净油气井测试系统的制作方法

净油气井测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于油气井组的净油气井测试系统，其包括至少两个净油气测量系统和多个阀，所述多个阀与所述油气井组中的各个井流体连通并且可独立地在第一状态与第二状态之间构造，在所述第一状态中，阀使得流按路线输送至第一净油气测量系统，在所述第二状态中，阀使得流按路线输送至第二净油气测量系统。每个净油气测量系统均适当地具有在不进行分离的情况下测量包括油、气和水的多相流的能力。例如，每个测量系统均可包括多相科里奥利流量计和含水量计量计。每个测量系统均适当地包括提供关于多相流的测量值的不确定度的动态估计值的能力。
【专利说明】净油气井测试系统
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及用于测量产自油气井的流体的系统和方法，并且更加特别地涉及下述系统和方法，所述系统和方法使用诸如多相科里奥利流量计的多相流量计来测量产自油气井的油、气和水的流量。本发明的一些方面更加一般地涉及测量多相流体流量而且还具有油气工业范围之外的用途。
【背景技术】
[0002]在油气工业中使用多种不同的流量计以提供关于产自油气井的流体的信息。一种这样的流量计是科里奥利流量计。如本领域中的技术人员所已知的，科里奥利流量计包括电子发送器和过程流体所通过的振动流管。所述发送器通过将驱动信号发送至一个或多个驱动器来保持流管振动并且基于来自两个传感器的信号来实施测量计算。该装置的物理性质指出科里奥利力沿着传感器之间的测量段作用，从而导致正弦传感器信号之间的相位差。这种相位差基本上与通过测量段的流体的质量流量成比例。因此，相位差为流经流管的流体的质量流量测量提供了依据。科里奥利流量计的流管的振荡频率随着流管中的过程流体的密度而改变。可从传感器信号中提取频率值(例如通过计算连续零交叉处之间的时间延迟)，以使得可获得流体的密度。还监测流管温度，以使得能够补偿流管硬度的变化，流管硬度的变化可能影响振荡频率。
[0003]科里奥利流量计广泛应用在多种不同工业中。直接测量质量流量通常优于基于体积的计量，这是因为材料的密度和/或体积可能随着温度和/或压力而变化，但质量却保持不受影响。这在油气工业中尤为重要，在所述油气工业中，能量含量并且因此产值是质量的函数。
[0004]测量两个参数(质量流量和密度)的科里奥利流量计理论上能够解决两相(液体/气体)混合物。然而，除非简化假设条件，否则科里奥利流量计自身不能解决一般的三相油/水/气混合物，所述一般的三相油/水/气混合物是大部分井产物的特征。通过包括流体流量的第三测量值(诸如含水量(水在液体混合物中的比例，通常介于0%到100%的范围内))，使得能够实现真正的三相计量。在上游油气工业中使用术语“净油量(Net Oil)”来描述三相或者液体(油/水)流中的油流量。油气工业中的共同目标是确定由多口井中的每口井产出的净油量，这是因为所述信息在做出有关影响油气田的产量和/或用于优化油气田产量的决定时很重要。
[0005]在图1中示出了传统油气井测试系统。在这种井测试系统中，在任何时候，都将多口井(即，由N 口井构成的集群)中的一口井引入到测试分离器中，而其余井(即，N — I)被组合以用于运送到生产设施。产自选定井的输出被分离开以取得从该选定井输出的油气的体积流量。气液测试分离器的流动路径与使用“旁通”通道的相同井的流动路径明显不同。因此，在大部分时间中，测试分离器流动路径中的井产量在其沿着旁通通道流动时可能没有真实反映其产量。
[0006]本发明做出了将在下文详细描述的多种改进，所述多种改进可应用于科里奥利流量计的领域以及可应用于净油气测试的领域。

【发明内容】

[0007]油气井测试系统包括第一净油气测量系统和第二净油气测量系统(例如，基于科里奥利机理的测量系统)和多个阀，所述多个阀用于将集群中的多口井中的每一口连接到第一净油气测量系统和第二净油气测量系统中的一个。可切换阀的状态，以选择性地改变哪一个测量系统与选定井流体连通。系统的控制器构造成根据接收自第一净油气测量系统和第二净油气测量系统的预设数据和切换后的数据来计算与已经切换的阀相关联的井的输出的参数(例如，体积流量或者质量流量)。还公开了计算所述参数的方法。
[0008]本发明的另一个方面是测量控制器，所述测量控制器用于确定一组井组中的每口独立井的输出的参数。测量控制器包括测量控制器，所述测量控制器包括处理器和存储器。测量控制器适于与多个阀、第一净油气测量系统和第二净油气测量系统通信，所述多个阀中的每一个构造成与独立井中的一口 口流体连通。测量控制器构造成，以便:(i)当多个阀中的第一阀处于第一状态并且将对应井流体连接到第一净油气测量系统而且多个阀中的第二阀处于第二状态且将对应井流体连接到第二净油气测量系统时，从第一净油气测量系统和第二净油气测量系统接收预设数据；(ii)将第一阀从第一状态切换到第二状态，使得第一阀将对应井流体连接到第二净油气测量系统；(iii)在将第一阀从第一状态切换到第二状态之后，从第一净油气测量系统和第二净油气测量系统接收切换后的数据；和(iv)基于接收到的预设数据和切换后的数据来计算与第一阀相关联的井的输出的参数。
[0009]本发明的另一个方面涉及一种评估一组油气井组的流量的方法。所述方法包括:使得来自第一井分组的输出通过第一管道共同流到第一流量测量系统，与此同时使得来自第二井分组的输出通过不同于第一管道的第二管道共同流到第二流量测量系统。测量通过第一流量测量系统的总流量和通过第二测量系统的总流量。来自独立井的输出的路线从所述第一净油气测量系统和第二净油气测量系统中的一个改变为所述第一净油气测量系统和第二净油气测量系统的另一个。改变路线之后，测量通过第一净油气测量系统和第二净油气测量系统中的至少一个的总流量。改变路线之前的总流量和改变路线之后的总流量之间的差值用于评估所述独立井的流量。
