專利名稱：用于確定代表管道中的流體的相分率的至少一條信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定代表在管道中循環(huán)的多相流體的相分率的至少一條信息的方法。這種方法旨在(例如)實(shí)施在多相流量計(jì)中。這種流量計(jì)特別用于特征化從亞土層中形成的井，諸如油氣生產(chǎn)井提取的流體的流量。
背景技術(shù)：
在油井生產(chǎn)期間，已知測(cè)量從油井提取的流體的流速?gòu)亩軌虮O(jiān)測(cè)生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量。尤其是，常需要油井操作員確定流動(dòng)穿過管道的流體的總流速和(若可能)管道中流動(dòng)的每個(gè)相的個(gè)別體積流速。為了確定這些值，需要隨時(shí)估計(jì)多相流體中所含氣體的體積分率(通常被稱作“氣體滯留量”)和液體中存在的氣相的比例。為了估計(jì)這些參數(shù)，已知確定在管道的一段上由每個(gè)氣相、油液相和氣液相所占據(jù)的相對(duì)面積。為此，放射源正對(duì)著管壁放置以按通常一個(gè)或多個(gè)能級(jí)發(fā)射伽馬光子。伽馬光子隨后定向?yàn)闄M穿管道中流動(dòng)的流體。探測(cè)器正對(duì)著源、正對(duì)著管道放置以收集并且計(jì)數(shù)穿過多向流體的光子并且確定其能量。在高頻下，例如以大約20ms的取樣間距測(cè)量每個(gè)能量下接收的計(jì)數(shù)數(shù)量。這使得可計(jì)算氣體的線分率，即氣相橫穿的長(zhǎng)度與管道的內(nèi)徑之間的比率。由于放射源的本質(zhì)，即使在所測(cè)量的流體是靜態(tài)的情況下，仍存在測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量的自然統(tǒng)計(jì)離差。由這種離差產(chǎn)生的測(cè)量不確定性可通過延長(zhǎng)積分時(shí)間而大大減小。但是，在實(shí)踐中，多相流體以高流速在管道中循環(huán)。這種流體通常是湍流且有時(shí)具有結(jié)構(gòu)不規(guī)則性，例如，使流體不穩(wěn)定的液體中的氣泡或氣體中的柱塞。測(cè)量伽馬光子計(jì)數(shù)的數(shù)量仍然是在不管流體的狀態(tài)如何的情況下測(cè)量相分率的有效方式。但是，在動(dòng)態(tài)中，因?yàn)榱黧w的本質(zhì)可非常快地改變，所以計(jì)數(shù)數(shù)量無法有效平均化來降低統(tǒng)計(jì)無用數(shù)據(jù)。因此，在某些情況下，直接基于動(dòng)態(tài)下完成的計(jì)數(shù)測(cè)量獲得的結(jié)果具有明顯波動(dòng)。為解決這個(gè)問題，美國(guó)專利第5，854，820號(hào)提出一種方法，其中通過算法補(bǔ)償測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)，從而可以將衰減建模并且將其與測(cè)量到的衰減對(duì)比。統(tǒng)計(jì)殘差被計(jì)算出來并且最小化以估計(jì)分率。這種計(jì)算提高測(cè)量的精度，但是仍可改進(jìn)以尤其使所確定的氣體含量水平和水比例的值最優(yōu)化，尤其當(dāng)這些值接近其物理邊界值時(shí)。因此，本公開內(nèi)容的一個(gè)目的是提供一種即使當(dāng)在給定流體的動(dòng)態(tài)本質(zhì)的情況下，測(cè)量到的分率值接近其物理邊界和/或無法使測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量有效平均化時(shí)，仍計(jì)算更精確的相分率的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本公開內(nèi)容涉及一種上述類型的方法，其特征在于其包括下列步驟:(a)在至少一個(gè)能量下發(fā)射許多伽馬光子計(jì)數(shù)穿過流體；和(b)在穿過所述流體后，針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量所接收的計(jì)數(shù)數(shù)量；(C)將給定測(cè)量周期