井下測量裝置以及井下測量系統的制作方法
本實用新型涉及測量領域，尤其涉及井下測量裝置以及井下測量系統。
背景技術：
在油田開采過程中，現場項目的監測和自控對于安全經濟運行是不可或缺的，需要及時測量井下的溫度和壓力。
特別的，在石油熱采的先導試驗和現場項目試驗中，由于井底的溫度壓力都很高,需要連續測量和抽樣讀取井下溫壓。由于井下測量的狀況和精度要求較高，因而高精度、低成本、實時性好的連續監測油田井下溫壓裝置亟待人們去開發研制。
技術實現要素：
為了克服現有技術的上述缺陷中的至少一種，本實用新型所要解決的技術問題是提供了一種井下測量裝置以及井下測量系統，其可以解決上述問題中的至少一種。
本實用新型的具體技術方案是：
一種井下測量裝置，包括：
第一測量機構，所述第一測量機構包括毛細鋼管以及傳壓筒，所述毛細鋼管的一端與所述傳壓筒連通，所述毛細鋼管的另一端伸出封隔器；所述傳壓筒套設在所述油管上，所述傳壓筒的底部開設有開孔，所述傳壓筒與油層處于同一水平面；
第二測量機構，所述第二測量機構包括光纖管，所述光纖管的一端位于井口，所述光纖管的另一端伸入所述封隔器，所述光纖管在與所述油層同一水平面處設置有光柵區。
優選地，包括：氮氣輸送機構，所述氮氣輸送機構包括氮氣源、與所述氮氣源連通的泵、用于驅動所述泵的壓縮機，所述泵與所述毛細鋼管連通。
優選地，所述泵與所述毛細鋼管之間設置有壓力變送器。
優選地，所述井下測量裝置包括控制裝置，所述控制裝置與所述第一測量機構電性連接，所述控制裝置能根據所述第一測量機構生成井下的壓力值。
優選地，述井下測量裝置包括控制裝置，所述控制裝置與所述第二測量機構電性連接，所述控制裝置能根據所述第一測量機構生成井下的溫度值。
優選地，所述井下測量裝置包括控制裝置，所述控制裝置分別與所述第一測量機構、所述第二測量機構電性連接，所述控制裝置能根據所述第一測量機構生成井下的壓力值，所述控制裝置能根據所述第一測量機構生成井下的溫度值。
優選地，所述控制裝置能根據所述第一測量機構和所述第二測量機構生成井下的壓力值。
優選地，所述光纖管包括纖芯、包覆在所述纖芯外的包層、涂覆在所述包層外的涂覆層。
本申請實施例公開了一種井下測量系統，包括：
如上述的井下測量裝置，
油管；
套設在油管外的套管；
設置在所述油管與所述套管之間的封隔器。
優選地，所述油管上還設置有安全閥。
本實用新型實施例可以更好地實現井下溫度和壓力的測量。
附圖說明
在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本實用新型公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本實用新型的理解，并不是具體限定本實用新型各部件的形狀和比例尺寸。本領域的技術人員在本實用新型的教導下，可以根據具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本實用新型。
圖1為本申請實施例中井下測量裝置的結構示意圖。
圖2為本申請實施例測量部分的流程圖。
圖3為本申請實施例中的第二測量機構的結構示意圖。
以上附圖的附圖標記為：1、套管；2、油管；3、安全閥；4、封隔器；5、油管頭；6、毛細鋼管；7、傳壓筒；8、氣液兩相界面；9、測壓點；10、光纖管；11、光柵區；A、纖芯；B、包層；C、涂覆層；D、第一光柵區；E、第二光柵區。
具體實施方式
結合附圖和本實用新型具體實施方式的描述，能夠更加清楚地了解本實用新型的細節。但是，在此描述的本實用新型的具體實施方式，僅用于解釋本實用新型的目的，而不能以任何方式理解成是對本實用新型的限制。在本實用新型的教導下，技術人員可以構想基于本實用新型的任意可能的變形，這些都應被視為屬于本實用新型的范圍。
需要說明的是，當元件被稱為“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本申請的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本申請。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