[0010]本发明的又一个方面是多相流量计量系统，该多相流量计量系统用于测量包括油、水和气的多相流体。所述系统包括科里奥利流量计，所述科里奥利流量计适于测量多相流体的质量流量和密度。所述系统具有含水量计量计，所述含水量计量计适于测量多相流体的含水量。处理器构造成使用来自科里奥利流量计的质量流量和密度以及来自含水量计量计的含水量而确定油的油质量流量、水的水质量流量和气的气质量流量。处理器还构造成确定油质量流量、水质量流量以及气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值。
[0011]下文将部分地呈现并且指出其它目的和特征。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是图解了传统的油气井测试系统的示意图；
[0013]图2是油气井测试系统的一个实施例的示意图；
[0014]图3是适于在图2的油气井测试系统中使用的净油量撬的一个实施例的侧正面图；
[0015]图4是适于在图3的净油量撬中使用并且用于在图2中图解的油气测试系统中使用的科里奥利流量计的一个实施例的透视图；
[0016]图5是图4中示出的科里奥利流量计的侧正面图；
[0017]图6是图解了图3的净油量撬的电子体系结构中的一些的示意图；
[0018]图7是图解了观察的质量流量、观察的密度下降和密度下降误差之间关系的一个示例的绘图，所述观察的质量流量、观察的密度下降和密度下降误差可用于改善使用图4和图5的科里奥利流量计测量的测量值；
[0019]图8是图解了当多相流的含水量在介于0%到100%的大范围内变化时低液体质
量流量误差的绘图；
[0020]图9是显示屏，该显示屏在显示器的上部部分中示出了多相流的成分中的每一种成分的时变空隙分数，以及示出了从多相流测得的气、油和水的对应时变流量；
[0021]图10是图解了自验证传感器的一个实施例的示意图；和
[0022]图11用于提供多相流成分的不确定度的估计值的系统的示意性流程图。
[0023]在所述附图中对应的附图标记表示对应的部件。
【具体实施方式】
[0024]参照图2，用100总体表示油气井测试系统的一个实施例。油气井测试系统100包括流体连接到由N 口井101构成的井组的多根井输出管道102 (例如，管)。尽管在图2中示出了 4 口井，但是井组中的井的数量N可改变。井101典型地是同一油气储层和/或分享同一生产设备120的井集群。每根井输出管道102适当地连接到单口井101，因此由每口独立井产出的流体被隔离在对应管道102中。每根井输出管道102与多个阀104 (例如，多个三通阀)之一流体连通。由于下文解释的原因，每个阀104可在第一状态和第二状态之间独立构造，在所述第一状态中，阀将对应井输出管道102流体连接到第一进入管道108，以将流体流引导到第一净油气测量系统110，在所述第二状态中，阀将对应井输出管道流体连接到第二进入管道111，以将井流引导至第二净油气测量系统112。与来自其它井的输出无关地，可选择性地将来自井组中的每口井101的输出按路线输送至油气测量系统110、112中的任意一个。在流经第一净油气测量系统110和第二净油气测量系统112之后，可以将井流输送至生产设备120。流经第一净油气测量系统110和第二净油气测量系统112的流量总和基本是从所有N 口井产出的流体的组合流量。油气井测试系统100还可包括:第一压力调节阀116，所述第一压力调节阀将第一进入管道108流体连接到第一净油气测量系统110 ;和第二压力调节阀118，所述第二压力调节阀将第二进入管道111流体连接到第二净油气测量系统112。
[0025]第一净油气测量系统110和第二净油气测量系统112中的每一个分别可以包括科里奥利流量计系统(也被称作“基于科里奥利机理的净油计量撬”)，所述科里奥利流量计系统允许从井口直接测量气、油和水，而无需使用传统气液分离器首先将组分分离开。较之基于分离器的油气井测试系统，这种基于科里奥利机理的计量撬可提供若干优势，包括但不局限于:1)不需要将输出分离开，使得更易于捕获井的自然流型；2)可在数分钟内而非数小时内捕获准确的流量；和3)与传统井测试系统相比，其有助于减小设备占地面积并且减少维护工作。应当理解的是，第一净油气测量系统Iio和第二净油气测量系统112中的每一个可以包括不同类型的流量计系统，所述不同类型的流量计系统包括具有在本发明范围内的气液分离器的流量计系统。第一净油气测量系统和第二净油气测量系统如在图解的实施例的情况中是相同的，但是还应当意识到的是在本发明的广泛范围内这不是必需的。
[0026]用于在井测试系统110、112中使用的基于科里奥利机理的计量撬的一个实施例
的示例是可从Invensys Systems, Inc.获得的F'oxbOlO⑩多相测量净油气解决方案。在
美国授予前的专利申请公报N0.20120118077中还描述了科里奥利净油撬的详细描述，其全部内容在此通过引用并入本文。通常，净油撬包括:管道，流体从井流经所述管道；科里奥利流量计，其用于测量液体和气体的混合物密度和质量流量；含水量计量计，其用于测量液体中所含水的百分比；和与管道流体连通的多变量压力和温度传感器，其用于针对气体密度基准测量压力和温度。
[0027]在图3中图解了一种可用作测量系统的适当的净油撬的一个实施例。撬600机械设计成经由管道系统上升和下降并且通过水平顶部段中的集成流量校正机来调控过程流体流量，以使气相和液相之间的滑动最小化。在这个实施例中，液相率探针230在系统的入口 602与出口 608之间与多相科里奥利流量计215垂直串联。液相率探针230是适当的含水量计量计(或者含水量探针)，所述液相率探针230测量流经所述液相率探针230的流体中的水百分率的估计值。水百分率可被称作含水量。所述系统600还包括接口模块609，所述接口模块可以包括电子处理器、电子存储装置(诸如，存储器)和一个或多个输入/输出模块(诸如，显示器；通信接口，通信接口用于连接到与科里奥利流量计215通信和/或与液相率探针230相接的发送器，和/或用于连接到远程终端(未示出)；和触觉手动输入装置，诸如键盘和鼠标)。在水、油和气被接收到来自井101中的一口或多口井的多相流中时，多相科里奥利流量计215和液相率探针230 —起能够测量包括所有三种成分的混合物中的水、油和气的流量。
