一种水平井阵列涡轮流量计及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种水平井阵列涡轮流量计及测量方法，该水平井阵列涡轮流量计包括：电缆头、中轴主体、电压调节系统、数据传输系统、信号转换系统、控制系统、1个可伸缩中心涡轮转子、8个双层布局阵列臂、完全相同的8个阵列涡轮转子、可伸缩中心轴和锥形头。针对水平井特殊井身结构及流体介质分布不均导致的速度剖面复杂的难题，采用双层阵列式涡轮分布加中心涡轮转子的布局结构，原理可靠、操作方便，适用于监测不同结构水平井油气水单相、两相及多相流体流动条件流体速度剖面信息，进而准确反映水平井筒流体速度分布特征。该测量方法，建立基于高斯径向基函数插值求取映射位置局点涡轮转速后定量计算视流体速度，能准确计算得到井筒流体流量。井筒流体流量。井筒流体流量。

【技术实现步骤摘要】
一种水平井阵列涡轮流量计及测量方法


[0001]本专利技术涉及水平井阵列涡轮流量计
，特别涉及一种水平井阵列涡轮流量计及测量方法。

技术介绍

[0002]水平井作为一种新兴高效的油田开发技术越来越多的用于非常规油气藏开发，不同于常规垂直井井身结构，水平井井身起伏变化，水平井段呈现上倾、下倾和水平等多种组合形式，复杂的井身结构使得开发过程水平井筒内油气水多相流体介质分布与常规直井相比差异明显，多呈现气上
‑
油中
‑
水下分层或不规则扰动流特征，流体介质分布及速度剖面极不规则，致使水平井多相流体速度监测继续采用常规直井产出剖面测井方法中的全井眼流量计和连续流量计误差极大。
[0003]目前，水平井多相流体速度监测均采用阵列式流量探头布局结构，以Schlumberger公司的流动扫描成像仪FSI和Sondex公司的MAPS阵列流量计具有代表性。其中，Schlumberger公司的FSI采用5个大小相同轴向垂直居中分布的微型涡轮转子实现速度监测，其对于多相流体介质层状流动特征具有较好的应用效果；而Sondex公司的SAT采用环状均匀分布的6个大小相同的涡轮转子来实现流体速度测量，对于环状流体介质分布具有较好的应用效果。测量过程采用不同测量速度多次上测和下测，再结合涡轮转速和测量速度交会方法，得到对应的水平井筒各探头位置处的视流体速度，最终，采用权重法计算得到水平井多相流体视速度。
[0004]但实际水平井测井过程中，仪器上提和下放过程同一深度点阵列探头空间相对位置会因为仪器的旋转而发生变化，因此在实际资料处理过程中针对同一探头监测信息的多测次交会方法计算视流体速度会存在极大误差，进而影响水平井筒多相流体流量的计算精度；而实际单一环状分布和轴向垂直居中分布方式亦会因为仪器的旋转造成监测数据不准确的局限。
[0005]为了克服水平井多相流体速度监测过程多因素影响及资料处理受仪器旋转影响大的局限，有必要设计一种新的水平井阵列流量监测仪器，并建立对应监测资料准确计算视流体速度的方法，实现水平井多相流体流量的准确定量计算，进而为复杂油气藏水平井开发各产层生产动态定量评价和下一阶段开发方案的优化调整提供准确可靠的技术支撑参数。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种水平井阵列涡轮流量计及测量方法，该流量计可用于非常规油气藏水平井开发井筒油气水多相流体流速的准确监测，可解决现有技术中探头单一环状分布和轴向垂直居中分布方式造成仪器的旋转进而造成监测数据不准确的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种包括：电缆头、中轴主体、电压调节系统、数据传输系
统、信号转换系统、控制系统、1个可伸缩中心涡轮转子、8个双层布局阵列臂、完全相同的8个阵列涡轮转子、可伸缩中心轴和锥形头；
[0009]其中，所述中轴主体的上端连接所述电缆头，该电缆头用于与测井电缆连接；所述中轴主体内部从上至下方向依次设置：所述电压调节系统、数据传输系统、信号转换系统和控制系统依次连接；所述控制系统用于控制可伸缩中心轴的伸缩和阵列臂的伸展与收缩；所述信号转换系统实现将涡轮转子转动频率信号转换为电流信号传输；所述数据传输系统实现信号数据的稳定输出；所述电压调节系统实现将地面电压调节为流量计所需电压强度；
[0010]所述中轴主体的下端靠近边缘处连接所述8个双层布局阵列臂的一端，所述中轴主体的中心连接所述可伸缩中心轴的一端；所述可伸缩中心轴的中间位置安装1个可伸缩中心涡轮转子；
