專利名稱：用于解釋在油氣生產(chǎn)井中測(cè)得數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于解釋從處于生產(chǎn)中的油氣井(hydrocarbon well)中獲得的數(shù)據(jù)的方法。
更確切地說(shuō)，設(shè)計(jì)本發(fā)明的方法是為了確保在生產(chǎn)過(guò)程中在井中收集的數(shù)據(jù)可以得到正確的解釋，以便精確地了解井內(nèi)部的流動(dòng)狀況，也就是相對(duì)體積流率(relative volumetric flow-rate)。
背景技術(shù)：
為了保證處于生產(chǎn)中的油氣井的監(jiān)測(cè)和診斷函數(shù)，必須獲得一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，主要是物理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)上與在井中流動(dòng)的多相流體有關(guān)(流量、不同相的各自比例、溫度、壓力等)。它們也能夠涉及井眼本身的某些特性(成橢圓形、傾斜)。例如，這些數(shù)據(jù)可以定量地確定所有深度的流體進(jìn)入?yún)^(qū)和流體退出區(qū)，以便能夠在需要的時(shí)候?qū)ο鄳?yīng)的區(qū)域重新堵塞(re-plug)或重新射孔(re-perforate)。這種監(jiān)測(cè)因此可以把不想要的流體比如水的地面產(chǎn)量降到最低，把有價(jià)值的流體比如油的產(chǎn)量提到最高。
為了獲得所述的數(shù)據(jù)，尤其如文獻(xiàn)FR-A-2732068所示，傳統(tǒng)的方法包括下面的步驟首先借助于井軸上的紡錘形流量計(jì)(spinner)對(duì)井中的流體流動(dòng)速度進(jìn)行全面的測(cè)量，第二步，進(jìn)行測(cè)量(也可能是局部的)使得能夠確定井中特定區(qū)域的流體的各種相的比例。速度測(cè)量和持有率測(cè)量是在不同深度進(jìn)行的。持有率測(cè)量是通過(guò)不同的傳感器進(jìn)行的，這些傳感器可能是電阻率傳感器、光學(xué)傳感器等。
為了確定在井中流動(dòng)的不同相的流體的流率(flow rate)，橫跨井中某個(gè)截面的流體的流率是從由所述的現(xiàn)有儀器通過(guò)將總的速度測(cè)量值(包括在井中心測(cè)量的速度乘以一個(gè)通常在0.6至1之間的系數(shù))乘以在進(jìn)行測(cè)量的位置處的井截面的面積而得到的測(cè)量結(jié)果計(jì)算出來(lái)的。而后將由傳感器確定的與所考慮的相有關(guān)的比例應(yīng)用到所述的流率中去。
但是，眾所周知，在油井中流動(dòng)的流體的不同相的分布是隨著井是豎直、傾斜或水平的不同而變化。由于流體不同相的密度的差異，所述的相隨著井的傾斜程度的增加而變得更為循序漸進(jìn)地分層。因此，在包括水、油和氣的三相流體的情況下，當(dāng)井是水平的或非常傾斜時(shí)，這三種相趨向于一種相在另一種相的上部流動(dòng)。因此，井中相的分布(相的持有率)和每種相的速度在所述井中的一個(gè)截面上是不一致的需要對(duì)井剖面的這些函數(shù)進(jìn)行更為明確的描述以計(jì)算每種相的流率。
借助于如文獻(xiàn)WO 01/11190所述的設(shè)置在井截面的不同的已知位置的傳感器(例如局部探針和微型紡錘形流量計(jì))將可以獲得這些描述。文獻(xiàn)WO 01/11190是基于如下認(rèn)識(shí)的流體的任何一種相的流率不等于流體的總的(平均)速度與井的截面積和與在該流動(dòng)流體中所述相的體積分?jǐn)?shù)的乘積，而是所考慮相的平均速度與截面積和與所述相的體積分?jǐn)?shù)的乘積。
因此，為計(jì)算所有深度的相對(duì)體積流率在每一個(gè)局部紡錘形流量計(jì)和探針上收集的數(shù)據(jù)的解釋成為一種非常重要的程序，以便準(zhǔn)確估計(jì)組成井流出物的每種流體的動(dòng)態(tài)。這種解釋實(shí)際上需要以應(yīng)用于流出物流動(dòng)(emuent flow)的流體模型為基礎(chǔ)的值的內(nèi)插(interpolation of values)，所述的模型根據(jù)當(dāng)前流體狀況而改變。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于計(jì)算在井中流動(dòng)的多相流出物的至少一種相的相對(duì)體積流率的方法，所述方法包括首先獲取橫跨處在特定深度處的井的某個(gè)截面的所述相的局部的體積分?jǐn)?shù)和速度的第一步驟，該方法還包括對(duì)所述的局部體積分?jǐn)?shù)和/或速度的測(cè)量值進(jìn)行修正，以便使其互相一致和/或與流出物流動(dòng)狀況一致；選擇一個(gè)從數(shù)學(xué)上代表流出物流動(dòng)的合適的流動(dòng)模型；通過(guò)所選擇的流動(dòng)模型對(duì)所述的局部體積含量測(cè)量結(jié)果和所述的局部體積速度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插，以便獲得在所述深度通過(guò)井的所述截面的流出物的至少一種相的體積分?jǐn)?shù)分布線(profile)和速度分布線。