[0028]在系统600中，科里奥利流量计215定位并且布置成使得流体沿着对应于重力方向的向下方向流经科里奥利流量计。在图3示出的示例中，液相率探针230和科里奥利流量计215沿着向下取向位于撬600的向下支腿上。在低压、高GVF(含气率)应用中将液相率探针230和科里奥利流量计215沿着向下取向放置在撬600的向下支腿上是有益的，诸如，可以在某些油气井，尤其是产自衰竭储层的成熟井中可能遇到这种放置方式。例如，与科里奥利流量计定向成使得流体沿着向上方向流动的系统相比，通过布置系统使得流体向下流经科里奥利流量计215可以致使科里奥利流量计更为有效地排放。另外，可以在撬600的向上支腿610上自然发生多相流体的气相和液相的分离，这是因为在任何时候气体都通过流管215，而液体趋于收集在向上支腿610中，直到足够大的液塞能够通过撬600的顶部段611到达向下支腿608。一旦液体已经通过科里奥利流量计215，重力便发挥作用，以最小化或者消除回流到流管215中的液体流。在一些实施方案中，在撬600中可以包括诸如止回阀(未示出)的装置，以进一步最小化回流到流管215中的回流。
[0029]另外，如图3所示的布置方案可以减小科里奥利流量计215处于部分填充状态(或者部分填充条件)的可能性。例如，当液体流完全停止或者接近停止时，就低产量油气井而言，这可能持续发生很长一段时间，除非科里奥利流量计215完全排空，否则流管215可能进入部分填充状态。在处于部分填充状态时，流管215可以产生虚假(错误)的非零质量流量读数，这继而可能导致产生流经系统600的油和水流量的错误读数。然而，图3中示出的布置方案减小或者消除了液体被圈闭在科里奥利流量计215的流管内的可能性，从而减小或者消除了部分填充状态的发生以及减轻部分填充状态的影响。
[0030]在图4和图5中图解了总体用10表示的科里奥利流量计的一个实施例。流量计10包括:一根或多根管道18、20 (也称作流管)；一个或多个驱动器46a、46b，用于驱动一根或多根管道的振动；和一对运动传感器48a、48b,所述一对运动传感器48a、48b产生表不一根或多根的振动的信号。在图解的实施例中，存在两根管道18、20、两个驱动器46a、46b和两个运动传感器48a、48b，并且驱动器和运动传感器定位在管道之间，以使得每个驱动器和运动传感器可针对两根管道操作。本领域中的技术人员应当理解的是，科里奥利流量计可以具有仅一根管道和/或可以具有仅一个驱动器。还应当理解的是，一根或多根管道可以具有与在图解的实施例中的管道18、20不同的构造。
[0031]如图4和图5所示，流量计215设计成插入到输送管线(未示出)中，所述输送管线的一小段被移除或者预留以便为流量计腾出空间。流量计215包括:安装凸缘12，用于连接到输送管线；和中央歧管块16，所述中央歧管块16支撑两个平行的平面环形件18和20，所述平面环形件18和20垂直于输送管线定向。驱动器46a、46b和传感器48a、48b附接在环形件18和20的各端部之间。数字控制器(未示出)用幅度相等但符号相反的电流(即，180°异相的电流)激励环形件18、20的相对端部上的驱动器46a、46b，以致使环形件18,20的直线段26围绕它们的共面垂直平分线56(图5)旋转。通过重复换向(例如正弦控制)，供应到驱动器46a、46b的激励电流致使每个直线段26均承受振荡运动，所述振荡运动围绕环形件的对称轴线56在水平平面中扫出蝴蝶结形状。环形件在下圆形转弯38和40处的整体侧向位移很小，就直径为一英寸的管的两英尺长的直线段26而言，所述侧向位移大约为1/16英寸。尽管所述振荡频率可根据一根或多根流管的尺寸和构造而改变，但是振荡频率典型地为大约80赫兹至90赫兹。
[0032]如本领域中的技术人员所理解的，科里奥利效应引发两个传感器48a、48b之间的相位差，所述相位差基本与质量流量成比例。再者，环形件18、20的谐振频率将根据流经所述环形件的流体的密度而变化。因此，可测量质量流量和密度。诸如音频质量的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)以及现场可编程门阵列(FPGA)的新型技术的开发，可促进科里奥利流量计的新能力的发展，诸如处理多相流的能力。可对源自传感器之间的相位差的基本测量值施加多种校正。例如，多相流将可变阻尼引到流管上，所述可变阻尼高达比单相条件下的可变阻尼高三个数量级的幅度，从而需要进行灵敏且精准的驱动控制。另外，在多相流条件下产生的质量流量和密度的测量值受制于大的系统误差和随机误差，为此可定义和实施校正算法。在美国专利 N0.6，311，136 ；N0.6，505，519 ；N0.6，950，760 ；N0.7，059，199 ；N0.7，188，534 ；N0.7，614，312 ；N0.7，660，681 ;和 N0.7，617，055 中提供了了关于科里奥利流量计的操作的其它细节，其内容在此通过弓I用并入本文。
[0033]科里奥利流量计215和液相率探针230与净油计算机(诸如撬600的接口模块609)通信，所述净油计算机计算按标准体积计算的混合液体/气体中的净油流量、水流量和气流量的累计值。三相流的计量复杂，而且实际上，每个测量值的不确定度均随着操作点以及计量技术和其它方面而动态变化。三相测量值的动态不确定度分析将有助于扩展操作条件的范围，在所述操作条件下，可提供有保证的测量性能。实现三相流不确定度分析的一种方法是通过使用蒙特卡洛模拟。以下将解释如何遵循在英国Standard BS-7986中规定的SEVA概念以及已知为测量值不确定度表示指南(GUM)的国际标准来提供三相测量值的不确定度的在线评估。