劃分為多個(gè)測(cè)量區(qū)間，其中每條代表信息假設(shè)為恒定的；(d)在每個(gè)區(qū)間中選擇所述條或每條代表信息的初始值；(e)在每個(gè)區(qū)間中通過連續(xù)迭代確定所述條或每條代表信息直到收斂準(zhǔn)則得到驗(yàn)證，每個(gè)迭代包括:(θι)基于在前一迭代中確定的所述條或每條代表信息在每個(gè)區(qū)間中估計(jì)在每個(gè)能量下接收的計(jì)數(shù)數(shù)量，(e2)計(jì)算包括根據(jù)給定統(tǒng)計(jì)定律由概率計(jì)算得到的第一準(zhǔn)則的殘差以針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量在每個(gè)區(qū)間中測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量，給定統(tǒng)計(jì)定律基于在每個(gè)區(qū)間中在步驟G1)中估計(jì)出來的計(jì)數(shù)數(shù)量而參數(shù)化；(e3)確定所述條或每條代表信息的新值以使所述殘差最小化；步驟(e)包括，在每個(gè)迭代中，(e4)基于前一迭代中確定的代表信息針對(duì)每個(gè)能量計(jì)算出每個(gè)區(qū)間的計(jì)數(shù)的估計(jì)數(shù)量的平均值，步驟(e2)中計(jì)算得到的所述殘差包括根據(jù)給定統(tǒng)計(jì)定律由概率計(jì)算得到的第二準(zhǔn)則以針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量計(jì)數(shù)的平均數(shù)量，所述給定的統(tǒng)計(jì)定律基于步驟(e4)中計(jì)算得到的平均值而參數(shù)化。根據(jù)本公開內(nèi)容的方法可包括單獨(dú)考慮或根據(jù)所有技術(shù)可行組合的一個(gè)或數(shù)個(gè)下列特征:對(duì)于每個(gè)能量，平均計(jì)數(shù)數(shù)量是在管道中無流體的情況下在每個(gè)能量下于校準(zhǔn)步驟期間測(cè)量到的所述空管道中的平均計(jì)數(shù)數(shù)量，所述步驟包括基于前一迭代中所確定的代表信息針對(duì)每個(gè)能量計(jì)算出針對(duì)每個(gè)區(qū)間估計(jì)的空管道中的計(jì)數(shù)數(shù)量的平均值。所述代表信息分別是根據(jù)管道的直徑的氣體的線分率和多相流體中存在的液相中水的體積分率；所述統(tǒng)計(jì)定律是泊松定律；所述殘差使用下列公式計(jì)算得到:fie+fhe+ω.(mlc+mhc)其中fle和fhe分別是在第一能量和第二能量下計(jì)算得到的第一準(zhǔn)則；mle和mhe是分別在第一能量和第二能量下計(jì)算得到的第二準(zhǔn)則；且ω是權(quán)重系數(shù)；其中所述方法包括在每個(gè)區(qū)間中掃描在步驟(e)結(jié)束時(shí)獲得的原始代表信息以確定來自物理值的給定區(qū)間的原始代表信息，隨后阻塞來自物理值的區(qū)間的至少一條原始代表信息使得其值保持等于區(qū)間的一端；所述方法還可包括用于通過連續(xù)迭代在每個(gè)區(qū)間中確定每條代表信息直至收斂準(zhǔn)則得到驗(yàn)證的步驟(f)，每個(gè)迭代包括:
(f\)基于在前一迭代中從在阻塞所述或每條鎖定代表信息后獲得的代表信息中確定的代表信息在每個(gè)區(qū)間中估計(jì)每個(gè)能量下接收的計(jì)數(shù)數(shù)量；(f2)計(jì)算包括根據(jù)給定統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則由概率計(jì)算得到的第三準(zhǔn)則的殘差以針對(duì)每個(gè)能量從在步驟(e)結(jié)束時(shí)未阻塞的情況下獲得的代表信息中測(cè)量出在每個(gè)區(qū)間中估計(jì)出來的計(jì)數(shù)數(shù)量，給定統(tǒng)計(jì)定律基于在每個(gè)區(qū)間中在步驟(f\)中估計(jì)出來的計(jì)數(shù)數(shù)量而參數(shù)化；所述阻塞步驟包括在未阻塞具有位于給定物理值的區(qū)間之外的值的第二組所確定的代表信息的情況下，選擇具有位于給定物理值的區(qū)間之外的至少第一