通過(guò)在所述深度在井的所述截面上對(duì)所述的至少一種相的體積分?jǐn)?shù)分布線和速度分布線的積分計(jì)算該所述的至少一種相的相對(duì)體積流率。
這種計(jì)算流出物的相的體積流率的方法允許考慮能夠改進(jìn)或改變局部測(cè)量結(jié)果的任何與測(cè)量裝置或流動(dòng)狀況有關(guān)的因素。


在參考了詳細(xì)描述和提供的圖后，本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)勢(shì)將會(huì)對(duì)本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員變得明顯。
圖1A和圖1B代表了可以對(duì)速度測(cè)量采取的第一校正步驟的示意性例子；圖2A和圖2B代表了可以對(duì)該組局部速度和持有率測(cè)量值采取的第二可能的校正步驟的示意例子；圖3A和圖3B是第三可能的校正步驟的示意例子；圖4代表了一個(gè)根據(jù)選定的流體模型在局部持有率測(cè)量結(jié)果上實(shí)現(xiàn)的內(nèi)插法的例子；圖5是一個(gè)采用本發(fā)明的方法的一個(gè)例子的流程示意圖；圖6A、6B、6C給出了根據(jù)本發(fā)明測(cè)量和確定的持有率值的曲線圖；圖7A、7B、7C給出了根據(jù)本發(fā)明測(cè)量和確定的速度值的曲線圖；圖8給出了根據(jù)泊肅葉模型(Poiseuille model)的管道中流速的表達(dá)；和圖9給出了根據(jù)EP 0519809中的模型的管道中流速的表達(dá)。
具體實(shí)施例方式
正如在WO 01/11190中申請(qǐng)人已經(jīng)解釋的那樣，為了確定在井的給定深度處的多相流出物的流體的體積分?jǐn)?shù)和所述流體的相對(duì)體積流率，我們需要確定每種流體(通常為油、水和氣體)的局部體積分?jǐn)?shù)(通常叫持有率(hold-up))和這些流出物中每種流體的局部速度。正如這篇文獻(xiàn)里所描述的那樣，給定流體(i)(在這里i可以是w，即水，o，即油，g，即氣體)在某個(gè)時(shí)間(t)的體積流率Qi(z，t)是通過(guò)對(duì)當(dāng)前深度(z)的一個(gè)局部流體持有率(hi)與井截面(s)處的局部流體速度(vi)的乘積的簡(jiǎn)單積分計(jì)算的，計(jì)算過(guò)程遵循下述原則vi和hi是三維位置和時(shí)間(x，y，z，t)的兩個(gè)函數(shù)。
令z是與當(dāng)前深度的井截面垂直的方向，x是與垂直平面和管道截面相交的方向。那么，在時(shí)刻t，而且i＝w，o，g，局部體積流率為
Qi(z,t)=∫svi.hi.ds]]>如果井是垂直的，體系的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)使得速度和持有率仍然是流體的函數(shù)和深度(z)的函數(shù)，但是在井的橫截面S上是一致的(處于第一次近似)。那么上述關(guān)系式簡(jiǎn)化成了Qi(z，t)＝Vi(z).Hi(z).S(z)其中，Vi和Hi在橫截面S的范圍內(nèi)分別是vi和hi的恒定值。
如果井不是垂直的，由于在該橫截面的范圍內(nèi)vi和hi不再一致，就不能進(jìn)行前面的簡(jiǎn)化。因此，為了計(jì)算每個(gè)深度處的Qi，在該井橫截面的范圍內(nèi)就需要對(duì)速度和持有率分布線進(jìn)行更為精確的描述。在根據(jù)本發(fā)明方法中的第一步驟中，通過(guò)設(shè)置在該橫截面的不同已知位置上的局部傳感器采集每種相的局部持有率和局部速度的測(cè)量值。
因此，在多相流體在斜井中流動(dòng)的情況下，Qi的計(jì)算就成為一個(gè)更為復(fù)雜的過(guò)程，這是因?yàn)樗婕盎诹鲃?dòng)模型的測(cè)量值的內(nèi)插法，而流動(dòng)模型可以隨著當(dāng)前的流動(dòng)狀況而改變的在這種類型的內(nèi)插法中，井斜(deviation)是一個(gè)主要的影響參數(shù)，而且，在那些井中能遇到的流動(dòng)模式的范圍是非常寬的。因此，考慮到任何能夠改變流動(dòng)模式的因素而且仔細(xì)檢查收集的任何局部測(cè)量值是非常重要的，這是因?yàn)楹苄〉娜毕莼蝈e(cuò)誤在確定流動(dòng)模型并且因此確定局部體積流率時(shí)也能夠?qū)е麓箦e(cuò)誤。
