專利名稱：油井?dāng)?shù)據(jù)的采集方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油井的采集數(shù)據(jù)方法和裝置。具體地說，本發(fā)明的方法和裝置是設(shè)計用于檢測油井工作數(shù)據(jù)并能在發(fā)生事故時作出判斷的。
為了在工作油井中發(fā)揮檢測和事故判斷的作用，需要測量一定數(shù)量的數(shù)據(jù)(主要是物理數(shù)據(jù))。這些數(shù)據(jù)主要與沿油井流動的多相流體有關(guān)(流速、各相比例、溫度、壓力等)。數(shù)據(jù)也可能與油井本身的某些特性有關(guān)(井眼擴大、井斜程度等)。根據(jù)所采用的數(shù)據(jù)采集裝置的類型，可實時或延時地將井下測得的數(shù)據(jù)傳送到地面上。對數(shù)據(jù)實時傳送來說，可通過采用懸掛用電纜的遙測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳送。對數(shù)據(jù)延時傳送來說，井下采集數(shù)據(jù)被記錄在數(shù)據(jù)采集裝置中并且只有當(dāng)該數(shù)據(jù)采集裝置被帶回地面后才能讀取這些數(shù)據(jù)。
無論采用哪種井下數(shù)據(jù)采集方式(實時或延時)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集裝置總是由許多頭尾銜接的模塊構(gòu)成。特別是，速率或流速的測量總是在一個與測量不同流體相比例所用的模塊不同的模塊中且在進行所述比例測量的同時進行的。確切地講，速率或流速的測量通常在模塊組件中的底部模塊內(nèi)進行，而流體中的各相比例是在一個置于上方的模塊中測定的(如果全部測定所有相的比例的話)。這種油井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置的傳統(tǒng)設(shè)置方式尤其是由文獻EP-A-0733780(圖7)示出了。
在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集裝置中，這增加了用于檢測并在油井出現(xiàn)異常時作出判斷的疊置模塊的數(shù)量并產(chǎn)生了各種問題。
首先，在油井的明顯不同的深度處進行數(shù)據(jù)采集這一事實意味著數(shù)據(jù)分析可能出錯或帶來誤差。另外，當(dāng)需要采集大量數(shù)據(jù)時，上述構(gòu)件必然導(dǎo)致要建造一種特別龐大、笨重且昂貴的數(shù)據(jù)采集裝置。長度和重量使在地面上搬運此數(shù)據(jù)采集裝置變得很困難。另外，在把數(shù)據(jù)采集裝置升起來后，需要通過一個減壓閥將此數(shù)據(jù)采集裝置移到地面上，這種減壓閥的成本隨長度增加而提高。
本發(fā)明的一個目的是能在降低的高度范圍內(nèi)實現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)采集。
本發(fā)明的另一個目的是能夠以比現(xiàn)有技術(shù)更低廉的成本實現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)采集。
本發(fā)明的再一個目的是使采集數(shù)據(jù)的整理更方便且減少出錯和導(dǎo)致誤差的幾率。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集方法，它包括以下步驟在流量剖面內(nèi)測量在中心區(qū)域內(nèi)沿油井流動的多相流體的流量，至少在一個處于基本相同深度上的局部區(qū)域內(nèi)確定在該局部區(qū)域內(nèi)的流體相比例。
順便提一句，術(shù)語“局部區(qū)域”是指任何對應(yīng)于油井流量剖面的部分或局部的區(qū)域或三維區(qū)。另外，術(shù)語“基本在相同深度上”是指流體流量的測量深度和流體相比例的測定深度可以相同或相差不大。如果這兩個深度略有差別，則其深度差明顯小于如果兩者在疊置的不同模塊上測量時出現(xiàn)的深度差。由于在基本相同的深度上測量流速并測定流體相比例，所以可以比現(xiàn)有方法更可靠和更精確地分析如此測得的數(shù)據(jù)。另外，由此造成的相應(yīng)裝置長度的縮短簡化了搬運操作并且尤其是因為縮短了減壓閥所需的長度而降低了成本。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在多個環(huán)繞中心區(qū)域的局部區(qū)域內(nèi)測定當(dāng)時的流體相比例。
