專利名稱：用于測量多相流體混合物的至少一個特征值的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一方面涉及一種用于測量多相流體混合物的至少一個特征值的裝置，例如用于測量多相流體混合物的流量的裝置。具體地但不是唯一地來說，這樣的測量裝置可以用于油田相關(guān)應(yīng)用中，例如用來測量流出地質(zhì)巖層流入井中的烴流出液的流量，所述井已出于烴勘探和生產(chǎn)的目的予以鉆鑿。
背景技術(shù)：
W099/10712描述了一種適合于由包含水、油和氣體的多相流體混合物組成的油流出液的流量測量方法。所述流出液通過文丘里管，在所述文丘里管中，所述流出液經(jīng)受壓降(Λ P)，所述壓降的平均值〈Λ ρ>是在對應(yīng)頻率的時間段h內(nèi)測定的，所述頻率相對于氣體和液體以段塞流型(slug flow regime)交替所處的頻率是較低的,針對流體混合物的密度的平均值〈Pm〉是在所述時間段^內(nèi)，在文丘里管收縮下測定，并且針對時間段tl的總質(zhì)量流量值<Q>是考慮壓降和密度的平均值來推導(dǎo)。GB2447908描述了一種用于分析或抽查管道中的多相混合物的流動特性的方法和系統(tǒng)。所述方法包括在等動力條件下抽取多相混合物的代表性樣品，并且使所抽取的樣品以段塞型流或偽段塞型流來流過一個或多個測量、檢測、取樣和/或傳感器件。當(dāng)混合物的一個或數(shù)個相的量變得非常低時，或者當(dāng)這些相中的一個由于測量裝置與流線之間的溫度差異而改變時 ，這樣的多相流量測量的準(zhǔn)確度的局限性可能出現(xiàn)。在一個實(shí)施例中，當(dāng)文丘里管段中的氣體體積分?jǐn)?shù)(GVF)變得非常高時，例如達(dá)到95%時，一個或數(shù)個相的量會變得非常低。此外，在高氣體體積分?jǐn)?shù)的情況中，不能估算液相的特性。然而，估算液相的特性是重要的。作為第一個實(shí)例，估算液相的水液比有助于檢測井孔中的地層水突破。作為第二個實(shí)例，估算液相的水鹽度有助于校正流量測量值以實(shí)現(xiàn)更好的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提議一種用于測量多相流體混合物的至少一個特征值的裝置，所述裝置克服了現(xiàn)有的多相流體混合物測量裝置的一個或多個局限性。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于測量多相流體混合物的至少一個特征值的裝置，所述裝置包括-管段，其具有主流動路徑，多相流體混合物流過主流動路徑，主流動路徑包括在主流動路徑的上游部分與下游部分之間的喉部，以便在上游部分與下游部分之間產(chǎn)生壓降；-第一傳感裝置，其測量流入主流動路徑中的多相流體混合物的第一特征值；-通道，其定位在管段的壁內(nèi)，以便維持與主流動路徑中相似的操作條件，通道通過上游部分或喉部處的進(jìn)口，以及通過下游部分或喉部處的進(jìn)口聯(lián)接至主流動路徑，這樣使得壓降產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，從而使得流過主流動路徑的多相流體混合物的樣品轉(zhuǎn)入通道中，通道具有內(nèi)徑以使得所述多相流體混合物樣品以連續(xù)的分離富集相樣品形式在通道內(nèi)流動；-第二傳感裝置，其測量流入通道中的多相流體混合物樣品的一個相的第二特征值。裝置可進(jìn)一步包括閥門裝置，其調(diào)節(jié)多相流體混合物到通道中的流動吸入。閥門裝置可定位在通道內(nèi)靠近進(jìn)口。裝置可被定位以使得通道與重力方向大致上平行。第一傳感裝置可包括測壓孔和壓力傳感器，其用于測量上游部分與喉部之間的多相流體混合物的差壓并且估算多相流體混合物的總流量。第一傳感裝置可包括Y射線源和Y射線檢測器，其用于測量多相流體混合物的每個相的Y射線吸收并且估算多相流體混合物的密度和每個相的分流速。第二傳感裝置可以是光學(xué)傳感器或電磁傳感器。多相流體混合物可以是包含氣體、油以及水的烴流出液。液相的第二特征值選自包括以下各項(xiàng)的特征值的組水鹽度、水液比、地層水識別、注射水識別、完井液識別?？