組代表信息，隨后執(zhí)行步驟⑴;所述條或每條鎖定代表信息是基于代表因阻塞代表信息而產(chǎn)生的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)則而選擇；計(jì)算第三準(zhǔn)則包括在每個(gè)能量下在每個(gè)區(qū)間中計(jì)算因阻塞至少一條代表信息而產(chǎn)生的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)移概率系數(shù)以對(duì)步驟(f2)中計(jì)算得到的每個(gè)概率進(jìn)行加權(quán)；將給定周期劃分為多個(gè)區(qū)間的步驟包括:(C1)針對(duì)每個(gè)區(qū)間確定區(qū)間的開端，隨后針對(duì)移離區(qū)間開端的連續(xù)測(cè)量時(shí)刻計(jì)算出從在區(qū)間的開端與區(qū)間開端之后的測(cè)量時(shí)刻之間測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量中計(jì)算得到的至少一個(gè)統(tǒng)計(jì)量與基于已知統(tǒng)計(jì)定律計(jì)算得到的相同統(tǒng)計(jì)量之間的至少一個(gè)差值直至基于所述差值確定的準(zhǔn)則大于所確定的值，進(jìn)行中的測(cè)量時(shí)刻隨后構(gòu)成另一個(gè)區(qū)間的開端，(C2)在區(qū)間中計(jì)算每個(gè)測(cè)量時(shí)刻(tj下在每個(gè)能量下測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量的平均值，測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量的平均值 定義區(qū)間中測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量；(C3)重復(fù)步驟(C1)和(C2)以從區(qū)間結(jié)束之后的時(shí)刻定義另一個(gè)區(qū)間。統(tǒng)計(jì)量包括在區(qū)間開端與后續(xù)測(cè)量時(shí)刻之間的每個(gè)測(cè)量時(shí)刻下測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量的方差和/或協(xié)方差；所述統(tǒng)計(jì)定律是泊松定律，統(tǒng)計(jì)量由泊松定律計(jì)算得到；確定準(zhǔn)則包括至少計(jì)算差值:
權(quán)利要求
1.種用于確定代表在管道(14)中循環(huán)的多相流體(12)的相分率的至少一條信息(Γ g，W)，所述方法包括下列步驟: (a)在至少一個(gè)能量下發(fā)射許多伽馬光子計(jì)數(shù)穿過所述流體(12)，和 (b)在穿過所述流體后，針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量接收的計(jì)數(shù)(nle，nte)的數(shù)量； (c)將給定測(cè)量周期(T1)劃分為多個(gè)測(cè)量區(qū)間(Ii),其中每條代表信息(r&i，Wi)假設(shè)為恒定的； (d)在每個(gè)區(qū)間中選擇所述條或每條代表信息的初始值； (e)在每個(gè)區(qū)間(Ii)中通過連續(xù)迭代(132)確定所述條或每條代表信息直至收斂準(zhǔn)則得到驗(yàn)證，每個(gè)迭代包括: (θι)基于在前一迭代中確定的所述條或每條代表信息(r&i，Wi)在每個(gè)區(qū)間(Ii)中估計(jì)在每個(gè)能量下接收的計(jì)數(shù)Ati 數(shù)量， (e2)計(jì)算包括根據(jù)給定統(tǒng)計(jì)定律由概率計(jì)算得到的第一準(zhǔn)則(C1)的殘差(LO)以針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量每個(gè)區(qū)間中測(cè)量到的所述計(jì)數(shù)(η1Μ，％0)的數(shù)量，所述給定的統(tǒng)計(jì)定律基于在每個(gè)區(qū)間(Ii)中在步驟G1)中估計(jì)出來的所述計(jì)數(shù)f 