因此，業(yè)已研究出本發(fā)明的方法，以克服影響從井中獲得的局部體積分?jǐn)?shù)和速度測(cè)量值的極大數(shù)量的錯(cuò)誤。因此，基于非常接近真實(shí)流動(dòng)狀況的測(cè)量值，可以確定最適合的流動(dòng)模型，該流動(dòng)模型使得可以在井橫截面的范圍內(nèi)獲得可靠的相體積分?jǐn)?shù)和速度分布線。為了確定相對(duì)體積流率，本發(fā)明的方法的主要步驟包括一個(gè)校正步驟、一個(gè)選擇流動(dòng)模型的步驟、一個(gè)內(nèi)插步驟和一個(gè)計(jì)算步驟。然而，注意到這些步驟幾乎可以按照幾乎任何順序?qū)崿F(xiàn)是很重要的。例如，首先選擇流動(dòng)模型然后校正測(cè)量值是可能的。相同的步驟進(jìn)行兩次也是可能的。例如，選擇一個(gè)流動(dòng)模型、進(jìn)行校正步驟，然后根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的校正，選擇第二個(gè)流動(dòng)模型，這個(gè)過(guò)程是可能的。對(duì)局部測(cè)量值進(jìn)行部分校正、選擇流動(dòng)模型然后再對(duì)這些測(cè)量值進(jìn)行校正也是可能的。最后，在這里詳細(xì)介紹的校正在下面只有部分被實(shí)施，而且校正步驟可以包括變動(dòng)數(shù)量的校正。
本發(fā)明的方法需要獲得兩個(gè)主要的局部測(cè)量值局部持有率(不同相的體積分?jǐn)?shù))和局部速度，這正如前面已經(jīng)解釋的。然而，為了計(jì)算每種相的相對(duì)體積流率還需要其它數(shù)據(jù)纜索速度(cable velocity)和井的幾何形狀。局部速度是通過(guò)向下放到井中的工具獲得的(注意到那些數(shù)據(jù)或者在把工具向下放到井的過(guò)程或者在把工具撤回的過(guò)程中獲得)，從所述的局部速度測(cè)量值中減掉纜索速度是很必要的。井的幾何形狀包括了解其偏離程度和直徑(當(dāng)被假定為圓形時(shí))或者成橢圓形的程度。為了計(jì)算傳感器的位置，了解這工具在井中的位置(例如相對(duì)方位(relative bearing)工具居中間位置、非居中間位置或傾斜)也很重要。了解流體的流變性(粘度、密度)也將有助于優(yōu)化數(shù)據(jù)的解釋。
局部持有率的測(cè)量使得可以確定在井中特定深度出現(xiàn)的流體的局部體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)流出物的組成，測(cè)量方法可以或者允許三相的差異(油、水和氣)或者兩相的差異(例如用電探針測(cè)油和水)。例如，測(cè)量裝置(measurement means)可以是測(cè)量水持有率(water hold-up)的一些局部電探針和/或測(cè)量氣體持有率(gas hold-up)的一些局部光探針。如果流體是三相的，就需要把這兩種探針組合起來(lái)使用油持有率(oil hold-up)將很容易地從其它兩種相的持有率推導(dǎo)出。這種為了推導(dǎo)出油持有率而把所有探針的測(cè)量組合起來(lái)的方法可以在本發(fā)明的方法中的任何一步進(jìn)行。如果流出物是兩相的，僅僅一種類型的探針是必需的，而且不需要任何組合。如果流出物是單相的，持有率問(wèn)題是不涉及的。測(cè)量手段也可以包括一些將獲得局部速度值的紡錘形流量計(jì)，參見(jiàn)WO 01/11190。
下面描述的是能夠用于局部測(cè)量的不同的校正方法，這些校正方法中任何一種是不是包含在本發(fā)明方法的校正步驟中，依賴于測(cè)量裝置和流動(dòng)狀況。
在第一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的校正步驟可以包括對(duì)已知的系統(tǒng)測(cè)量誤差的校正。事實(shí)上，測(cè)量裝置的精確度經(jīng)常是受到系統(tǒng)誤差的影響。通常，它們不能被考慮在傳感器校準(zhǔn)中，典型的原因是它們依賴于一些其它的測(cè)量參數(shù)，而這些參數(shù)只有在進(jìn)行測(cè)量時(shí)才能得到。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)校正是校正步驟的第一步。例如，對(duì)系統(tǒng)誤差的校正將涉及紡錘形流量計(jì)。紡錘形流量計(jì)的效率可能受這個(gè)傳感器在工具上的位置的影響。根據(jù)這個(gè)位置，速度的測(cè)量能夠受工具自身引起的流動(dòng)擾動(dòng)的影響。那么，將要進(jìn)行的校正將是一個(gè)簡(jiǎn)單的校正模型中的固定系數(shù)。然而，它也可以是一個(gè)擴(kuò)展的校正模型中的函數(shù)，例如是井的截面積、工具位置(相對(duì)方位)和實(shí)際測(cè)量速度的函數(shù)。其它的系統(tǒng)誤差也能夠在局部持有率傳感器或者光學(xué)探針上產(chǎn)生。
在第二個(gè)實(shí)施例中，校正步驟也可以包括對(duì)相的體積分?jǐn)?shù)和/或速度慣用的(acquired for)局部測(cè)量值的檢查。實(shí)際上，業(yè)已通過(guò)測(cè)量裝置獲得的一組局部測(cè)量值(相體積分?jǐn)?shù)或速度)可以顯示出一些足以在進(jìn)行任何其它處理之前就能被檢測(cè)到的不相關(guān)性(incoherence)。因此，這個(gè)校正的目的是檢查同樣種類的所有測(cè)量數(shù)據(jù)之間是相關(guān)的(coherent)。如果確定了不相關(guān)性，將進(jìn)行一次校正。圖1a和圖1b給出了對(duì)局部速度測(cè)量值進(jìn)行這種校正的一個(gè)例子。圖1a顯示了在井截面上的位置0、1、2、3上垂直地重新分配速度傳感器，在該井截面上流動(dòng)是穩(wěn)定的，圖1b顯示了對(duì)一組錯(cuò)誤的測(cè)量裝置的校正。