[0034]利用基于科里奥利流量计215和含水量计量计230的多相计量系统来准确测量液体组分的流量和气体组分的流量所面临的挑战是油、水和气的多相流态。具体地，流态变化可产生滑动条件，在所述滑动条件下，压缩气相的流速与油和水的液相的流速可显著不同，从而致使更加难以实施准确计量。如上所述，撬600虽然设计成使这种滑动条件最小化，但是气相与液相之间仍可能存在滑动。
[0035]存在其它挑战，诸如含水计量计230需要充分混合的油和水流，以实现含水量或者水在油和水流中所占百分比的期望测量精度。如果计量计230定位在撬600的入口侧上，那么在流态导致显著断塞流时，重要的是防止计量计承受先正后负的流动条件。还重要的是，确保计量计230适当地排放，因为在不存在通过计量计的真正流量时，所述计量计230难以区分真正多相流与因由部分填充条件引发的可能的大流量误差和密度误差。在科里奥利流量计215在归一化流速条件下测量液相和气相的情况下，这能够通过使用多相计量系统设计和实施方案来实现，在所述实施方案中，使得气相和液相之间的可能滑动条件最小化以保持受调控的流动剖面。这还有助于促进油和水液相充分混合，以在含水量计量计测量时保持均匀流态。
[0036]撬600上的其它检测仪器由含水量计量计以及压力和温度发送器(未示出)构成。所述压力和温度发送器读出科里奥利流量计215入口处的压力和热井中定位在撬600的顶部处的RTD (电阻式温度检测器)传感器的温度。图6中示出了撬600的硬件/软件体系结构。如所图解的那样，通信/计算单元(例如，图3上的单元609)用作使用网络通信协议RTU工业通信协议(其在油气工业中普通使用)针对所有装置的通信主控装置。计算单元609根据接收到的数据实施三相流测量计算，提供用户界面(用于提供例如气体和流体密度信息)以及还实施数据归档。以I秒的更新速率经由网络通信接口向用户数据采集系统提供实时数据。
[0037]如所图解的那样，存在三个通信接口:针对撬600检测仪器的内网络通信接口 ；向用户提供测量值的外网络通信接口 ；和以太网接口，其使得能够实现远程配置、监测和归档数据检索。显示计算机还提供了用户界面，以使得能够实现本地配置、数据显示等。
[0038]图6还示出了流量计算算法的一个实施例的综述。经由内网络通信接口收集来自仪器的未校正的数据。在此，“未校正”指的是根据它们的单相校准特征来计算多相流的结果:质量流量读数、密度读数和含水量读数。基于由用户提供的数据根据温度读数、压力读数和含水量读数以及配置参数来计算液体密度和气体密度。根据三相流测量模型校正科里奥利流量计的质量流量读数和密度读数。最后，根据校正的质量流量、密度和含水量来计算油测量值、水测量值和气测量值。
[0039]根据内部观察的参数使用神经网络实施针对质量流量读数和密度读数的校正。一个重要参数是密度下降，即，纯液体密度(对于特定的含水量值)和气体/液体混合物的观察到的密度之间的差值。例如，图7示出了在保持其它参数值不变(例如，含水量为45%)的情况下，针对观察到的质量流量和密度下降的观察到的密度下降误差的3维可视化图。在此，零密度下降表示如期望的那样不存在气体，从而不存在密度误差。基于实验室实验数据的模型用于提供针对质量流量读数和密度读数的在线校正。
[0040]这种模型可在较宽泛的流动条件范围内做到与石油工业标准一致。例如，俄罗斯标准G0ST8.165 [2]具有以下关键指标:
[0041]?总液体流量精度要求±2.5%
[0042]?总气体流量精度要求±5.0%
[0043]?取决于含水量的总油流量精度要求:
[0044]〇对于含水量< 70%，油精度要求±6.0%
[0045]〇对于含水量> 70%并且< 95%，油精度要求±15.0%
[0046]〇对于含水量> 95%，没有规定油精度要求，但是可以给出性能指示
[0047]在格拉斯哥市的英国国家工程实验室的英国国家流动实验室中和喀山的VNIIR的俄罗斯国家流动实验室中就撬600进行了试验。最终性能与GOST要求匹配，并且撬600已经获准在俄罗斯使用。例如，图8示出了在规定精度要求为±2.5%的情况中在含水量的整个范围内针对英国国家工程实验室中进行的75个正式试验的液体质量流量误差。典型地，在稳定状态条件下实施实验室正式试验。例如，在图8中，在所有基准(参考)条件均保持恒定的情况下，每个测试结果均基于五分钟试验。在稳定状态下进行测试的优势在于其减小了基准流量的不确定度，以使得可在规定操作点处准确评估撬600的性能。
[0048] 在实践中，仅仅在有限的条件范围下实现期望的精度(不确定度)性能。例如，通过撬600可实现的最大总液体流量可能通过压力下降事项来确定；相反，最小总液体流量可能受限于在低流量条件下撬600的精度性能。在三相流的情况中，在针对可接受的测量不确定度规定操作范围过程中要考虑很多方面。例如，当含水量朝向100%增加时，其变得逐渐难以测量±6.0%范围内的绝对油流量；在这种情况中，如上所述,根据含水量，GOST标准改变油流量精度要求。但是没有针对气体流量测量做出这些规定，在所有情况中均要求所述气体流量测量准确地处于5%内。当气体体积分数(GVF)趋于零时，其变得逐渐难以满足这种要求。
[0049]例如，在认为水密度是1000kg/m3的情况下，考虑纯水和气的混合物，气体密度在管线温度和压力条件下为5kg/m3，并且GVF是5 %。然后，在每立方米气体/液体混合物中，存在950kg水和仅250g气体；G0ST标准要求对所述气体的测量处于±12.5g的范围内。尽管在NEL进行的试验中通过撬600成功实现了这种性能，但是为了实现这种将气体分散在950g水中仍然非常具有挑战性。
[0050]在实验室的静态流动条件下的测试性能因此可用来设定针对参数范围的限制，在所述参数范围内，撬600可获得所需的精度性能。实践中，油测量值、水测量值和气流量测量值中的每一个的精度可以随着操作点(例如，含水量、GVF和液体质量流量)以及其它条件(例如，过程噪声)而动态变化。