稍谕ǖ纼?nèi)進(jìn)一步布置管道泵以便持續(xù)抽吸效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于測量多相流體混合物的至少一個特征值的方法，方法包括-通過使多相流體混合物在具有主流動路徑的管段中流動而在上游部分與下游部分之間產(chǎn)生壓降，主流動路徑包括定位在主流動路徑的上游部分與下游部分之間的喉部；-借助于第一傳感裝置來測量流入主流動路徑中的多相流體混合物的第一特征值；-借助于由壓降產(chǎn)生的抽吸效應(yīng)使流過主流動路徑的多相流體混合物的樣品轉(zhuǎn)入通道中，通道定位在管段的壁內(nèi)，以便維持與主流動路徑中相似的操作條件，通道通過上游部分或喉部處的進(jìn)口，以及通過下游部分或喉部處的出口聯(lián)接至主流動路徑；-標(biāo)注通道的內(nèi)徑的尺寸，這樣使得所述多相流體混合物樣品以連續(xù)的分離富集相樣品形式在通道內(nèi)流動；以及-借助于第二傳感裝置來測量流入通道中的多相流體混合物樣品的一個相的第二特征值。方法可進(jìn)一步包括借助于閥門裝置來調(diào)節(jié)通道中的流動，調(diào)節(jié)包括調(diào)整多相流體混合物樣品在通道中的停留時間，以便獲得游離氣液樣品。方法可進(jìn)一步包括將通道定位成與重力方向大致上平行。方法可進(jìn)一步包括根據(jù)流入通道中的多相流體混合物樣品的一個相的所測量的第二特征值，校正流入主流動路徑中的多相流體混合物的所測量的第一特征值。流入主流動路徑中的多相流體混合物的第一特征值的測量可包括測量上游部分與下游部分之間的多相流體混合物的差壓并且估算多相流體混合物的總流量。流入主流動路徑中的多相流體混合物的第一特征值的測量可包括使多相流體混合物經(jīng)受Y射線、測量多相流體混合物的每個相的Y射線吸收并且估算每個相的分流速。液相的第二特征值的測量可包括測量水鹽度，或測量水液比，或識別地層水，或識別注射水，或識別完井液。本發(fā)明的多相流體混合物測量裝置使得能夠在類似于有關(guān)主流動路徑中的多相流體混合物的流量和密度測量的時間標(biāo)度內(nèi)，對代表性樣品進(jìn)行有關(guān)多相流體混合物的另外的測量。此外，裝置通過從主流動路徑中提取富集的液體樣品，解決了在高GVF情形的情況下多相流體混合物的一個相的稀薄化問題。所提取的富集液體樣品的特性的測量是在與有關(guān)主流動路徑中的多相流體混合物的流量和密度測量相同的操作條件下進(jìn)行。此外，測量裝置完全沒有妨礙性，所轉(zhuǎn)向的多相流體混合物樣品會返回主流動路徑。以下本發(fā)明的描述將使其它優(yōu)點(diǎn)變得明顯。


本發(fā)明以舉例的方式進(jìn)行說明并且不受限于附圖，附圖中同樣的參考符號(reference)指示類似的元件 圖1示意性地展示一個陸上烴井位置，其示出了本發(fā)明的測量裝置的部署的實(shí)施例； 圖2是示意性地示出本發(fā)明的測量裝置的橫截面圖； 圖3是管段的橫截面`圖，其示意性示出高氣體體積分?jǐn)?shù)GVF的情形； 圖4是示意性地示出本發(fā)明的測量裝置的上游部分的橫截面圖；以及 圖5是示意性地示出本發(fā)明的測量裝置的下游部分的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了在已經(jīng)實(shí)施鉆鑿操作之后，在已經(jīng)運(yùn)行鉆管之后，并且在最終已經(jīng)實(shí)施固井、完井和穿孔操作，以及已經(jīng)開始開采之后的陸上烴井位置和烴地質(zhì)巖層3上方的設(shè)備2。所述井開始產(chǎn)生烴，例如油和/或氣體。在這個階段，井孔包括大致上豎直的部分4并且還可包括水平的或偏斜的部分5。井孔4是無套管井眼，或套管井眼，或是無套管部分和套管部分的混合。套管井眼部分包括環(huán)形體6和套管7。環(huán)形體6可被裝滿水泥或裸眼完井材料，例如礫石充填料。在井底，井的第一生產(chǎn)段8和第二生產(chǎn)段9通常包括在對應(yīng)于儲集層，即烴地質(zhì)巖層3的含烴區(qū)的深度的穿孔、生產(chǎn)封隔器以及生產(chǎn)油管10、11。流體混合物13從烴地質(zhì)巖層3的所述區(qū)8、9流出。流體混合物13是包含多個流體部分(水、油、氣體)以及多個構(gòu)成要素(水、各種烴分子、溶解在水中的各種分子)的多相烴流體混合物。流體混合物13通過生產(chǎn)油管11、12流到井底并且從井頭14流出井。井頭14通過一個表面流線12聯(lián)接至表面生產(chǎn)裝置15表面生產(chǎn)裝置15通?？砂ㄟB接在一起的一串元件，例如減壓器、熱交換器、泵送裝置、分離器、槽、燃燒器等(未詳細(xì)示出)。在一個實(shí)施方案中，用于測量多相流體混合物13的至少一個特征值的一個或多個裝置I可被安裝在與第一生產(chǎn)段8相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)油管10中，或與第二生產(chǎn)段9相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)油管11中(如在圖1中所呈現(xiàn))或井的其它段中(未在圖1中呈現(xiàn))。在另一個實(shí)施方案中，用于測量多相流體混合物13的至少一個特征值的一個或多個裝置I可被安裝在表面流線12內(nèi)。