的數(shù)量而參數(shù)化； (e3)確定所述條或每條代表信息(FgjWi)的新值以使所述殘差(Ltl)最小化； 步驟(e)包括在每個(gè)迭代(132)中， (e4)基于前一迭代中確定的所述代表信息針對(duì)每個(gè)能量計(jì)算出每個(gè)區(qū)間 (Ii)的估計(jì)的計(jì)數(shù)j數(shù)量的平均值( 'Γ)，步驟(e2)中計(jì)算得到的所述殘差(Ltl)包括根據(jù)給定統(tǒng)計(jì)定律由概率計(jì)算得到的第二準(zhǔn)則(C2)以針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量計(jì)數(shù)InU的平均數(shù)量，所述給定統(tǒng)計(jì)定律基于步驟(e4)中計(jì)算得出的平均值P3 I而參數(shù)化。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于針對(duì)每個(gè)能量，所述平均計(jì)數(shù)數(shù)量是在管道中無流體(12)的情況下，在每個(gè)能量下于校準(zhǔn)步驟期間測(cè)量到的空管道中的所述平均計(jì)數(shù)數(shù)量，步驟(e4)包括針對(duì)每個(gè)能量基于前一迭代中確定的所述代表信息(I^iiWi)計(jì)算得到針對(duì)每個(gè)區(qū)間估計(jì)出來的空管道中的所述計(jì)數(shù)(if j數(shù)量的平均值。
3.據(jù)權(quán)利要求1或2中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述代表信息分別是根據(jù)所述管道(14)的直徑的氣體的線分率(r&i)和所述多相流體(12)中存在的液相中的水的體積分率(Wi)。
4.據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述統(tǒng)計(jì)定律是泊松定律。
5.據(jù)先前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述殘差(L)使用下列公式計(jì)算得到: β+4β+ω * (mle+mhe) 其中和是分別在所述第一能量和所述第二能量下計(jì)算得到的所述第一準(zhǔn)則(C1) ;mle和mhe是分別在所述第一能量和所述第二能量下計(jì)算得到的所述第二準(zhǔn)則(C2);且ω是權(quán)重系數(shù)。
6.據(jù)先前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括掃描在每個(gè)區(qū)間(Ii)中在步驟(e)結(jié)束時(shí)獲得的原始代表信息(r&Jfree)，Wi (free))以確定來自物理值的給定區(qū)間([a，b])的原始代表信息，隨后阻塞來自物理值的所述區(qū)間的至少一條原始代表信息(Xi)使得其值OO保持等于區(qū)間的一端， 所述方法隨后包括用于在每個(gè)區(qū)間中通過連續(xù)迭代確定每條代表信息(FgjWi)直到收斂準(zhǔn)則得到驗(yàn)證的步驟(f)，每個(gè)迭代包括: (f:)基于在前一迭代中從在阻塞所述條和每條鎖定代表信息后獲得的代表信息中確定的所述代表信息估計(jì)在每個(gè)區(qū)間中在每個(gè)能量下接收的計(jì)數(shù)數(shù)量； (f2)計(jì)算包括根據(jù)給定統(tǒng)計(jì)定律由概率計(jì)算得到的第三準(zhǔn)則(C3)的殘差(L3)以針對(duì)每個(gè)能量從在未在步驟(e)結(jié)束時(shí)阻塞的情況下獲得的代表信息測(cè)量出在每個(gè)區(qū)間中估計(jì)的計(jì)數(shù)(Kxfce))的數(shù)量，所述給定統(tǒng)計(jì)定律基于在每個(gè)區(qū)間中在步驟(f\)中估計(jì)出來的計(jì)數(shù)Λ JxJ的數(shù)量而參數(shù)化。
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述阻塞步驟包括在未鎖定具有位于給定物理值的所述區(qū)間外的值的第二組所確定的代表信息的情況下，選擇具有位于給定物理值的區(qū)間外的值的至少第一組代表信息(Γ",,)，隨后執(zhí)行步驟(f)。