[0011]在所述8个双层布局阵列臂的中间位置分别对应安装所述8个阵列涡轮转子；
[0012]所述8个双层布局阵列臂的另一端及所述可伸缩中心轴的另一端均固定连接于所述锥形头。
[0013]进一步地，所述中轴主体为预设外径的圆柱形钢质材料制成的同轴结构。
[0014]进一步地，所述8个双层布局阵列臂由内外两层构成，每层由呈环形均匀布置的4根弹簧臂构成；且在8个双层布局阵列中，每相邻两根阵列臂与所述可伸缩中心轴构成的夹角均为45
°
。
[0015]进一步地，所述可伸缩中心涡轮转子的叶片直径与所述阵列涡轮转子的叶片直径比例为3:1。
[0016]进一步地，所述可伸缩中心涡轮转子上下分别连接一根环绕所述可伸缩中心轴的柔性弹簧。
[0017]第二方面，本专利技术实施例还提供一种水平井阵列涡轮流量计的测量方法，使用如上述任一项实施例所述的水平井阵列涡轮流量计作为测量仪器进行测量，该测量方法包括：
[0018]1)调试及仪器下井：
[0019]检测仪器是否正常工作，若正常，保证仪器的8个双层布局阵列臂处于完全收拢状态采用油管传输方式进行下井，下井过程中保持地面系统向仪器供电；
[0020]2)定位及监测：
[0021]结合所测目的井井身结构和射孔段信息确定监测目的层段，当仪器下井至距最上部射孔段顶部200m左右时，停止下井，此时打开控制系统，保证弹簧臂和转子处于完全张开状态，定义仪器下测时速度为正；
[0022]以速度V
l1
进行下测同时监测记录仪器输出信号，此时可伸缩中心涡轮转子输出信号为RPS
01
，8个阵列转子输出信号分别为RPS
11
、RPS
21
、RPS
31
、RPS
41
、RPS
51
、RPS
61
、RPS
71
、RPS
81
，待仪器下测至最下部射孔段以下位置、或至井底无法进一步下井时，停止下测，此时以相同速度
‑
V
l1
上测至目的层段顶部位置，此时中心转子输出信号为RPS
02
，8个阵列转子输出信号分别为RPS
12
、RPS
22
、RPS
32
、RPS
42
、RPS
52
、RPS
62
、RPS
72
、RPS
82
，至上提至目的层段顶部位置时一次测试作业完成；
[0023]3)多次重复测量：
[0024]增加仪器下井速度至V
l2
，此时V
l2
＝V
l1
+ΔV，重复步骤2)进行下测至最下部射孔段以下位置、或至井底无法进一步下井时，停止下测；再以相同速度
‑
V
l2
上测至目的层段顶部位置，记录全部上提和下放过程可伸缩中心涡轮转子和阵列涡轮转子输出信号；增加仪器下井速度至V
l3
＝V
l1
+2ΔV、V
l4
＝V
l1
+3ΔV，重复上述步骤，直至完成全部作业，此时共记录得到8组仪器速度和对应的转子响应信号；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平井阵列涡轮流量计，其特征在于，包括：电缆头、中轴主体、电压调节系统、数据传输系统、信号转换系统、控制系统、1个可伸缩中心涡轮转子、8个双层布局阵列臂、完全相同的8个阵列涡轮转子、可伸缩中心轴和锥形头；其中，所述中轴主体的上端连接所述电缆头，该电缆头用于与测井电缆连接；所述中轴主体内部从上至下方向依次设置：所述电压调节系统、数据传输系统、信号转换系统和控制系统依次连接；所述控制系统用于控制可伸缩中心轴的伸缩和阵列臂的伸展与收缩；所述信号转换系统实现将涡轮转子转动频率信号转换为电流信号传输；所述数据传输系统实现信号数据的稳定输出；所述电压调节系统实现将地面电压调节为流量计所需电压强度；所述中轴主体的下端靠近边缘处连接所述8个双层布局阵列臂的一端，所述中轴主体的中心连接所述可伸缩中心轴的一端；所述可伸缩中心轴的中间位置安装1个可伸缩中心涡轮转子；在所述8个双层布局阵列臂的中间位置分别对应安装所述8个阵列涡轮转子；所述8个双层布局阵列臂的另一端及所述可伸缩中心轴的另一端均固定连接于所述锥形头。2.根据权利要求1所述的一种水平井阵列涡轮流量计，其特征在于，所述中轴主体为预设外径的圆柱形钢质材料制成的同轴结构。3.根据权利要求1所述的一种水平井阵列涡轮流量计，其特征在于，所述8个双层布局阵列臂由内外两层构成，每层由呈环形均匀布置的4根弹簧臂构成；且在8个双层布局阵列中，每相邻两根阵列臂与所述可伸缩中心轴构成的夹角均为45
°