控制和數(shù)據(jù)采集裝置16被聯(lián)接至本發(fā)明的測量裝置1，和/或其它井底傳感器 (未示出)和/或如閥門的有源完井器件(未示出)上?？刂坪蛿?shù)據(jù)采集裝置16可定位在 表面上。控制和數(shù)據(jù)采集裝置16可包括計(jì)算機(jī)。裝置還可包括衛(wèi)星鏈路(未示出)以向 客戶辦公室傳輸數(shù)據(jù)。裝置可由一個操作員進(jìn)行管理。
井底生產(chǎn)裝置和表面生產(chǎn)/控制裝置的精確設(shè)計(jì)與本發(fā)明沒有密切關(guān)系，所以這 些裝置在本文中不進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖2是示意性地示出本發(fā)明的測量裝置I的一個實(shí)施方案的橫截面圖。測量裝置 的主要目的是測量不同相13，例如氣體、油和水的混合流的流量，而不分離這些相。測量裝 置特別對液相進(jìn)行另外的測量。
測量裝置I包括管段20，其內(nèi)徑從上游部分21至喉部22逐漸減小，形成縮口文丘 里管，然后內(nèi)徑從喉部22至下游部分23逐漸增加?？s口文丘里管在上游部分21與下游部 分23 (涵蓋喉部22)之間引起壓降。管段20可通過任何適當(dāng)?shù)倪B接裝置(未示出)聯(lián)接 至任何流線10、11、12，連接裝置例如是具有螺栓孔模式和墊片型材的凸緣。管段20的上游 部分21、喉部22以及下游部分23界定了多相流體混合物13所流過的主流動路徑。
此外，測量裝置I包括通道25。有利的是，將通道25定位在管段20的壁內(nèi)。這 使得能夠在通道25中具有相對主流動路徑21、22、23而言相似的操作條件(例如溫度、壓 力)。通道25通過上游部分21處的進(jìn)口 24以及通過下游部分23處的出口 26聯(lián)接至主流 動路徑。通道25構(gòu)成了喉部22的旁路。由縮口文丘里管引起的壓降產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，從而 使流過主流動路徑21、22、23的一定量13A的多相流體混合物13轉(zhuǎn)入流入通道25中。量 的多相流體混合物13通過上游部分21處的進(jìn)口 24流入通道25中并且通過下游部分23 處的出口 26返回主流動路徑。
作為一個替代方案(未示出)，抽吸效應(yīng)還可以借助(例如)布置在通道25內(nèi)的一個管道泵來進(jìn)一步持續(xù)或增強(qiáng)。
作為又一個替代方案(未示出)，通道25可通過喉部22處的進(jìn)口(未示出)以及 通過下游部分23處的出口(未示出)，或可替代地，通過上游部分21處的進(jìn)口(未示出) 以及通過喉部22處的出口(未示出)聯(lián)接至主流動路徑。取決于流動特征，這種替代實(shí)施 方案可在需要最大壓降來產(chǎn)生抽吸效應(yīng)的情況下適用。
此外，可將節(jié)流裝置裝配在通道25中。節(jié)流可以是可調(diào)整的。作為一個實(shí)施例， 采取閥門裝置27形式的可調(diào)整的節(jié)流描繪在附圖中。閥門裝置27調(diào)節(jié)多相流體混合物13 到通道25中的流動吸入。作為一個實(shí)施例，將閥門裝置27定位在出口 24附近。
此外，測量裝置I包括第一傳感裝置，其用于測量流入主流動路徑21、22、23中的 多相流體混合物13的第一特征值，以及第二傳感裝置，其用于測量流入通道25中的多相流 體混合物樣品的一個相的第二特征值。
在一個實(shí)施方案中，第一傳感裝置是文丘里管流量計(jì)，其根據(jù)差壓測量來估算多 相流體混合物的總流量。管段20具備測壓孔28、29。第一測壓孔28定位在上游部分21 中。第一壓力傳感器33與第一測壓孔28相關(guān)聯(lián)以用于測量在上游部分21中流動的多相 流體混合物13的壓力。第二測壓孔29定位在喉部22處。第二壓力傳感器34與第二測壓 孔29相關(guān)聯(lián)以用于測量在喉部22處流動的多相流體混合物13的壓力。因此，可以測量由 縮口文丘里管引起的上游部分與喉部之間的多相流體混合物的壓降。