如果傳感器1和傳感器3測(cè)得一個(gè)正的(不是零)速度值，那么傳感器2(設(shè)置在傳感器1和傳感器3之間)應(yīng)該也測(cè)得一個(gè)正(不是零)的值。如果傳感器2測(cè)得一個(gè)負(fù)的值或是零，那么它的測(cè)量就可以被認(rèn)為是錯(cuò)誤的。一個(gè)簡(jiǎn)單的校正是決定忽略掉這次測(cè)量而同時(shí)進(jìn)行下面的解釋。另一種解決辦法是如圖1b所示那樣把傳感器2的值設(shè)定成傳感器1和傳感器3的測(cè)量值的平均值。
現(xiàn)在假設(shè)圖1a代表了一個(gè)水/油兩相穩(wěn)定流，4個(gè)電探針沿著井截面的垂直直徑(the vertical diameter)設(shè)置，所述的探針從底部到頂部設(shè)置，以數(shù)字0到3表示。如果傳感器0顯示0％的水持有率而探針1或2顯示嚴(yán)格地正的水持有率值，那么至少一個(gè)傳感器的測(cè)量將不得不被認(rèn)定是錯(cuò)誤的，因?yàn)檫@組測(cè)量值不符合基本的物理原理。一個(gè)簡(jiǎn)單的校正例如就是或者忽略這個(gè)測(cè)量值或者給傳感器0與傳感器1的測(cè)量值相同的值。
校正步驟也可以包括檢驗(yàn)數(shù)據(jù)間的相互依從性(mutual compliance)。一旦最簡(jiǎn)單的測(cè)量錯(cuò)誤已經(jīng)得到了修正，就可以進(jìn)行一個(gè)更高級(jí)的檢驗(yàn)。在比較了同種類型的測(cè)量的相關(guān)性后，就需要檢驗(yàn)它們之間的相互關(guān)聯(lián)性，當(dāng)已經(jīng)確定時(shí)，對(duì)它們進(jìn)行糾正。典型的是，局部持有率測(cè)量值將與局部速度測(cè)量值進(jìn)行比較。
圖2a和圖2b顯示了這種校正的一個(gè)例子。在油/水兩相層流動(dòng)(假定是穩(wěn)定的)的情況下，水的速度和油的速度大致相同。讓我們假設(shè)持有率傳感器和速度傳感器是耦合的數(shù)對(duì)由一個(gè)持有率傳感器和一個(gè)速度傳感器組成的測(cè)量元件共同沿著井截面的垂直直徑設(shè)置，如圖2a所示的，速度傳感器以數(shù)字0到3表示，在流動(dòng)部分的左手側(cè)；水持有率傳感器以數(shù)字4到7表示，設(shè)置在它的右手側(cè)。注意在下面的部分《o》代表油，《w》代表水，《g》代表氣體。
如果偏離度不是90°(水平井)，Vo和Vw是不同的。讓我們以偏離度為89°的情況為例。那么根據(jù)已知的物理原理，Vo大于Vw。
如果速度測(cè)值是圖2b右手側(cè)的圖所示的那樣，那么速度測(cè)量值和在左手側(cè)圖上所顯示的持有率測(cè)量值之間存在明顯的不相關(guān)性。的確，持有率2表明油/水界面低于它當(dāng)前的位置而速度傳感器6趨向于表明這個(gè)界面高于所述的傳感器。那么，根據(jù)對(duì)所測(cè)速度和所測(cè)持有率的相對(duì)信賴程度，就需要對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)中的一個(gè)(可能兩個(gè))進(jìn)行修正。
也可能在校正步驟里加入旨在改進(jìn)這組測(cè)量值的進(jìn)一步的校正。這個(gè)校正是以對(duì)速度測(cè)量值的更進(jìn)一步分析為基礎(chǔ)的，以便把這個(gè)分析的結(jié)果通過(guò)一個(gè)將使這個(gè)持有率體系精確的虛擬點(diǎn)注入到持有率測(cè)量值中去。也可能運(yùn)用相反的程序并且分析這組持有率測(cè)量值以便注入一個(gè)虛擬的速度測(cè)量值，這會(huì)使速度體系的分析結(jié)果更為準(zhǔn)確。
一個(gè)這種改進(jìn)校正的例子可以在圖3a和圖3b中看到。流動(dòng)形式假定為油/水兩相層流(穩(wěn)定的)，并且水的速度和油的速度大致一致。在圖3a中，持有率探針和速度傳感器不是沿著油井截面的垂直直徑共同設(shè)置的，而是交叉定位的，持有率傳感器以數(shù)字0到3表示，在井的左手側(cè)；速度傳感器以數(shù)字4到7表示，在右手側(cè)。如圖3b所表示的，該組持有率測(cè)量是用來(lái)改善這組速度測(cè)量值的。持有率傳感器2測(cè)得水體積分?jǐn)?shù)為60％。這表明這個(gè)傳感器是設(shè)置在油/水界面上。然而，速度傳感器不能察覺(jué)到這個(gè)界面，因?yàn)樗鼈兓蛘咴O(shè)置在油里或者設(shè)置在水里。因此，從給出界面的位置的持有率測(cè)量值，可以把這個(gè)信息融合到速度測(cè)量值中。這可以通過(guò)增加恰好在界面上面和下面分別靠近上方的真實(shí)的測(cè)量點(diǎn)6和下方的真實(shí)測(cè)量點(diǎn)5的真實(shí)的速度點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)。