。4.根据权利要求1所述的一种水平井阵列涡轮流量计，其特征在于，所述可伸缩中心涡轮转子的叶片直径与所述阵列涡轮转子的叶片直径比例为3:1。5.根据权利要求1所述的一种水平井阵列涡轮流量计，其特征在于，所述可伸缩中心涡轮转子上下分别连接一根环绕所述可伸缩中心轴的柔性弹簧。6.一种水平井阵列涡轮流量计的测量方法，其特征在于，使用如权利要求1
‑
5任一项所述的水平井阵列涡轮流量计作为测量仪器进行测量，该测量方法包括：1)调试及仪器下井：检测仪器是否正常工作，若正常，保证仪器的8个双层布局阵列臂处于完全收拢状态采用油管传输方式进行下井，下井过程中保持地面系统向仪器供电；2)定位及监测：结合所测目的井井身结构和射孔段信息确定监测目的层段，当仪器下井至距最上部射孔段顶部200m左右时，停止下井，此时打开控制系统，保证弹簧臂和转子处于完全张开状态，定义仪器下测时速度为正；以速度V
l1
进行下测同时监测记录仪器输出信号，此时可伸缩中心涡轮转子输出信号为RPS
01
，8个阵列转子输出信号分别为RPS
11
、RPS
21
、RPS
31
、RPS
41
、RPS
51
、RPS
61
、RPS
71
、RPS
81
，待仪器下测至最下部射孔段以下位置、或至井底无法进一步下井时，停止下测，此时以相同速度
‑
V
l1
上测至目的层段顶部位置，此时中心转子输出信号为RPS
02
，8个阵列转子输出信号分别为RPS
12
、RPS
22
、RPS
32
、RPS
42
、RPS
52
、RPS
62
、RPS
72
、RPS
82
，至上提至目的层段顶部位置时一次测试作业完成；3)多次重复测量：
增加仪器下井速度至V
l2
，此时V
l2
＝V
l1
+ΔV，重复步骤2)进行下测至最下部射孔段以下位置、或至井底无法进一步下井时，停止下测；再以相同速度
‑
V
l2
上测至目的层段顶部位置，记录全部上提和下放过程可伸缩中心涡轮转子和阵列涡轮转子输出信号；增加仪器下井速度至V
l3
＝V
l1
+2ΔV、V
l4
＝V
l1
+3ΔV，重复上述步骤，直至完成全部作业，此时共记录得到8组仪器速度和对应的转子响应信号；4)完成测试及仪器起井：操作地面控制系统收拢阵列臂，停止供电，上提仪器至地面，完成测试。7.根据权利要求6所述的一种水平井阵列涡轮流量计的测量方法，其特征在于，利用记录得到8组仪器速度和对应的转子响应信号，计算水平井井下流体总流量过程如下：步骤1：基于水平井阵列涡轮流量计的结构，环状阵列涡轮转子探头张开度可进行自由调节，因此外层4个环状阵列探头距离井筒中心距离表示为，r
c
＝k
c
·
R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)内层4个环状阵列探头距离井筒中心距离表示为，r
m
＝k
m
·
R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，k
c
表示外层4个阵列探头张开度；K
m
表示内层4个阵列探头张开度；r
c
表示外层4个阵列探头编号1、2、3、4距离井筒截面圆心点位置；r
m
表示内层4个阵列探头编号5、6、7、8距离井筒截面圆心点位置；R表示外层4个环状阵列探头完全张开时据中心距离，等于井筒截面半径；步骤2：当8次测量过程中1号阵列转子探头均处于水平井筒顶部位置或某一次测量过程中1、2、3、4号探头任一探头旋转井筒截面顶部时至时，1号探头相对于井筒截面最高位置发生顺时针旋转的角度为θ
j
＝0.5
·
nπ，n＝0,1,2,3
…
，此时8个阵列转子探头相对于仪器不旋转时各位置点均有转子探头存在，测量过程中心转子一直处于井筒截面中心位置，则各探头位置处流体视速度V
ai
’
直接采用上测和下测涡轮转速对照电缆速度的方法交会求取，表示为，为，V'
ai
＝
‑
b
i
/K
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，V
’
ai
为计算得到的第i个转子处的视流体速度；RPS
ij
为第i个转子第j趟测量时的响应值，交会计算过程同一位置要根据实际探头取值计算；V
lj
为第j趟测量时的仪器速度；i为转子序号＝0、1、2
……
8；j为测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈猛，董国敏，刘东明，齐宝权，罗宁，刘恒，陈强，秦昊，杨国锋，况晏，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：