有利的設(shè)計方案是，在有規(guī)則地散布在中心區(qū)域周圍的且基本與中心區(qū)域間隔同樣遠的多個局部區(qū)域內(nèi)測定當(dāng)時的流體相比例。
最好是，在油井?dāng)嗝鎯?nèi)通過測量在所述中心區(qū)域內(nèi)的流體速率并通過基本在各局部區(qū)域深度上測量油井直徑來決定流量。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，當(dāng)時的流體相比例是在四個彼此以90度角間距散布在中心區(qū)域周圍的局部區(qū)域內(nèi)確定的，并在兩個分別經(jīng)過局部區(qū)域中的兩個局部區(qū)域的正交方向上測量油井直徑。
最好還在井斜時測定基本與油井軸心相交的基準(zhǔn)垂直方向。
本發(fā)明還提供了一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置，它包括在流量剖面內(nèi)測量在油井中心區(qū)域內(nèi)沿油井流動的多相流體的流量的流量測量儀；至少一個基本位于與流量測量儀相同深度上的局部探頭，各局部探頭適用于確定其中浸沒有探頭的流體相的比例。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，流量測量儀是由測速計、自動將測速計保持在油井中心區(qū)域內(nèi)的定心機構(gòu)、環(huán)繞測速計分布的多個局部探頭構(gòu)成的。
有利的是，所述局部探頭有規(guī)則地散布在測速計周圍且基本離測速計同樣遠。
定心機構(gòu)包括至少三個呈V形鉸接桿形狀的臂，各臂的頂端樞轉(zhuǎn)地安裝在一個在鉸接臂之間裝有測速計的中心體上，各臂的末端被鉸接在一個活動末端件上，彈性元件設(shè)置在中心體和各鉸接臂之間以便將臂壓靠在油井壁上，另外，各鉸接臂基本在測速計的深度上裝有局部探頭中的一個探頭。
有利的是，定心機構(gòu)是由四根以90度角間距繞中心體縱軸設(shè)置的臂構(gòu)成的。
流量測量儀最好還包括在圍繞所述縱軸設(shè)置在正相對各臂對之間測量油井直徑的測量計。
特別是，油井直徑測量計包括兩個由中心體承載的差分變換器(differential transformer)。
當(dāng)油井偏斜時，可設(shè)有相似地由中心體支承的機構(gòu)，所述機構(gòu)用于測定基本與中心體縱軸相交的基準(zhǔn)垂直方向。
所述測定基準(zhǔn)垂直方向的機構(gòu)有利地是由一個帶均衡鐵的電位計構(gòu)成的。
以下，以非限定實施例方式且參見附圖來描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其中

圖1是表示設(shè)置在油井中的本發(fā)明數(shù)據(jù)采集裝置的透視圖；圖2是放大地表示圖1裝置的中間段的透視圖，其中測量流量；圖3是以放大比例示出在防護蓋和管殼安裝到位前的圖1裝置頂部的透視圖。
在圖1中，參考標(biāo)記10表示一段工作油井。油井段10配有射孔11，流體通過此射孔從土地中流入油井。之所以用縱截面圖表示此段油井是為了清楚地示出根據(jù)本發(fā)明而制成的數(shù)據(jù)采集裝置12的底部。
從地面通過一根電纜(未示出)將本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置12懸掛在油井10中。由數(shù)據(jù)采集裝置12測得的數(shù)據(jù)沿電纜被實時傳送到地面上(利用遙測技術(shù))。數(shù)據(jù)采集裝置12的頂部(這不是本發(fā)明的一部分)包括一定數(shù)量的探頭如壓力探頭和溫度探頭。它也包括一個遙測系統(tǒng)。
以下參見圖1-圖3來描述數(shù)據(jù)采集裝置12的底部(本發(fā)明的要點所在)。如這些圖所示，裝置12包括一個其軸心被設(shè)計成與油井10軸心重合的管殼14。當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置處于工作狀態(tài)時，管殼14兩端被防漏管塞堵住了。
在當(dāng)此數(shù)據(jù)采集裝置被部分拆開以便露出某些部件時示出了圖1頂部的圖3中，管殼14被向上移動了而其底部管塞由參考標(biāo)記16表示。例如，如此通過螺栓和密封環(huán)(未示出)將管塞安裝到管殼14端部上，即由此形成的內(nèi)部空間與外界密封隔離。無論油井中的壓力是多少，可由此將內(nèi)部空間保持在大氣壓下。
連在底部管塞16下面的是中心體18，所述中心體沿數(shù)據(jù)采集裝置管殼14的軸心向下延伸。在中心體18末端上裝有由一個其軸心與管殼14和中心體18的軸心重合的轉(zhuǎn)子流量計20構(gòu)成的測速計。轉(zhuǎn)子流量計20在不改變流量剖面形狀的情況下測量出沿油井流動的流體速率。