如果選擇的模型是在一個(gè)接近水平的井(例如90°的偏離度)中的液體/氣體兩相流動(dòng)，持有率傳感器探測(cè)不到任何氣體也是可能的，因?yàn)闅怏w是在井截面的最上部。如果最高的速度傳感器在最高的持有率傳感器上面，這個(gè)速度傳感器可以探測(cè)到增加的速度。這個(gè)特性將表明氣體的存在，而未經(jīng)校正的持有率內(nèi)插分布線將忽略它的存在。因此，能夠把一個(gè)真實(shí)的氣體持有率傳感器固定在與最高的速度傳感器同樣的位置，它的測(cè)量值可以被設(shè)定為它探測(cè)到100％的氣體(在90°的偏離度和當(dāng)前流動(dòng)速度的情況，出現(xiàn)層流是合理的)。
注意到校正步驟可以包括這些校正過(guò)程的一個(gè)、幾個(gè)或全部是很重要的。此外，這些校正可以無(wú)關(guān)緊要地輪流地、按任何順序完成，或者也可以把允許內(nèi)插這些組測(cè)量值的流動(dòng)模型的選擇包括在它們的一個(gè)之間。
流動(dòng)模型是一個(gè)相應(yīng)于已知流動(dòng)模式的預(yù)先確定的持有率分布線和速度分布線的組合。為了描述一個(gè)在井中可以碰到的任何類型的流動(dòng)，創(chuàng)造出不同的流動(dòng)模型。已知的流動(dòng)模型例子如下圖8所示的泊肅葉模型是代表在柱狀垂直管道中層狀單相流動(dòng)的傳統(tǒng)的模型。這個(gè)模型適合半徑對(duì)速度測(cè)量值的一維兩項(xiàng)式函數(shù)。不涉及持有率測(cè)量。然而，在很多涉及井流出物的情況下并不使用這個(gè)模型，這是因?yàn)樗俣韧ǔ?duì)于維持層狀的流動(dòng)來(lái)說(shuō)太高，在多數(shù)情況下流動(dòng)是湍流狀態(tài)。
另一個(gè)模型在申請(qǐng)人的專利EP0519809中被披露，它適合分離的油/水流動(dòng)。在這個(gè)模型中，油和水的速度假設(shè)為相同的。這個(gè)模型是基于油的速度和水的速度是常數(shù)這樣一個(gè)假設(shè)。它如圖9所示。
Vo和Vw分別代表橫跨柱狀管道截面S的油的速度和水的速度。Hw和Ho分別代表在測(cè)量截面中水的體積分?jǐn)?shù)和油的體積分?jǐn)?shù)。Sw和So分別代表在截面中的被水覆蓋的管道表面和在所述截面處被油覆蓋的管道表面。
流動(dòng)模型的選擇可以由負(fù)責(zé)實(shí)施本發(fā)明方法的人進(jìn)行，或者由一個(gè)自動(dòng)決策鏈(automatic decision chain)實(shí)行。在“人工”決策的情況下，是由人來(lái)監(jiān)控本發(fā)明的方法，他根據(jù)自己的關(guān)于流出物流動(dòng)、井的偏離等知識(shí)來(lái)選擇給定的流動(dòng)模型。在流動(dòng)模型的選擇是自動(dòng)的情況下，這個(gè)過(guò)程將檢查幾個(gè)預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)以便決定選擇使用哪個(gè)流動(dòng)模型。例如，它將檢查該流動(dòng)是否是油/水流動(dòng)如果電探針探測(cè)到油和水，而光學(xué)探針沒(méi)有探測(cè)到氣體，該流動(dòng)是一個(gè)油/水兩相流動(dòng)。而后，這個(gè)過(guò)程將檢查這個(gè)流動(dòng)是不是分層如果井偏離接近水平而測(cè)得速度均低于最大值(例如2m/s，在15.24厘米(6英寸)直徑的管道中)，該流動(dòng)可能是分層的。另一個(gè)使用層流模型的標(biāo)準(zhǔn)可以是井偏離接近水平而除一個(gè)探針以外的探針測(cè)得水的持有率為1或者0。在自動(dòng)過(guò)程識(shí)別一個(gè)油/水層流的情況下，例如，它將使用專利EP0519809所披露的流動(dòng)模型。
根據(jù)本發(fā)明的方法，定義流動(dòng)模型的步驟可以在任何測(cè)量值校正之前進(jìn)行，也可以在兩個(gè)校正之間或者整個(gè)校正過(guò)程結(jié)束之后進(jìn)行。但是，如果流動(dòng)模型在任何校正之前已經(jīng)選定或者在選定所述的流體模型之后已經(jīng)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行其它校正，檢查流動(dòng)模型是不是仍然合適或許會(huì)有用。此外，如果這個(gè)模型改變了，檢查所有已經(jīng)進(jìn)行的校正是不是仍然關(guān)聯(lián)可能有用。另外，校正步驟和流動(dòng)模型的選擇是按照一種反復(fù)的方式實(shí)現(xiàn)的，直到體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值和速度測(cè)量值適合最后選擇的流動(dòng)模型。