在另一個實(shí)施方案中，第一傳感裝置包括Y射線源35和Y射線檢測器36，形成 Y光密度計(jì)。Y光密度計(jì)測量多相流體混合物的每個相的Y射線吸收并且估算多相流體 混合物13的密度和每個相的分流速。Y射線源35和Y射線檢測器36被沿直徑相反地定 位在喉部22或喉部附近的各個相對側(cè)面上。
Y射線源35可以是放射性同位素鋇133源。這樣的Y射線源會產(chǎn)生光子，其能 量分布在具有多個峰值的光譜中。主峰具有三個不同的能級，即32keV、81keV以及356keV。 作為另一個實(shí)施例，已知的X射線管可用作Y射線源35。
Y射線檢測器36包括閃爍晶體(例如NaITl)和光電倍增器。Y射線檢測器36 測量對應(yīng)于已經(jīng)穿過喉部處的多相流體混合物13的衰減Y射線的各種能量窗中的計(jì)數(shù)率 (所檢測的光子數(shù)量)。更確切地說，計(jì)數(shù)率是在與Y光子能譜中的峰值相關(guān)聯(lián)的在32keV、 81keV以及356keV處的能量窗中測量的。
在32keV和81keV處的能量窗中的計(jì)數(shù)率測量由于在這些能量下的光電和康普頓 效應(yīng)(Compton effect),而主要對流體混合物和構(gòu)成要素(組合物)的流體部分靈敏。在 356keV處的能量窗中的計(jì)數(shù)率測量僅由于在這個能量下的康普頓效應(yīng)，而大致上對構(gòu)成要 素的密度靈敏。根據(jù)這些衰減測量和校準(zhǔn)測量，可以估算每個相的分流量和多相流體混合 物13的密度。這樣的估算已在一些文獻(xiàn)中，特別是在W002/50522中進(jìn)行詳細(xì)描述，所以將 不在本文中進(jìn)一步詳細(xì)描述。
測量裝置I還可包括溫度傳感器(未示出)，其用于測量多相流體混合物13的溫度。
在另一個實(shí)施方案中，上文提出的兩個傳感裝置可以組合來估算多相流體混合物 的總流量、多相流體混合物的密度，以及多相流體混合物的每個相的分流量。
第二傳感裝置使得能夠測量流入通道25中的多相流體混合物的一個相的第二特 征值。如下文有關(guān)圖4和5所做的說明，第二傳感裝置可以測量液相的水鹽度，或水液比。 裝置還可以識別多相流體混合物中的地層水，或注射水，或完井液的存在。
第二傳感裝置可以是光學(xué)傳感器30。這樣的光學(xué)傳感器詳細(xì)描述在US5, 956，132 中。光學(xué)傳感器30包括測桿，其例如由藍(lán)寶石制成、具有雙錐形尖端。雙錐形尖端包括與 流入通道中的多相流體混合物相接觸的第一區(qū)和第二區(qū)。第一區(qū)和第二區(qū)相鄰并且相對于 一個測桿縱軸線是同軸。第一區(qū)相對測桿縱軸線形成第一角(例如100° )。因此，當(dāng)尖端 被氣體包圍時，反射入射光束；當(dāng)尖端被液體包圍時，折射入射光束。第二區(qū)相對測桿縱軸 線形成第二角(例如10° )。因此，有可能將油和水區(qū)分開來。入射光束的被反射部分隨 著包圍尖端的多相流體混合物的相的折射率而變化。
光學(xué)傳感器30耦合至光學(xué)耦合器件31。光學(xué)耦合器件包括發(fā)光二極管，例如用于 向尖端提供入射光束的激光二極管，以及檢測二極管，例如用于檢測來自尖端的被反射光 束的光敏晶體管。檢測二極管提供信號，信號的電平對與光學(xué)傳感器的尖端相接觸的液相 是指定的。當(dāng)探針被氣體包圍時，檢測到高電平信號。當(dāng)探頭被油或汽油包圍時，大多數(shù)入 射光束被折射進(jìn)周圍的液體中并且檢測到低電平信號。當(dāng)探針被水包圍時，探測到中間電 平信號。所以，光學(xué)傳感器30使得能夠相對油和氣體來辨別水。
第二傳感裝置可以是電磁傳感器，其用于測量在通道中流動的多相流體混合物 的，特別是每個獨(dú)立相的電容率和電導(dǎo)率。電磁傳感器可以是進(jìn)行反射測量的同軸探針，或進(jìn)行傳輸測量的發(fā)射器和接收器，或進(jìn)行共振測量的天線，或以上各項(xiàng)的組合。這樣的電磁 傳感器詳細(xì)描述在US6，831，470中。水的電容率和電導(dǎo)率隨鹽度和鹽種類的變化而變化。 地層水、注射水以及完井液具有不同的鹽濃度。所以，電磁傳感器使得能夠在地層水、注射 水以及完井液之間進(jìn)行辨別。監(jiān)測鹽度變化使得能夠檢測水組成的變化，這種變化可能與 所產(chǎn)生的流體混合物中各種水突破的發(fā)生有關(guān)。