[0051]而且，真正的油气井经常呈现动态行为。例如，图9示出了在三小时测试的过程中撬600的现场试验的数据。上方的绘图示出了游离气体、油和水在产出液中所占的体积比，而下方绘图示出了绝对体积流量。在此，井流量和成分示出了含水量、GVF和液体流量的显著动态变化。
[0052]较之传统的分离器技术，撬600的一个主要优势在于:其与仅仅计算数小时时期内的简单累计流量相比提供了动态测量值。为了了解油田的发展状态，基于流量动力学的数据可能对油藏工程师有用。
[0053]传统地，假定只要操作条件在整个井测试期间落入认证规范(例如，G0ST)的范围内，则可认为测量值精度处于规定界限内(例如，对于气体流量而言为5%)。更加务实和灵活的方法是假定就特殊井测试而言，只要在测试持续期间平均的操作条件落入认证标准的规范范围内，则可假定标称精度。
[0054]一种可替代方法是根据操作条件、过程噪声和其它影响因素针对每个测量值提供动态不确定度分析。利用这种方法，根据测量值在井测试期间过程中的动态行为，估计每个测量值的总不确定度。特别地，这种方法可有助于在比单纯的静态分析更宽泛的操作条件范围内表明不确定度的可接受程度。例如，如果液体流量下降到低于基于静态分析的可接受精度的阈值，则动态不确定度分析可表明这种低流量对于整个测试时期内的总不确定度的贡献可能很小，并且表明总体井测试总流量保持在规范范围内。因此，发展针对撬600的动态不确定度分析可产生较之使用基于静态实验室的验证在更宽泛的范围内可接受的不确定度性能。
[0055]传感器验证(SEVA)概念提出了“自验证”或者SEVA传感器应当如何表现的模型，假设针对自诊断的内部计算能力的有效性和数字通信以传动测量值和诊断数据的有效性。这种模型已经结合到英国标准BS-7986[6]中。提出了一组通用指标来描述测量质量。对于每个测量值，产生了三个参数:
[0056]?验证的测量值(VMV)。该验证测量值是传统的测量值，但是如果出现错误，则VMV是所测量的真实值的校正后的最佳估计值；
[0057]?验证的不确定度(VU)。所述验证的不确定度是VMV的计量不确定度或者可能性误差。例如，如果VMV是4.31kg/s,并且VU是0.05kg/s,则传感器声称真实测量值在规定的涵盖区间(通常，k = 2.95%概率)水平下处于4.26kg/s到4.36kg/s之间；和
[0058]?测量值状态(MV状态)。假定即使已经发生错误，但是仍然需要提供测量值的情况，则MV状态表示通用错误状态，在所述通用错误状态下，已经计算出当前测量值。
[0059]SEVA的一个重要方面是产生验证的不确定度、与由传感器提供的每个测量值有关的不确定度的动态评估。在诸如科里奥利流量计的复杂仪器的情况中，在仪器内分别计算每个测量值(例如，质量流量和密度)的不确定度，并且所述不确定度将随着操作点、过程噪声和其它参数而动态变化。在线不确定度可用于多种目的，诸如，决定控制系统行为(例如，为了作出控制决定是接受还是拒绝测量值的质量)。在组合测量值(例如，在形成质量平衡或者其它较高水平计算时)的情况下，SEVA方案提议规定较高水平的不确定度分析，其中，在计算最终测量值的不确定度中使用输入测量值的动态不确定度。再者，已经发展了冗余SEVA测量值之间的一致性检验。
[0060]如图11所示，来自科里奥利流量计、含水量计量计和其它传感器的每个测量值的不确定度的动态评估可用于产生气流量、水流量和油流量的三相测量值的对应在线不确定度评估值。
[0061]在测量不确定度表示指南或GUM中，描述了多种用于由输入变量的值和不确定度来计算输出变量的不确定度的技术。在简单分析输入和输出之间关系的情况中，可使用公式化表达式。在更为复杂的情况中，在例如在输入变量之间可能存在校正和/或不易于用代数关系式表达函数关系的情况中，可适当地使用蒙特卡洛模拟(MCM)。在JCGM.aJCGMlOl:2008.Evaluation of measurement data-Supplementlto the “Guideto the expression of uncertainty in measurement，，-Propagation of distributionsusing a Monte Carlo method”，www.bipm.0rg, 2008 中更为详细地描述了蒙特卡洛模拟，其内容在此通过引用并入本文。考虑到三相流计算的包括神经网络模型的复杂性，MCM是评估撬600的输出不确定度的适当装置。图11图解了这种方法，在所述方法中，将来自科里奥利流量计215的质量流量测量值和密度测量值的不确定度以及来自液相率探针230的含水量测量值的不确定度连同对应的测量值一起输入到蒙特卡洛算法中，以产生针对油流量、气流量和水流量的不确定度。
[0062]为了简要概括蒙特卡洛方法，多次实施测量值计算，其中，在每种情况下，均基于输入变量的相应概率分布而随机选择输入变量(例如，质量流量、密度、和含水量)。在进行足够数量的重复计算的情况 下，可能估计每个输出变量的概率分布，并且由此计算平均值和涵盖区间或者不确定度。
[0063]GUM主要旨在用于进行静态离线分析。在GUM的第七章节中，讨论了 M个蒙特卡洛试验，建议一百万次模拟可能适于确保输出变量Y分布的粗略估计。在I秒更新率的条件下，这显然在在线撬中不可能实行。因此，提供针对撬600的动态不确定度分析的方法的一个实施例包括:
[0064]?在每个新计算时期开始时，从撬600检测仪器中收集质量流量、密度、含水量、压力和温度的测量值；
[0065]?从仪器自身或者在撬600的接口模块609中获得这些测量值中的每一个的不确定度的估计值；
[0066]?针对概率密度函数假设简单高斯分布。在质量流量和密度测量值之间存在仅有可能的相关性(可假设所有其它参数皆是不相关的)；
[0067]?在从它们假定的高斯分布中随机选取针对每次计算的输入参数的情况下，通过实施处于大约50次到大约100次之间的三相测量值计算来进行蒙特卡洛模拟；