在校正步驟和流動(dòng)模型的選擇實(shí)現(xiàn)后，將對(duì)局部速度和體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值進(jìn)行內(nèi)插處理。事實(shí)上，這些測(cè)量值沒(méi)必要完美地符合所選的流動(dòng)模型所需要的輸入。因此，需要一個(gè)轉(zhuǎn)換步驟把這些局部測(cè)量值轉(zhuǎn)化成“可輸入”的格式。這可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的單位轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，但是也可能是數(shù)據(jù)物理性質(zhì)的改變。例如，在一個(gè)斜井中的液體/氣體兩相流動(dòng)中，局部速度測(cè)量值代表了混合物的速度。因此，它既不是液體的速度，也不是氣體的速度。內(nèi)插步驟可以應(yīng)用到局部混合速度，然后液體速度分布線和氣體速度分布線就可以從局部混合速度中推導(dǎo)出來(lái)。但是，也可以在一側(cè)對(duì)局部液體速度進(jìn)行內(nèi)插，而在另一側(cè)對(duì)局部氣體速度進(jìn)行內(nèi)插。在這種情況下，需要在利用液體和氣體這兩種測(cè)量值完成內(nèi)插步驟之前推導(dǎo)出液體和氣體局部速度。事實(shí)上，為了從測(cè)得的混合速度計(jì)算這些局部速度必須使用第二種滑動(dòng)模型(slippage model)。任何適合這種類型流出物的已知模型都可以采用。那么，根據(jù)選擇的流動(dòng)模型，對(duì)速度測(cè)量值和持有率測(cè)量值都完成內(nèi)插步驟。圖4所示的例子表示了一個(gè)內(nèi)插步驟的結(jié)果，這個(gè)內(nèi)插步驟采用了一個(gè)基于最小平方法的流動(dòng)模型，是在從一個(gè)直徑為20.32厘米(8英寸)的管道獲得的四個(gè)局部水持有率測(cè)量值完成的。
內(nèi)插步驟的結(jié)果將給出一組分布線。對(duì)于一個(gè)三相流出物，這些分布線將是一個(gè)水體積分?jǐn)?shù)(持有率)分布線、一個(gè)油體積分?jǐn)?shù)分布線曲線、一個(gè)油速度分布線和一個(gè)氣體速度分布線。
本發(fā)明的方法的最后一個(gè)步驟是計(jì)算相的相對(duì)體積流率，這通過(guò)在進(jìn)行局部測(cè)量的那個(gè)深度處的所述井截面上對(duì)體積分?jǐn)?shù)和/或速度分布線進(jìn)行積分得到的。
這種內(nèi)插法是根據(jù)下面的公式完成的Qi(z)=∫Svi.hidS]]>其中z是沿著井軸的坐標(biāo)(測(cè)量的深度)，S是當(dāng)前截面的面積，vi是相i(i＝w，o或g)的速度分布線，hi是相i(i＝w，o或g)的體積分?jǐn)?shù)分布線。因此，可以看到，在這個(gè)階段為了計(jì)算在任何深度井截面的面積，與井的幾何參數(shù)有關(guān)的信息很重要。這種類型的信息將由已知的井徑儀(callipertool)給出。
如果兩個(gè)hi和vi分布線都是僅僅一個(gè)變量x(也就是當(dāng)流出物在一個(gè)傾斜的但是圓形的井中流動(dòng))的函數(shù)，那么計(jì)算式變成了Qi(z)=∫-D/2D/2vi.hi.y(x)dx]]>其中D是井的直徑，vi是相i(i＝w，o或g)的速度分布線，hi是相i(i＝w，o或g)的持有率分布線，y(x)是與坐標(biāo)軸x垂直的井在位置x處的寬度。
如果兩個(gè)分布線hi和vI都是相同的，那么計(jì)算式變成了Qi(z)＝Vi(z).Hi(z).S(z)其中，Vi(z)是vi在深度z處的平均值，Hi(z)是hi在深度z處的平均值，S(z)是井在深度z處的截面的面積。
因此，本發(fā)明的方法可以根據(jù)從井中獲得的局部體積分?jǐn)?shù)和速度測(cè)量值來(lái)計(jì)算在給定深度下的流出物每種相的相對(duì)體積流率。在井的獲得局部測(cè)量的任何深度處重新應(yīng)用這種方法將給出一個(gè)流出物流動(dòng)特性的意見(jiàn)。那么，將可能通過(guò)把重點(diǎn)放在在特定區(qū)域并降低一些其它區(qū)域的產(chǎn)量來(lái)管理所述的生產(chǎn)井。
圖5是實(shí)施本發(fā)明的方法的一個(gè)例子的流程示意圖。方框代表了本發(fā)明的方法的不同步驟。在本發(fā)明的方法中的這個(gè)例子中可以看出，系統(tǒng)誤差的校正是在選擇流動(dòng)模型之前進(jìn)行的。此外，如前所述，在選擇流動(dòng)模型后的校正可以導(dǎo)致所述模型的新選擇。
現(xiàn)在，本發(fā)明的方法在包括幾個(gè)數(shù)據(jù)的一組數(shù)據(jù)中進(jìn)行了測(cè)試。在以下，一個(gè)三相流出物的流動(dòng)狀況是已知的，并且使得管道內(nèi)徑是6英寸，管道的偏離度是88°，水體積流率是10m3/h，油體積流流率是10m3/h，氣體體積流率是6.9m3/h。在進(jìn)行任何測(cè)量前，流動(dòng)狀況是不變的并且是穩(wěn)定的。然而，流動(dòng)狀態(tài)在這種狀況下是不穩(wěn)定的長(zhǎng)的氣泡在部分分離的油/水流頂部上面流動(dòng)的這種狀況下。
