分布式光纤111和电加热缆110形成机械、密封保护等，避免器件受外力造成损坏等影响正常生产的情况。举例来说，光电复合缆保护外管103采用不锈钢材质。
47.具体地，为了能更好地传递电加热缆110与目标层段之间的热量，导温层可以填充在分布式光纤111、电加热缆110以及光电复合缆保护外管103内壁之间。这样能够更有效地对光电复合缆102周围目标层段进行加热，也能够提高分布式光纤111的测温精度。
48.进一步地，为了使各器件之间性能互不干扰，分布式光纤111和电加热缆110可以并行排列，利于分布式光纤111和电加热缆110有效地体现其功能。
49.综上所述，本实施例提供的井下流量监测系统，将分布式光纤111与电加热缆110相结合，利用电加热缆110对目标层段加热，保证了油井作业过程中，目标层段中注入或产出流体能够引起较明显的井温变化，从而更清晰地反应流体的流量情况，有利于更准确地
测量油井作业过程中，井下目标层段的流体流量。
50.本发明实施例提供了一种井下流量监测方法，所述井下流量监测方法可以应用于上述井下流量监测系统，如图4所示，该方法包括以下步骤s401至步骤s404。
51.步骤s401，在油井进行作业之前，控制电加热缆进行加热，以使得油井的目标层段的温度达到预设温度。
52.油井在作业前的生产过程中，目标层段温度会稳定在一定的范围，此时温度为初始温度。具体实施过程中，如图5所示，先将光电复合缆通过生产管柱501下至目标层段503，通过功率控制器调整电加热缆的功率，使光电复合缆对目标层段503进行加热，一定时间后，目标层段503的温度将逐渐达到预设温度。可以理解的是，预设温度应与目标层段503的初始温度应有一定的差值，通过其差值能有效地反应井下目标层段503的温度变化。具体地，预设温度可以是在初始温度上增加30到50度的温度。举例来说，在一种应用场景中，井下目标层段503的初始温度为80度，此时，预设温度可以设置为110度到130度之间。
53.在一种可选的实施例中，为了能更准确地调节电加热缆110的加热温度，使得加热温度与实际应用场景中油井目标层段503的温度适配，步骤s401中，控制电加热缆110进行加热的过程可以包括：获取分布式光纤测量的目标层段503的初始井温剖面数据，基于初始井温剖面数据，来控制电加热缆进行加热。具体地，由于电加热缆110的主要目的是，对目标层段503进行加热，以实现油井进行作业前的初始温度与加热后温度有较大的温度变化。因此，在基于初始井温的前提下，便更能清楚需设置的预设温度范围。举例来说，可以基于初始井温剖面数据确定目标层段的基准温度，在该基准温度的基础上，增加预设步长，作为电加热缆的目标加热温度，然后再基于该加热温度确定电加热缆的功率，从而调整功率控制器，对电加热缆的工作功率进行控制，使得油井的目标层段的温度达到预设温度。其中，基准温度以及预设步长均可以根据实际需要设置。例如，基准温度可以是目标层段的初始最高温度，或者，也可以是初始平均温度，预设步长可以为20度、30度或40度等。
54.另外，这里的油井可以包括压裂井、注水井、生产井以及注气井等。其中，压裂井作业反映了流体的产出流量情况，注水、注气井作业反映了流体的注入流量情况。
55.步骤s402，当目标层段温度达到预设温度时，获取分布式光纤测量的第一井温剖面数据，第一井温剖面数据包括目标层段的深度和预设温度的关系。
56.在一种可选的实施例中，本实施例以压裂作业为例，第一井温剖面数据指在油井压裂作业前，目标层段503达到预设温度时，分布式光纤111所测得的温度数据，也就是加热后井温剖面数据。具体地，当目标层段503温度在某一时刻达到预设的温度阈值时，例如达到110度时，将会自动触发分布式光纤111对目标层段503进行测量，从而获取到加热后井温剖面数据。如图5所示，加热后井温剖面数据包括目标层段503的深度和预设温度之间的关系。
57.步骤s403，在油井进行作业之后，获取分布式光纤测量的目标层段的第二井温剖面数据。
58.在一种可选的实施例中，在油井进行压裂作业后，因为裂缝的产生，油井井筒内将有流体流动，油井与周围地层连通，将破坏加热稳定后的温度场。由于电加热缆110的加热，光电复合缆102周围的温度高于地层原始温度，流体的流入或者流出都会带走光电复合缆的热量。分布式光纤111能够实时监测压裂后温度场分布情况，利用分布式光纤111得到第