第二傳感裝置可被定位在出口 26附近，以及出口的前面。可能適宜的是傳感器 的任何其它位置面朝通道中的一個區(qū)，在這個區(qū)中，待測量的每個獨(dú)立相都具有足夠的厚度。
應(yīng)注意，雖然已經(jīng)在同一平面上一方面描繪了通道25和光學(xué)檢測器30，另一方面 描繪了測壓孔28、29以及壓力傳感器，以及另一方面描繪了 Y射線源和檢測器，但是這僅 僅是出于純粹的附圖簡化原因。對技術(shù)人員而言明顯的是，所述實(shí)體可在不同的平面上圍 繞管段20定位。
壓力傳感器33、34、溫度傳感器(未示出)、Y射線檢測器36聯(lián)接至控制和數(shù)據(jù) 采集裝置16。光學(xué)傳感器30可通過光學(xué)耦合器件31聯(lián)接至控制和數(shù)據(jù)采集裝置16。閥 門裝置27可通過閥門電子接口 32聯(lián)接至控制和數(shù)據(jù)采集裝置16。閥門電子接口 32可提 供操作閥門裝置27所必需的電力。
控制和數(shù)據(jù)采集裝置16可以根據(jù)各種傳感器和檢測器提供的測量值，測定總流 量、多相流體混合物的單獨(dú)相的流量、多相流體混合物的密度、水液比以及其它值。裝置可 進(jìn)一步通過閥門電子接口 32來控制閥門裝置的操作。
圖3是管段的橫截面圖，其示意性示出高氣體體積分?jǐn)?shù)GVF的情形。在這樣的情 形中，具有油和水的液滴51的主濕氣流40在管段20中流動，而具有氣泡41的包含油和水 的液體薄膜50則沿著管段20的壁流動。在高氣體體積分?jǐn)?shù)GVF下，對于WLR的、光密度 計(jì)的準(zhǔn)確度可能顯著降低。多相流體混合物的高氣體體積分?jǐn)?shù)GVF被認(rèn)為是至少90%。本 發(fā)明的測量裝置在GVF高時具有特別的實(shí)用性。具體來說，當(dāng)氣體體積分?jǐn)?shù)GVF達(dá)到95% 時，水液比WLR測量的靈敏度顯著降低，這是因?yàn)樵诹鲃訖M截面中存在的水非常少的事實(shí)。 例如，在95%的氣體體積分?jǐn)?shù)GVF和10%的水液比WLR下，水占總體積分?jǐn)?shù)的O. 5%。這影 響了水液比靈敏度和分?jǐn)?shù)測量，并且最終影響了流量計(jì)算。
為了彌補(bǔ)這些局限，可對變得稀有的液相進(jìn)行另外的測量。這要求對來自主流動 路徑中的富集液相的多相流體混合物樣品進(jìn)行取樣。這種富集液體的樣品是流過多相混合 物的主流的液體混合物的代表。本發(fā)明的測量裝置使得能夠收集富集液體的樣品，并且將 此樣品維持在與主流動路徑中的多相流體混合物相同的操作條件(壓力和溫度)下。測量 裝置具有通過調(diào)節(jié)流動吸入來調(diào)整液體樣品在通道中的停留時間的能力，以便使遺留的氣 泡與液體分離。此外，測量裝置具有以下能力將油和水相與液相分離，并且進(jìn)行有關(guān)每個 單獨(dú)相的特性的測量，例如水相的水鹽度測量。
圖4是示意性地示出本發(fā)明的測量裝置的上游部分21的橫截面圖。
由通過文丘里管喉部22從上游部分21流向下游部分23的多相流體混合物13所 產(chǎn)生的壓降，與形成聯(lián)接上游部分21與下游部分23的喉部的旁路的通道25的組合在通道 25的進(jìn)口 24處產(chǎn)生抽吸效應(yīng)(如液相薄膜50中的箭頭所描繪)。
一定量的富集液體的多相流體混合物從主流動路徑，主要從接觸管段壁的流體層中吸出。多相流體混合物的一個對應(yīng)樣品被轉(zhuǎn)入通道25中并通過其循環(huán)。借助于閥門裝置27來減弱抽吸效應(yīng)。
由于通道25是定位在管段的壁厚內(nèi)部，所以多相流體混合物的被轉(zhuǎn)向樣品流過通道，而剩余部分在與多相流體混合物相同的溫度下流過文丘里管喉部并且大致上在與多相流體混合物相同的壓力下在下游部分流動。
通道具有內(nèi)徑70，這樣使得提供毛細(xì)效應(yīng)來驅(qū)使多相流體混合物的被轉(zhuǎn)向樣品的循環(huán)。因此，被轉(zhuǎn)向樣品根據(jù)段塞流在通道內(nèi)流動，即一連串的獨(dú)立富集相樣品。在通道25 內(nèi)觀察到被氣頂42分開的一連串液塞52。作為一個實(shí)施例，通道的內(nèi)徑70可以是大約1_ 至 4mm η