測(cè)量裝置有五個(gè)固定在已知位置的沿著管道的垂直直徑分布開(kāi)的速度傳感器(微型紡錘形流量計(jì))。按照同樣的方式，六個(gè)光學(xué)探針和六個(gè)電探針?lè)謩e測(cè)量通過(guò)管道的水持有率和氣體持有率。
這個(gè)例子中使用的數(shù)據(jù)是用上部的傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)，在接近1分鐘的周期內(nèi)取平均值，再加上一些其它參數(shù)(流體流變形、傳感器位置......)。
流動(dòng)模型的選擇在本申請(qǐng)中是用戶的一種選擇。圖6a到6c和7a到7c描述了得到相對(duì)體積流率的連續(xù)步驟。
圖6a給出了通過(guò)六個(gè)電探針測(cè)得的持有率值◇和通過(guò)光學(xué)探針測(cè)得的持有率值△。圖6b給出了通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的水持有率(曲線A)和氣體持有率(曲線B)的內(nèi)插分布線。為了使用本發(fā)明的方法而已經(jīng)選擇的流動(dòng)模型是基于最小平方法。圖6c另外示出通過(guò)簡(jiǎn)單地減去兩種其它的分布線得到的油持有率分布線(曲線C)。
圖7a描繪了從五個(gè)紡錘形流量計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度推導(dǎo)出的混合物的局部測(cè)量速度◇。圖7b描繪了與氣體速度分布線(profile)相應(yīng)的曲線(curve)，而該氣體速度分布線是通過(guò)使用經(jīng)過(guò)內(nèi)插的氣體持有率分布線和利用根據(jù)本發(fā)明的方法的滑動(dòng)模型得到的氣體/液體滑動(dòng)速度而推導(dǎo)出的。圖7c另外分別描繪了油和水的速度分布線(曲線C和A)，這是利用本發(fā)明的方法中的液體速度分布線(通過(guò)油和水的持有率分布線計(jì)算得到)和一個(gè)滑動(dòng)模型以及油水滑動(dòng)速度確定的。該方法的最后一步是以如下分布線為基礎(chǔ)給出的相的體積流率Qw＝9.64m3/h，Qo＝9.92m3/h，Qg＝6.52m3/h。這些值表明，根據(jù)一個(gè)三相流動(dòng)測(cè)得的數(shù)據(jù)本發(fā)明的方法能夠給出令人滿意的結(jié)果。
因此，本發(fā)明的模型使得可以得出在井中流動(dòng)的流出物的每種相的體積分?jǐn)?shù)和速度分布線，所述的分布線最大可能地接近真實(shí)的流動(dòng)狀況實(shí)際上，在保持所有的這些測(cè)量值相互關(guān)聯(lián)的同時(shí)，大多數(shù)扭曲局部測(cè)量值的因素都被仔細(xì)地進(jìn)行了確定和校正。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算在一井中流動(dòng)的一多相流出物的至少一種相的相對(duì)體積流率的方法，所述方法包括獲取所述相橫跨處在一深度處的所述井的一截面的局部體積分?jǐn)?shù)和/或速度的一第一步驟，其特征在于，所述方法還包括校正所述局部體積分?jǐn)?shù)和/或速度測(cè)量值，以便使它們相互一致和/或與所述流出物的流動(dòng)狀況相一致；選擇以數(shù)學(xué)的方式代表所述流出物流動(dòng)的一合適的流動(dòng)模型；通過(guò)所述選擇的流動(dòng)模型對(duì)所述局部體積流率的測(cè)量值和/或所述局部速度測(cè)量值進(jìn)行內(nèi)插，以便獲得橫跨處在所述深度處的所述井的截面的所述流出物的至少一種相的一體積分?jǐn)?shù)分布線和/或一速度分布線；通過(guò)在所述深度處的所述井的截面上對(duì)所述體積分?jǐn)?shù)和/或速度分布線積分，計(jì)算所述至少一種相的所述相對(duì)體積流率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述校正步驟包括對(duì)由測(cè)量裝置引起的系統(tǒng)測(cè)量誤差的校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述校正步驟包括檢查所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值它們自身之間的相關(guān)性和/或局部速度測(cè)量值它們自身之間的相關(guān)性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述校正步驟包括檢查定所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值與所述局部速度測(cè)量值之間的相關(guān)性。