[0068]?假定最终的油、水和气的质量流量是高斯分布，使得可由蒙特卡洛模拟模拟的结果计算出每个流量的最佳估计值和不确定度；以及
[0069]?针对每种流体类型更新累计流量及其不确定度。
[0070]甚至在每次测量值更新仅仅50-100次MCM计算的情况下，如果要实时实施这种方法，则该方法要求在撬600的计算能力资源方面大幅增加。然而，这样做的好处是动态不确定度分析可能使得能够保证给出撬600的总测量值输出，并且当在不进行动态不可能保证这种不确定度分析时，基于撬的净油气测量系统(诸如图2中的系统110和112)处于根据一个或多个具体标准的用于误差的规定公差内。
[0071]再次参照图2，在测试井的第一示例性方法中，对位于第一净油气测量系统110和第二净油气测量系统112之间的井的选择大体平衡，以使得测量系统接收大致相同的组合流量。平衡来自井101的流量的一种方法包括使用已设立井的众所周知的近似长期生产率。使用这种信息，以从最高流产量和最低流产量的顺序记录井，从而从将I分配给最高流量开始、将2分配给下一流量以此类推来分配每个索引号，因此，作为一个非限制性示例，表1(下文)示出了包括10 口井101的集群。10 口井101中的每一口均包括由历史长期生产率确定的液体流量(kg/s)。基于测量系统110、112的精度来确定或者估计不确定度(简写为 “unc”)。
[0072]表1
[0073]
【权利要求】
1.一种用于测试一组油气井组的净油气井测试系统，所述油气井组包括多口独立井，所述净油气井测试系统包括: 第一净油气测量系统和第二净油气测量系统； 多个阀，所述多个阀包括至少第一阀和第二阀，每个阀构造成用于与所述独立井之一流体连通，其中，每个阀能够独立地在第一状态与第二状态之间构造，在所述第一状态中，所述阀将对应井流体连接到第一净油气测量系统，在所述第二状态中，所述阀将所述对应井流体连接到第二净油气测量系统。
2.根据权利要求1所述的净油气井测试系统，所述净油气井测试系统还包括: 测量控制器，所述测量控制器包括处理器和存储器，所述测量控制器与所述多个阀、所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统通信，所述测量控制器构造成: 当所述第一阀处于所述第一状态中并且所述第二阀处于所述第二状态中时，从所述第一净油气测量系 统和第二净油气测量系统接收数据； 将所述多个阀中的第一阀从所述第一状态切换到所述第二状态； 在将所述第一阀从所述第一状态切换到所述第二状态之后，从所述第一净油气测量系统和第二净油气测量系统接收切换后的数据； 根据接收到的数据和切换后的数据计算与所述第一阀相关联的井的输出参数。
3.根据权利要求1所述的净油气井测试系统，所述净油气井测试系统还包括测量控制器，所述测量控制器包括处理器和存储器，所述测量控制器与所述多个阀、所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统通信， 其中，所述测量控制器构造成针对所述井中的一口选定井实施井测试，所述井测试包括: 操作所述阀，以将所述选定井的流体流从所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的一个切换到所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的另一个；以及 针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的至少一个计算因所述切换而引起的总流体流量差。
4.根据权利要求3所述的净油气井测试系统，其中，所述井测试还包括针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的每一个计算因所述切换而引起的总流体流量差。
5.根据权利要求4所述的净油气井测试系统，其中，所述井测试还包括针对所述第一净油气测量系统和第二净油气测量系统计算因所述切换而引起的总流体流量差的平均值。
6.根据权利要求5所述的净油气井测试系统，其中，所述测量控制器构造成根据所述平均值来计算与所述选定井相关联的参数的输出。
7.根据权利要求3所述的净油气井测试系统，其中，所述测量控制器构造成针对所述油气井组中的多口井实施所述井测试，其中，所述测量控制器: 操作所述阀，将来自所述多口井中的每口井的流体流以一次一口井地从所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的一个切换到所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的另一个；以及 针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的至少一个来计算因所述切换而引起的所述多口井中的每口井的总流体流量差。
8.根据权利要求7所述的净油气井测试系统，其中，所述多口井中的井数量为N，并且所述测量控制器构造成通过使得流体流在所述第一净油气测量系统与所述第二净油气测量系统之间切换不超过N+1次来完成针对所有N 口井的测试。
9.根据权利要求7和8中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述测量控制器构造成在(i)和(ii)之间以交替的顺序选择所述井:(i)将所述井中的一口井的流体流从所述第一净油气测量系统切换到所述第二净油气测量系统；和(ii)将所述井中的另一口井的流体流从所述第二净油气测量系统切换到所述第一净油气测量系统。
10.根据权利要求7-9中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述测量控制器构造成按顺序选择所述井，以使得接续的多对测试包括:增大所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统之间的总流量差的流体流切换；和减小所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统之间的总流量差的流体流切换。