節(jié)流或閥門裝置27通過控制通道進(jìn)口處的流動吸入和通道內(nèi)的流動速度來調(diào)節(jié)通道25內(nèi)的所取樣的多相流體混合物流動。使用閥門裝置27，這可以通過打開或關(guān)閉閥門來細(xì)微地控制。假設(shè)進(jìn)口 24處的管段壁始終潤濕，在進(jìn)口處的合適的吸入速度使得能夠從具有小量氣體(氣泡-參見圖3)的液體薄膜中捕捉一種混合物。此外，通道中的液體流動的速度應(yīng)該足夠慢以便在通道內(nèi)獲得氣相和液相的良好的分層，并且足夠快以便維持小通道內(nèi)的流動方向。事實(shí)上，這些都使得能夠控制流入通道中的液體混合物的停留延遲，這樣使得富集液相的樣品，或換句話說液體和氣體的獨(dú)立囊腔(pocket)可通過測量裝置而得以容易地檢測或測量。
圖5是示意性地示出本發(fā)明的測量裝置的下游部分23的橫截面圖。
被氣頂42分開的一連串液塞52的在通道25內(nèi)流向出口 26。一連串的氣頂和液塞提供了理想的一連串的易檢測的獨(dú)立相。每個液塞52形成了富集液相60的一個代表性樣品。液塞可通過第二傳感裝置30進(jìn)行檢測。所述代表性液體樣品在氣體體積分?jǐn)?shù)GVF 方面不是代表性的，但在液體分?jǐn)?shù)和液體特性方面是代表性的。所述代表性液體樣品60在游離氣體條件下的特征值可通過第二傳感裝置30進(jìn)行測量。
例如，第二傳感裝置30可測量水相的水鹽度，或液相的水液比。裝置還可以識別液體樣品中的地層水、注射水，或完井液。
測量之后，被轉(zhuǎn)向樣品通過出口 26返回主流動路徑(如液相薄膜50中的箭頭所描繪)。
如果測量裝置I被定位以使得通道25被定向成與重力方向大致上平行，其中“大致上平行”包括偏斜幾度，則被轉(zhuǎn)向樣品的分層可得到進(jìn)一步改善。在這種情況下，由通道直徑和長度引起的毛細(xì)效應(yīng)以及由通道定向引起的重力實(shí)現(xiàn)了樣品的分層，從而使樣品變成一連串的氣頂和液塞。
甚至包含水和油的液塞可被進(jìn)一步分離為獨(dú)立的油相和水相。因此，可使用如第二傳感裝置30的適當(dāng)傳感器來對水樣品和油樣品進(jìn)行各種測量。
如圖4和圖5所描繪，通道25、進(jìn)口 24以及出口 26構(gòu)成了被整合在包括文丘里管的管段20中的取樣單元，并且使得能夠局部地，即在收集樣品的區(qū)附近以及測量樣品的特性的區(qū)附近，產(chǎn)生多相流體混合物樣品。
所測量的流入主流 動路徑的多相流體混合物的第一特征值(總流量、分流量、密度等)可以根據(jù)流入通道中的液相樣品的所測量的第二特征值來進(jìn)行改正。
作為一個實(shí)施例，如果單獨(dú)用光學(xué)傳感器(第二傳感裝置)測量的水液比WLR比用光密度計(jì)(第一傳感裝置)測量的水液比WLR更準(zhǔn)確，則這個值可通過用通過光學(xué)傳感 器測量的值代替用光密度計(jì)測量的不準(zhǔn)確的值進(jìn)行校正。此外，用光學(xué)傳感器獲得的這個 準(zhǔn)確的水液比WLR測量值可以用于在光密度計(jì)處理過程中進(jìn)行的計(jì)算中，以便減少對氣液 分?jǐn)?shù)測量值的計(jì)算。因此，測量裝置的性能可得到改善。
作為另一個實(shí)施例，電磁傳感器(第二傳感裝置)可以用于測定水部分的鹽度，并 且特別用于檢測鹽度的任何變化。這被用來評估井孔的狀況，例如地層水的檢測，或注射水 的突破，或地層水或完井液之間的區(qū)別。在這種情況下，可以調(diào)整文丘里管流量計(jì)(第一傳 感裝置)的操作點(diǎn)。實(shí)際上，光密度計(jì)需要通過測量包含特征已知的純相(氣體、油或水) 的各種樣品的單獨(dú)衰減來進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)在光密度計(jì)操作過程中壓力和溫度改變時，相的密 度改變，但它們的組成保持不變。密度變化可在光密度計(jì)水平下容易地追蹤。然而，當(dāng)水的 鹽度改變時，在光密度計(jì)水平下不能檢測到對測量值的影響。水的鹽度的變化影響了由光 密度計(jì)測量的水的衰減。通過測量在通道中流動的多相流體混合物中的水的鹽度，有可能 校正有關(guān)在主路徑中流動的多相流體混合物的衰減測量值。應(yīng)理解，本發(fā)明的實(shí)施方案不 限于陸上烴井并且還可在海上使用。此外，雖然一些實(shí)施方案的附圖示出水平井孔和豎直 井孔，但是所述實(shí)施方案還可適用于偏斜的井孔。本發(fā)明的所有實(shí)施方案同樣適用于套管 井孔和無套管井孔(裸眼)。雖然本發(fā)明的具體應(yīng)用涉及油田工業(yè)，但在其它工業(yè)中的其它 應(yīng)用中，例如在采礦工業(yè)或類似工業(yè)中同樣適用。本發(fā)明的裝置適用于各種烴勘探與生產(chǎn) 相關(guān)的應(yīng)用，例如永久性井監(jiān)測應(yīng)用，其中多個測量裝置被定位在井中的各種位置。