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中校正步驟包括根據(jù)所述局部速度測(cè)量值和所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值各自的分析結(jié)果，對(duì)所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值和所述局部速度測(cè)量值進(jìn)行改進(jìn)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述合適的流動(dòng)模型的選擇是通過(guò)分析成組的體積分?jǐn)?shù)和/或速度測(cè)量值而自動(dòng)進(jìn)行的。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中還包括下面的步驟測(cè)量把所述體積分?jǐn)?shù)和速度測(cè)量裝置向下放到所述井中所使用的纜索的速度；確定所述井的幾何特征。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中還包括所述井的相對(duì)方位的確定。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述流動(dòng)模型的選擇是在對(duì)所述局部體積分?jǐn)?shù)和速度測(cè)量值進(jìn)行了一些校正后被證實(shí)的。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中按如下所述完成以下步驟校正由于測(cè)量裝置引起的系統(tǒng)測(cè)量誤差；選擇一合適的流動(dòng)模型；檢查所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值它們自身之間的相關(guān)性和/或所述局部速度測(cè)量值它們自身之間的相關(guān)性；檢查所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值與所述局部速度測(cè)量值之間的相關(guān)性；根據(jù)所述局部速度測(cè)量值和所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值各自的分析結(jié)果，對(duì)所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值和所述局部速度測(cè)量值進(jìn)行改進(jìn)；重復(fù)前面的步驟，直到所述局部體積分?jǐn)?shù)和/或速度測(cè)量值適合業(yè)已選擇的所述流動(dòng)模型；通過(guò)所述選擇的流動(dòng)模型，對(duì)所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值和/或所述局部速度測(cè)量值結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插，以獲得橫跨處在所述深度處的所述井的截面的所述流出物的至少一種相的體積分?jǐn)?shù)分布線和/或速度分布線；通過(guò)在所述深度處的所述井的截面上對(duì)所述體積分?jǐn)?shù)和/或速度分布線積分，計(jì)算所述至少一種相的相對(duì)體積流率。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述局部體積分?jǐn)?shù)測(cè)量值是所述井的所述流出物中的水體積分?jǐn)?shù)和/或氣體體積分?jǐn)?shù)，所述流出物中的油體積分?jǐn)?shù)從前者推導(dǎo)得出。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求之中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述局部速度測(cè)量值是通過(guò)一組紡錘形流量計(jì)獲得的。
全文摘要
一種計(jì)算在井中流動(dòng)的多相流出物的至少一種相的相對(duì)體積流率的方法包括獲取在特定深度處所述相橫跨井某個(gè)截面的局部體積分?jǐn)?shù)和/或速度的第一個(gè)步驟。該方法還包括對(duì)所述局部體積分?jǐn)?shù)和/或速度測(cè)量值進(jìn)行修正，以便使其相互一致和/或與流出物流動(dòng)狀況一致；選擇一個(gè)合適的流動(dòng)模型從數(shù)學(xué)上代表流出物流動(dòng)；對(duì)所述局部體積分?jǐn)?shù)的測(cè)量值和所述局部體積速度測(cè)量值通過(guò)所選擇的流動(dòng)模型進(jìn)行內(nèi)插，以便獲得井內(nèi)在所述深度橫跨所述截面的流出物的至少一種相的體積分?jǐn)?shù)分布線和速度分布線。通過(guò)對(duì)井內(nèi)在所述深度橫跨所述截面的所述的至少一種相的體積分?jǐn)?shù)分布線和速度分布線的積分計(jì)算所述的至少一種相的相對(duì)體積流率。
文檔編號(hào)E21B47/10GK1678815SQ03820439
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)明者瑪麗安·福爾, 雷米·馬庫(kù)斯 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格海外股份有限公司