11.根据权利要求7-10中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述测量控制器以通过为所述独立井的产量排序的方式确定的顺序来选择所述井。
12.根据权利要求1-11中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述第一净油气测量系统和第二净油气测量系统中的至少一个包括科里奥利流量计和含水量计量计。
13.根据权利要求1-12中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统都不包括任何分离器。
14.根据权利要求1-13中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统基本相同。
15.根据权利要求1-14中的任意一项所述的净油气井测试系统，所述净油气井测试系统还包括用于所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中每一个的压力调节阀，所述压力调节阀适于在所述第一净油气测量系统的入口处和所述第二净油气测量系统入口处都维持恒定压力，而不受所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统因所述切换而引起的流体流量变化的影响。
16.根据权利要求1-15中的任意一项所述的净油气井测试系统，其中，所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的每一个构造成确定油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值。
17.根据权利要求16所述的净油气井测试系统，其中，所述第一净油气测量系统和第二净油气测量系统中的每一个进一步构造成根据蒙特卡洛模拟来确定油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值。
18.根据权利要求16或17所述的净油气井测试系统，所述净油气井测试系统还包括测量控制器，所述测量控制器包括处理器和存储器，所述测量控制器与所述多个阀、所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统通信，其中，所述测量控制器构造成: 操作所述阀，以将来自所述选定井的流体流从所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的一个切换到所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的另一个； 针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的至少一个来计算因所述切换而引起的总流体流量差；将与井测试有关的一个或多个动态不确定度的动态估计值与一个或多个阈值进行比较；以及 响应于对所述不确定度的动态估计值中的一个或多个超过阈值的确定，随后重复执行操作步骤和计算步骤。
19.一种用于确定一组井组中的每口独立井的输出参数的测量控制器，所述测量控制器包括: 包括处理器和存储器的测量控制器，所述测量控制器适于与多个阀通信，所述多个阀中的每一个构造成与所述独立井之一、第一净油气测量系统和第二净油气测量系统流体连通，其中，所述测量控制器构造成: 当所述多个阀中的第一阀处于第一状态中并且将对应井流体连接到所述第一净油气测量系统而且所述多个阀中的第二阀处于第二状态中并且将对应井流体连接到所述第二油气产量测量系统时，从所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统接收预设数据； 将所述第一阀从所述第一状态切换到所述第二状态，以使得所述第一阀将对应井流体连接到所述第二净油气测量系统； 在将所述第一阀从所述第一状态切换到所述第二状态之后，从所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统接收切换后的数据；以及 基于接收到的预设数据和切换后的数据计算与所述第一阀相关联的所述井的输出参数。
20.一种评估一组油气井组的流量的方法，所述方法包括: 使得来自第一子井组的输出通过第一管道共同流到第一流量测量系统，而来自第二子井组的输出通过不同于所述第一管道的第二管道共同流到第二流量测量系统； 测量通过所述第一流量测量系统的总流量和通过所述第二测量系统的总流量； 使得来自独立井的输出从所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的一个改变路线至所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的另一个； 在所述改变路线之后测量所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的至少一个的总流量，以及使用改变路线前的总流量与改变路线之后的总流量的差来评估所述独立井的流量。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，评估流量包括:评估气、油、水中的至少一个以及它们的任何组合的质量流量。
22.根据权利要求20-21中的任意一项所述的方法，其中，评估流量包括:评估气、油、水中的至少一个以及它们的任何组合的体积流量。
23.根据权利要求20-22中的任意一项所述的方法，其中，评估所述独立井的流量包括:评估所述独立井的净油流量。
24.根据权利要求20-23中的任意一项所述的方法，其中，所述井组中的所有井包括在所述第一子井组和第二子井组之一中。