雖然本發(fā)明結(jié)合文丘里管流量計(jì)來描述，但重要的是在多相流體混合物流過流量 計(jì)時壓降的產(chǎn)生。這用V錐形流量計(jì)也能獲得。
上文的附圖和其描述說明而非限制本發(fā)明。
雖然附圖將不同的功能實(shí)體示為不同的方塊，但這絕不排除其中單個實(shí)體實(shí)現(xiàn)多 個功能，或其中多個實(shí)體實(shí)現(xiàn)單個功能的實(shí)現(xiàn)方式。在這個方面，附圖完全是示意性的。
權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)解釋為限制所述權(quán)利要求。單詞“包括”不排除 存在除權(quán)利要求中所列的那些要素以外的其它要素。一個要素前面的單詞“一個(種)”不 排除存在多個這種要素。
權(quán)利要求
1.一種用于測量多相流體混合物(13)的至少一個特征值的裝置(1)，其包括 -管段(20)，其具有主流動路徑，所述多相流體混合物(13)流過所述主流動路徑，所述主流動路徑包括在所述主流動路徑的上游部分(21)與下游部分(23)之間的喉部(22)，以便在所述上游部分(21)與所述下游部分(23)之間產(chǎn)生壓降； -第一傳感裝置(28、33、29、34、35、36)，其測量流入所述主流動路徑中的所述多相流體混合物(13)的第一特征值； -通道(25)，其定位在所述管段(20)的壁內(nèi)，以便維持與所述主流動路徑中相似的操作條件，所述通道(25)通過所述上游部分(21)或所述喉部(22)處的進(jìn)口(24)，以及通過所述下游部分(23)或所述喉部(22)處的進(jìn)口(26)聯(lián)接至所述主流動路徑，這樣使得所述壓降產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，從而使得流過所述主流動路徑的所述多相流體混合物(13)的樣品轉(zhuǎn)入所述通道(25)中，所述通道(25)具有內(nèi)徑(70)以使得所述多相流體混合物樣品以連續(xù)的分離富集相樣品(42、52)形式在所述通道(25)內(nèi)流動；以及 -第二傳感裝置(30)，其測量流入所述通道(25)中的所述多相流體混合物樣品的一個相的第二特征值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括閥門裝置(27)，其調(diào)節(jié)所述多相流體混合物到所述通道(25)中的流動吸入。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述閥門裝置(27)定位在所述通道(25)內(nèi)接近所述進(jìn)口(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述裝置被定位以使得所述通道(25)與重力方向大致上平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述第一傳感裝置包括測壓孔(28、29)和壓力傳感器(33、34)，其用于測量所述上游部分(21)與所述喉部(22)之間的所述多相流體混合物(13)的差壓并且估算所述多相流體混合物(13)的總流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述第一傳感裝置包括Y射線源(35)和Y射線檢測器(36)，其用于測量所述多相流體混合物(13)的每個相的Y射線吸收并且估算所述多相流體混合物(13)的密度和每個相的分流速。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述第二傳感裝置(30)是光學(xué)傳感器或電磁傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述多相流體混合物(13)是包含氣體、油以及水的烴流出液。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述第二特征值與液相有關(guān)并且選自包括以下各項(xiàng)的特征值的組水鹽度、水液比、地層水識別、注射水識別、完井液識別。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中管道泵被布置在所述通道(25)內(nèi)以便持續(xù)所述抽吸效應(yīng)。