二井温剖面数据，也就是实时监测井温剖面数据。这里的实时监测井温剖面数据相比于第一温度剖面数据，因为温度场的改变相应的也会发生变化。需要说明的是，压裂作业后的电加热缆110将持续保持工作，使电加热缆周围不存在裂缝造成流体流动的地方，也能维持在稳定温度状态，从而实现第一温度剖面与第二温度剖面的有效对比。
59.步骤s404，通过对比第一井温剖面数据与第二井温剖面数据，得到目标层段中作业流体的流量数据。
60.在一种可选的实施例中，如图5所示，在目标层段503裂缝处，因为流体流动造成周围的热量也会实时发生变化，从而呈现出不规则的曲线形式。利用分布式光纤111实时监测井温剖面数据，将加热后温度剖面数据与实时监测井温剖面数据对比，便可以直观地了解井下各层流体的流动情况。具体地，对比井温剖面能直观反应出目标层段503中，裂缝引起的温度起伏变化，对比起伏可以判断不同裂缝下的流体流量情况的不同，即起伏越大，流体流动越大，从而得知井下各层流体的流动情况。
61.进一步地，为了反映出流体流量产出情况，通过对比所述第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据，还可以获得第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据的温度差，利用第一井温剖面数据与第二井温剖面数据在同一深度点处的井温差值，结合温度变化量与流量之间关系的标定实验，可以定量计算流体流量。具体为，可以根据温度差以及预设对应关系，得到目标层段503的流量值，其中，预设对应关系为预先标定的温度变化量与流量之间的对应关系。
62.具体地，流量标定实验，指通过实验装置模拟每一层产出量的不同，根据不同的产出温度下的温度曲线的变化，得出不同的流量情况，其中，当温度差越大，产出量将会越多。通过此类标定实验，有效地计算出每一层注入、产出量流量情况。如图5所示的目标层段503处的油层502，根据上述方法便能清楚地得出每一个油层的流体流量，即得出每一层产出量情况，从而得知每一个油层在目标管段的油层中产出量所占百分比，进一步地了解每一个油层的生产潜能。
63.综上所述，本实施例提供的井下流量监测方法，保证了油井作业过程中，目标层段503中注入或产出流体能够引起较明显的井温变化。通过对比开始作业前加热后温度剖面数据与开始作业后的实时温度剖面数据，能够更清晰地得到油井作业过程中，目标层段中注入或产出流体引起的井温变化，有利于更准确地测量油井作业过程中，井下目标层段的流体流量情况。进一步地，通过上述加热后温度剖面数据与实时温度剖面数据的温度差，以及预先标定的温度变化量与流量之间的对应关系，能够定量地得到井下目标层段的流体流量，进而解释出注入、产出量，以此更了解目标层段503的产能，根据产能更利于实现对油井进一步优化。
64.本发明实施例还提供了一种井下流量监测装置，如图6所示，包括：
65.控制模块601，用于在油井进行作业之前，控制电加热缆进行加热，以使得目标层段的温度达到预设温度；
66.第一获取模块602，用于当目标层段温度达到预设温度时，获取分布式光纤测量的第一井温剖面数据，第一井温剖面数据包括目标层段的深度和预设温度的关系；
67.第二获取模块603，在油井进行作业之后，获取分布式光纤测量的目标层段第二井温剖面数据；
68.分析模块604，通过对比所述第一井温剖面数据与所述第二井温剖面数据，得到所述目标层段中作业流体的流量数据。
69.需要说明的是，以上各模块可以是由软件代码实现，也可以由硬件例如集成电路芯片实现。
70.还需要说明的是，以上各模块实现各自功能的具体过程，请参见上述方法实施例中描述的具体内容，此处不再赘述。
71.本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。
72.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
73.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
74.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
75.尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
76.显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。