轉(zhuǎn)子流量計20、管殼14和中心體18的共同軸心構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集裝置的縱軸。此縱軸被定心機構(gòu)自動保持在油井10中心區(qū)域內(nèi)即基本在油井軸心上。在所示實施例中，所述定心機構(gòu)包括呈V形鉸接桿形狀的四根臂22，環(huán)繞數(shù)據(jù)采集裝置縱軸且以90度角間距地布置這些臂。
確切地講，如圖1、2所示，各臂22包括繞銷28鉸接的上桿24和下桿26。銷28上裝有小輪或小輥30，相應(yīng)的臂22通過所述輪或輥正常地壓靠在油井10壁上。
中心體18圍繞銷32鉸接在每根桿24的上端上。如圖3所示，所有鉸接銷32在同一深度上且設(shè)置在底部管塞16下方較短距離處。
另外，如圖1所示，臂22的下桿26的末端樞轉(zhuǎn)地安裝在活動末端件34上。此末端件構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集裝置末端。確切地講，兩根對置的下桿26通過銷33基本無間隙地鉸接在末端件34上，而另外兩根下桿26通過可在成型于末端件內(nèi)的縱向槽35中自由滑動的銷33鉸接在該末端件34上。這樣的設(shè)置方式可以使輪或輥30連續(xù)不斷地支承在油井10壁上，即使油井?dāng)嗝媸欠钦龍A形時也是如此。
特別是如圖1、2所示，簧片36設(shè)置在中心體18和各臂22之間，從而牢固地支承從中心體18上展起的臂，即當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置于油井中時，臂壓支在油井壁上。為此，簧片36頂端固定在靠近鉸接銷32的中心體18上而簧片末端鉸接在靠近鉸接銷28的上桿24上。
所述的結(jié)構(gòu)還具有設(shè)置在各上桿24和中心體18靠近支承轉(zhuǎn)子流量計20的末端之間的加強桿38。確切地說，各加強桿38上端被銷40鉸接在相應(yīng)上桿24的中心部位上。另外，與正相反的兩個臂22相連的加強桿38的末端通過銷42鉸接在兩個滑動安裝的部件44、46上，這兩個部件可彼此獨立地在中心體18上移動。和上述下桿26和末端件34的鉸接結(jié)構(gòu)一樣，這種設(shè)置方式可以使所有臂22的輪或輥30壓靠在油井10壁上，即使油井是非正圓形時也是如此。
如圖1所示，各臂22被用于承載局部探頭48(這些探頭中的一個探頭被探頭承載臂擋住了)。確切地講，局部探頭48全在同一深度上被固定到臂22的下桿26上并如此選擇上述深度以使其大致等于測速轉(zhuǎn)子流量計20的深度。在所示實施例中，局部探頭48處于略低于轉(zhuǎn)子流量計20的深度上。但是，這兩個深度的差值總是明顯小于如果局部探頭和轉(zhuǎn)子流量計被裝在疊置的不同模塊上時出現(xiàn)的深度差值。由于探頭在臂22上的安裝方式，所以局部探頭48有規(guī)則地散布在測速轉(zhuǎn)子流量計20的周圍且它們離轉(zhuǎn)子流量計基本同樣遠。局部探頭可由任何適用于測量在圍繞探測部的局部區(qū)域內(nèi)的流體相比例的探頭構(gòu)成。例如，局部探頭48尤其是可以由文獻EP-A-0733780所述的導(dǎo)電探頭或文獻EP-A-0809098所述的光學(xué)探頭構(gòu)成。
各局部探頭48通過電纜50與接線柱52相連(圖3)，所述接線柱從管塞16底面向下延伸。應(yīng)該注意的是，在示出了部分拆開的數(shù)據(jù)采集裝置的圖3中，所示接線柱52得到套管的保護。與局部探頭48有關(guān)的電路設(shè)置在管殼14內(nèi)且通過其它電纜(未示出)與接線柱52相連。
為能夠測速并揭示流動方向，迫使轉(zhuǎn)子流量計20隨軸(未示出)轉(zhuǎn)動，在該軸的頂端上裝有若干塊永久磁鐵(如六塊永久磁鐵)。這些磁鐵成平行于中心體18軸心延伸的圓柱狀。這些磁鐵距離中心體18軸心同樣遠且它們有規(guī)則地散布在所述軸心的周圍。在永久磁鐵的上方，中心體18裝有兩個彼此略微角錯位地設(shè)置的且磁鐵經(jīng)過的傳感器。轉(zhuǎn)子流量計20的軸和磁鐵被放置在中心體18的孔內(nèi)，此孔中的壓力與油井壓力相同。相反，傳感器被安裝在一個通過密封隔板與上述孔隔斷從而永遠處于大氣壓下的凹槽中。電線將傳感器和設(shè)置在管殼14內(nèi)的電路連在一起。如圖2所示，如此將轉(zhuǎn)子流量計20的葉片54安裝在中心體18上，即葉片能夠在臂22自身被向下收折到中心體18上時向下收折。