11.一種用于測量多相流體混合物(13)的至少一個特征值的方法包括 -通過使所述多相流體混合物(13)在具有主流動路徑的管段(20)中流動而在上游部分(21)與下游部分(23)之間產(chǎn)生壓降，所述主流動路徑包括定位在所述主流動路徑的所述上游部分(21)與所述下游部分(23)之間的喉部(22)； -借助于第一傳感裝置來測量流入所述主流動路徑中的所述多相流體混合物(13)的第一特征值； -借助于由所述壓降產(chǎn)生的抽吸效應(yīng)使流過所述主流動路徑的所述多相流體混合物的樣品轉(zhuǎn)入通道(25)中，所述通道(25)定位在所述管段(20)的壁內(nèi)，以便維持與所述主流動路徑中相似的操作條件，所述通道(25)通過所述上游部分(21)或所述喉部處(22)的進(jìn)口(24)，以及通過所述下游部分(23)或所述喉部(22)處的出口(26)聯(lián)接至所述主流動路徑; -標(biāo)注所述通道(25)的內(nèi)徑的尺寸，這樣使得所述多相流體混合物樣品以連續(xù)的分離富集相樣品(42、52)形式在所述通道(25)內(nèi)流動；以及 -借助于第二傳感裝置來測量流入所述通道(25)中的所述多相流體混合物樣品的一個相的第二特征值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括借助于閥門裝置(27)來調(diào)節(jié)所述通道(25)中的流動，所述調(diào)節(jié)包括調(diào)整所述多相流體混合物樣品在所述通道(25)中的停留時間，以便獲得游離氣液樣品。
13.根據(jù)權(quán)利要求11至12中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述通道(25)定位成與重力方向大致上平行。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括根據(jù)流入所述通道(25)中的所述多相流體混合物樣品的一個相的所測量的第二特征值，校正流入所述主流動路徑中的所述多相流體混合物(13)的所測量的第一特征值。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中測量流入所述主流動路徑中的所述多相流體混合物(13)的所述第一特征值包括測量所述上游部分(21)與所述下游部分(23)之間的所述多相流體混合物的差壓并且估算所述多相流體混合物的總流量。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中測量流入所述主流動路徑中的所述多相流體混合物(13)的所述第一特征值包括使所述多相流體混合物經(jīng)受Y射線、測量所述多相流體混合物的每個相的Y射線吸收并且估算每個相的分流速。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中測量所述液相的所述第二特征值包括測量水鹽度，或測量水液比，或識別地層水，或識別注射水，或識別完井液。
全文摘要
一種用于測量多相流體混合物(13)的至少一個特征值的裝置(1)，其包括管段(20)，其具有主流動路徑，多相流體混合物(13)流過所述主流動路徑，所述主流動路徑包括在所述主流動路徑的上游部分(21)與下游部分(23)之間的喉部(22)，以便在上游部分(21)與下游部分(23)之間產(chǎn)生壓降；第一傳感裝置(28、33、29、34、35、36)，其測量流入所述主流動路徑中的多相流體混合物(13)的第一特征值；通道(25)，其定位在管段(20)的壁內(nèi)，以便維持與所述主流動路徑中相似的操作條件，所述通道(25)通過上游部分(21)或喉部(22)處的進(jìn)口(24)，以及通過下游部分(23)或喉部(22)處的進(jìn)口(26)聯(lián)接至所述主流動路徑，這樣使得所述壓降產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，從而使得流過所述主流動路徑的多相流體混合物(13)的樣品轉(zhuǎn)入通道(25)中，通道(25)具有內(nèi)徑(70)以使得所述多相流體混合物樣品以連續(xù)的分離富集相樣品(42、52)形式在通道(25)內(nèi)流動；以及第二傳感裝置(30)，其測量流入通道(25)中的所述多相流體混合物樣品的一個相的第二特征值。
文檔編號G01F1/74GK103038609SQ201180037281
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者亞歷山大·魯波歐, 安德魯·巴克 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司