8.據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述條或每條被阻塞代表信息是基于代表因鎖定所述代表信息而產(chǎn)生的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)則(AL)而選擇。
9.據(jù)權(quán)利要求6至8中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于計(jì)算所述第三準(zhǔn)則(C3)包括在每個(gè)能量下在每個(gè)區(qū)間中計(jì)算因阻塞至少一條代表信息而產(chǎn)生的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)移概率系數(shù)Hjl以對(duì)步驟(f2)中計(jì)算得到的每個(gè)概率進(jìn)行加權(quán)。
10.據(jù)先前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于將所述給定周期劃分為多個(gè)區(qū)間的所述步驟包括: (C1)針對(duì)每個(gè)區(qū)間，確定區(qū)間Utl)的開端，隨后針對(duì)移離所述區(qū)間Utl)的所述開端的連續(xù)測(cè)量時(shí)刻(tj計(jì)算出從所述區(qū)間Utl)的所述開端與在所述區(qū)間Utl)的所述開端后的所述測(cè)量時(shí)刻(tj之間測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量中計(jì)算得到的至少一個(gè)統(tǒng)計(jì)量(vk，c)與基于已知統(tǒng)計(jì)定律計(jì)算得到的相同統(tǒng)計(jì)量Ot Cl之間的至少一個(gè)差值直到基于所述差值確定的準(zhǔn)則大于預(yù)定值，進(jìn)行中的所述測(cè)量時(shí)刻隨后構(gòu)成另一個(gè)區(qū)間的開端， (C2)計(jì)算出在所述區(qū)間中在每個(gè)測(cè)量時(shí)刻(tj在每個(gè)能量下測(cè)量到的計(jì)數(shù)(nk,q)數(shù)量的平均值，測(cè)量到的所述計(jì)數(shù)數(shù)量的所述平均值定義在所述區(qū)間測(cè)量到的計(jì)數(shù)(nk,i)數(shù)量; (C3)重復(fù)步驟(C1)和(C2)以從所述區(qū)間結(jié)束之后的時(shí)刻定義另一個(gè)區(qū)間。
11.據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述統(tǒng)計(jì)量包括在所述區(qū)間開端與所述后續(xù)測(cè)量時(shí)刻之間的每個(gè)測(cè)量時(shí)刻測(cè)量到的計(jì)數(shù)(nk,q)數(shù)量的方差(Vk)和/或協(xié)方差(C)。
12.據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于所述統(tǒng)計(jì)定律是泊松定律，所述統(tǒng)計(jì)量由所述泊松定律計(jì)算得到。
13.據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于確定所述準(zhǔn)則包括至少計(jì)算所述差值
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于確定代表管道中的流體的相分率的至少一條信息的方法。所述方法包括基于前一迭代中確定的每條代表信息估計(jì)在每個(gè)測(cè)量區(qū)間中接收的計(jì)數(shù)數(shù)量，隨后計(jì)算包括使用給定統(tǒng)計(jì)定律由概率計(jì)算得到的第一準(zhǔn)則的殘差以針對(duì)每個(gè)能量測(cè)量在每個(gè)區(qū)間中測(cè)量到的計(jì)數(shù)數(shù)量，所述給定統(tǒng)計(jì)定律基于估計(jì)出來的計(jì)數(shù)數(shù)量而參數(shù)化。
文檔編號(hào)G01N33/28GK103097880SQ201180015457
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者S·卡達(dá)倫 申請(qǐng)人:地質(zhì)服務(wù)設(shè)備公司