為此，各轉(zhuǎn)子流量計20的葉片54的底部被鉸接在中心體18上，各葉片通過凸輪面(未示出)與滑動安裝在中心體18上的環(huán)56配合動作。彈簧58設(shè)置在環(huán)56和構(gòu)成中心體18末端的軸環(huán)之間。彈簧58通常使環(huán)保持在上位置上，從而轉(zhuǎn)子流量計20的葉片54象圖1所示的那樣徑向展開。當(dāng)臂22向下收折時，如圖2所示，至少部件44、46中的一個部件壓靠環(huán)56，從而克服彈簧58壓縮力地向下推壓環(huán)。環(huán)56的向下運動具有使葉片54也向下樞轉(zhuǎn)的作用，如圖2所示。
特別是在圖3所示的優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)采集裝置還包括在各對正相反的臂22之間測量油井直徑的測量計。所述油井直徑測量計與由轉(zhuǎn)子流量計20構(gòu)成的測速計一起構(gòu)成了測量沿油井流動的多相流體流速的流量測量儀。油井直徑測量計包括兩個收藏在管殼14內(nèi)的且由固定在中心體18上的底部管塞16支承的變換器(transformer)54。這兩個變換器(transformer)54是線性差分變換器且其活動底部56在管塞16下方向下延伸以便接受不同的各對臂22的驅(qū)動。
因此，變換器54用于測量油井10的兩個相互垂直的直徑。此變換器產(chǎn)生了與在進行測量的區(qū)域內(nèi)的可能出現(xiàn)的油井井眼擴大有關(guān)的數(shù)據(jù)。
在圖3所示的實施例中，由與均衡鐵60相連的變阻器58構(gòu)成的測量計也被罩在管殼14內(nèi)以便在井斜時確定基本與數(shù)據(jù)采集裝置12縱軸相交的基準(zhǔn)垂直方向。
確切地講，帶均衡鐵60的變阻器(rheostat)58在變換器54上方被罩在管殼14內(nèi)，從而其軸心與管殼軸心重合。一旦管殼軸心因其中裝有數(shù)據(jù)采集裝置的油井偏斜而傾斜了，則均衡鐵60自動確定向下方向。因此，變阻器58所發(fā)出的信號取決于相對數(shù)據(jù)采集裝置中心體18的垂直定向。如此獲得的基準(zhǔn)垂直方向特別是用于確定各局部探頭48的三維方位以及由臂22對和變換器54測量所得的兩個直徑中的每個直徑的方位。
因此，可以毫無困難地對所進行的各種測量進行修正。
也如圖3所示的那樣，在管塞16和上桿24的鉸接銷32之間環(huán)繞中心體18的區(qū)域通常受到兩個可拆卸的半罩62的保護。在此區(qū)域中裝有接線柱52、變換器54的活動部56。如上所述，這是一個處于油井壓力下的區(qū)域。
另外，均衡鐵式變阻器58通過兩個其底部固定在底部管塞16上的可拆卸的半管64安裝在管殼14內(nèi)。變換器54被固定在當(dāng)管殼被密封地固定在底部管塞16上時其自身被罩在管殼14內(nèi)的半管64內(nèi)。當(dāng)然，可以在不超出本發(fā)明范圍的前提下對上述數(shù)據(jù)采集裝置進行修改。因而，用于確定基準(zhǔn)垂直方向的變阻器58可被省去或代之以等同機構(gòu)，這樣的設(shè)計原則也適用于測量兩個相互正交的油井直徑的變換器54。此數(shù)據(jù)采集裝置也可在油井內(nèi)以不同方式定心如通過一種只有三個鉸臂的機構(gòu)。
權(quán)利要求
1．一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集方法，它包括以下步驟在流量剖面內(nèi)測量在中心區(qū)域內(nèi)沿油井流動的多相流體的流量；至少在一個處于基本相同深度上的局部區(qū)域內(nèi)確定在所述局部區(qū)域內(nèi)的流體相的比例。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在許多個環(huán)繞中心區(qū)域的局部區(qū)域內(nèi)測定當(dāng)時的流體相比例。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在有規(guī)則地散布在中心區(qū)域周圍的且離中心區(qū)域基本同樣遠的多個局部區(qū)域內(nèi)測定當(dāng)時的流體相比例。
4．如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在油井?dāng)嗝鎯?nèi)通過測量在所述中心區(qū)域內(nèi)的流體速率并通過基本在各局部區(qū)域深度上測量油井直徑來決定流量。
5．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)時的流體相比例是在四個彼此以90度角間距散布在中心區(qū)域周圍的局部區(qū)域內(nèi)確定的，而油井直徑是在兩個分別經(jīng)過局部區(qū)域中的兩個局部區(qū)域的正交方向上進行測量的。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在油井偏斜時還測定了基本與油井軸心相交的基準(zhǔn)垂直方向。