25.根据权利要求20-23中的任意一项所述的方法，所述方法还包括: 使得来自第三子井组的输出通过第三管道共同流到第三流量测量系统； 测量通过所述第三流量测量系统的总流量；使得所述第三子组中的独立井的输出从所述第三测量系统改变路线至所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的一个； 在改变路线之后测量通过所述第三测量系统的总流量，以及使用所述改变路线之前的总流量和改变路线之后的总流量的差来评估所述第三子组中的所述独立井的流量。
26.根据权利要求20-24中的任意一项所述的方法，所述方法还包括: 使得所述独立井中的另一口的输出从 所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的一个改变路线至所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的另一个； 在所述改变路线之后测量通过所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的至少一个的总流量；以及 使用在所述改变路线之前的总流量和在所述改变路线之后的总流量的差来评估所述另一口独立井的流量。
27.根据权利要求20-24所述的方法，所述方法还包括:针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的每一个，计算因所述切换而引起的总流体流量差。
28.根据权利要求27所述的方法，所述方法还包括:针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统，计算因所述切换而引起的所述总流体流量差的平均值。
29.根据权利要求28所述的方法，所述方法还包括:根据所述平均值计算与所述选定井相关联的参数的输出。
30.根据权利要求20-29中的任意一项所述的方法，其中，测量通过所述第一流量测量系统的总流量和通过所述第二测量系统的总流量包括:使用科里奥利流量计和含水量计量计来测量针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的每一个的总流量。
31.根据权利要求20-29中的任意一项所述的方法，其中，测量通过所述第一流量测量系统的总流量和通过所述第二测量系统的总流量包括:测量多相流，而没有在测量所述多相流之前将所述多相流分离成不同的流体组分。
32.根据权利要求20-31中的任意一项所述的方法，所述方法还包括:针对所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的每一个使用压力调节阀，以在所述第一净油气测量系统的入口处和所述第二净油气测量系统的入口处都维持恒定压力，而不受所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统因所述切换而引起的流体流量变化的影响。
33.根据权利要求20-32中的任意一项所述的方法，其中，通过所述第一净油气测量系统和所述第二净油气测量系统中的每一个的所述流包括多相流，所述多相流包括油、水和气，并且所述方法还包括:针对第一流量测量系统和第二流量测量系统来确定油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值。
34.根据权利要求31所述的方法，其中，针对第一流量测量系统和第二流量测量系统确定油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值包括:使用蒙特卡洛模拟。
35.一种多相流计量系统，所述多相流计量系统用于测量包括油、水和气的多相流体，所述系统包括: 科里奥利质量流量计，所述科里奥利质量流量计适于测量多相流体的质量流量和密度；含水量计量计，所述含水量计量计适于测量所述多相流体的含水量；和 处理器，所述处理器构造成利用来自所述科里奥利质量流量计的质量流量和密度以及来自所述含水量计量计的含水量来确定油的油质量流量、水的水质量流量和气的气质量流量， 其中，所述处理器还构造成确定所述油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值。
36.根据权利要求35所述的多相流计量系统，其中，所述处理器还构造成，基于蒙特卡洛模拟来确定油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值。
37.根据权利要求35所述的多相流计量系统，其中，所述处理器进一步构造成通过以下方式来确定油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的动态估计值: (a)计算所述科里奥利质量流量计的表观质量流量测量值、密度测量值和含水量测量值的不确定度； (b)选择表观质量流量、密度和含水量的值，其中从基于每个参数的计算值和不确定度的概率分布选择这些值； (C)使用在(b)中选择的值来实施三相测量计算，以获得模拟的油质量流量、模拟的水质量流量和模拟的气质量流量，以及记录所述模拟的质量流量； (d)重复步骤(b)和(C)至少十次，以获得油质量流量、水质量流量和气质量流量的对应数量的模拟质量流量； (e)计算油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的平均值；以及 (f)使用所述模拟的质量流量来计算油质量流量、水质量流量和气质量流量中的每一个的不确定度的估计值。
【文档编号】G01F1/78GK103959019SQ201380003612
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2012年11月19日
【发明者】M·P·亨利, R·P·卡西米罗 申请人:因文西斯系统公司