7．一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置，它包括在流量剖面內(nèi)測量在油井中心區(qū)域內(nèi)沿油井流動的多相流體的流量的流量測量儀；至少一個基本位于與流量測量儀相同的深度上的局部探頭，各局部探頭適用于確定其中浸沒有探頭的流體相的比例。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，流量測量儀由測速計、自動將測速計保持在油井中心區(qū)域內(nèi)的定心機構(gòu)、環(huán)繞測速計分布的多個局部探頭構(gòu)成。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述局部探頭有規(guī)則地散布在測速計周圍且基本離測速計同樣遠。
10．如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，定心機構(gòu)包括至少三個呈V形鉸接桿形狀的臂，各臂的頂端樞轉(zhuǎn)地安裝在一個在鉸接臂之間裝有測速計的中心體上，各臂的末端被鉸接在一個活動末端件上，彈性元件設(shè)置在中心體和各鉸接臂之間以便將臂壓靠在油井壁上，各鉸接臂基本在測速計的深度上裝有局部探頭中的一個探頭。
11．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，定心機構(gòu)包括四根以90度角間距環(huán)繞中心體縱軸設(shè)置的臂。
12．如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，流量測量儀還包括在圍繞所述縱軸設(shè)置在正相對的各臂對之間測量油井直徑的測量計。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，油井直徑測量計包括兩個由中心體承載的差分變換器。
14．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在井斜時設(shè)有罩在中心體內(nèi)的機構(gòu)，該機構(gòu)用于測定基本與中心體縱軸相交的基準(zhǔn)垂直方向。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，基準(zhǔn)垂直方向測定機構(gòu)由一個帶均衡鐵(60)的電位計(58)構(gòu)成。
16．一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集方法，它包括以下步驟在流量剖面的中心區(qū)域內(nèi)測量沿油井流動的多相流體的流量；在多個基本與中心區(qū)域在同一深度上的且以角間距環(huán)繞中心區(qū)域分布的局部區(qū)域內(nèi)測定流體相比例。
17．一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集方法，它包括以下步驟在流量剖面的中心區(qū)域內(nèi)測量沿油井流動的多相流體的流量；在多個基本與中心區(qū)域在同一深度上的且以角間距環(huán)繞中心區(qū)域分布的局部區(qū)域內(nèi)測量流體導(dǎo)電性。
18．一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置，它包括測速計、自動將測速計保持在油井中心區(qū)域內(nèi)的定心機構(gòu)、多個環(huán)繞測速計設(shè)置的且安裝在定心機構(gòu)上的局部探頭，所述探頭對流體相比例敏感。
19．一種油井?dāng)?shù)據(jù)采集裝置，它包括測速計、自動將測速計保持在油井中心區(qū)域內(nèi)的定心機構(gòu)、多個環(huán)繞測速計設(shè)置的且安裝在定心機構(gòu)上的局部導(dǎo)電探頭，所述探頭對流體相比例敏感。
全文摘要
在油井中,流速測量是在至少一個局部區(qū)域內(nèi)且在一個基本與測量沿油井流動的流體相比例時的測量深度相同的深度上進行的。為此,局部探頭設(shè)置在定心機構(gòu)的鉸接臂上且測速轉(zhuǎn)子流量計設(shè)置在這些臂之間。
文檔編號E21B47/10GK1205388SQ9810573
公開日1999年1月20日 申請日期1998年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月20日
發(fā)明者洛朗·阿蓋斯, 吉勒·坎廷, 菲利普·帕倫特, 帕特里克·韋瑟羅 申請人:施倫伯格海外公司