參照圖1所示，本申請實施例公開了一種井下測量裝置，該井下測量裝置包括第一測量機構和第二測量機構。所述第一測量機構包括毛細鋼管6以及傳壓筒7，所述毛細鋼管6的一端與所述傳壓筒7連通，所述毛細鋼管6的另一端伸出封隔器4；所述傳壓筒7套設在所述油管2上并能與油管2連通，所述傳壓筒7與油層處于同一水平面。所述第二測量機構包括光纖管10，所述光纖管10的一端位于井口，所述光纖管10的另一端伸入所述封隔器4，所述光纖管10在與所述油層同一水平面處設置有光柵區11。
第一測量機構的基本原理是帕斯卡定理，即密封容器中任意一點的壓力相等。將高壓氮氣通過井口注入，使毛細鋼管6和傳壓筒7充滿氮氣。傳壓筒7的開孔與井筒液體連通,其內容積比毛細鋼管6容積大幾十倍，為系統提供驅氣容積，使之在井下壓力變化時，保持傳壓筒7內氣液兩相界面8深度的基本穩定。傳壓筒7內氣體的壓力等于井液的壓力，傳壓筒7內氣體壓力通過毛細鋼管6內氣體傳遞壓力至井口，由壓力變送器測得后，將信號傳送到采集系統，然后地面的壓力采集系統對井口的氣體壓力進行數據處理，進而通過測量出來的井口壓力得出被測試點的壓力。
第二測量機構包括光纖管10。光纖管10本身既是傳感器，又是信號傳輸線。光纖管10有固定的折射率。光纖管10有一個作為光的傳播通道的纖芯A，纖芯A外有包層B，包層B外涂覆有起保護作用的涂覆層C。光柵是利用光纖管10的纖芯A材料的光敏特性，通過紫外光激光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯A，在纖芯A內產生沿纖芯A軸向的折射率周期性變化，從而形成空間的相位光柵。光纖管10的功能類似于點狀的電信號溫度傳感器，在同一條檢測回路中可以串接多個探頭，從而實現對多個目標溫度分布式快速測量。
下面就本申請中井下測量裝置的一個具體實施例進行描述。
具體的，參照圖1所示，在本實施方式中，井下部分可以包括：油管2、套設在油管2外的套管1、用于對油管2進行控制的安全閥3、設置在所述油管2與所述套管1之間的封隔器4、與油管2連接的油管頭5。毛細鋼管6穿設在封隔器4上，毛細鋼管6自井口伸入油層中并與傳壓筒7連通。光纖管10穿設在封隔器4上，光纖管10自井口伸入油層中。安全閥3可以對油管3內的壓力進行控制。
參照圖2所述，井下測量裝置的地面部分包括：氮氣輸送機構、安全吹掃系統、寬帶光源、溫度變送器、壓力變送器、采集系統、數據處理器、PC機。
所述氮氣輸送機構包括氮氣源、與所述氮氣源連通的泵、用于驅動所述泵的壓縮機，所述泵與所述毛細鋼管6連通。
氮氣輸送機構可以將高壓氮氣通過井口注入，使毛細鋼管6和傳壓筒7充滿氮氣。傳壓筒7同毛細鋼管6相連接，傳壓筒7內充滿惰性氣體(氮氣)，該傳壓筒7同毛細鋼管6一同下入井下被測位置，為保證井液不會充滿傳壓筒7而進入毛細鋼管6，傳壓筒7內的惰性氣體要定期進行補充，以維持井液與高壓氣體接觸的氣液面平衡。根據帕斯卡定理，井液壓力與傳壓筒7內的氣體壓力相等，通過毛細鋼管6內氣體將傳壓筒7內的壓力傳遞到地面上，在地面上讀出氣體壓力與毛細鋼管6內氣柱壓力之和即為井下被測點壓力。井下壓力值＝井口測得的壓力值+測壓毛細鋼管6內氮氣柱產生的壓力值。壓力變送器可以將壓力信號轉換至可被采集系統識別的電信號，采集系統將接收到的電信號輸送至數據處理器，再由數據處理器反饋至PC(personal computer)機。
在本實施方式中，第二測量機構包括兩個光柵區11。每個光柵區11分別對應于一個油層，光柵區11位于與其對應的油層的水平面。
參照圖3所示，寬帶光源可以將光線向光纖管10內輸送。當寬帶光/入射光通過第一光柵區D時，光譜中滿足第一光柵區D的波長的光將發生反射，形成反射光1，其余波長的光透過第一光柵區D繼續傳播至第二光柵區E,光譜中滿足第二光柵區E的波長的光將發生反射，形成反射光2。在外界溫度發生變化時，布拉格波長隨之發生變化。因此，通過精確地測量光柵反射光的布拉格波長的變化量，就可以獲得光纖光柵區所處的溫度。壓力變送器可以將傳感器的信號轉換至可被采集系統識別的電信號，采集系統將接收到的電信號輸送至數據處理器，再由數據處理器反饋至PC(personal computer)機。溫度變送器可以將溫度信號轉換至可被采集系統識別的電信號，采集系統將接收到的電信號輸送至數據處理器，再由數據處理器反饋至PC(personal computer)機。
優選地，所述井下測量裝置包括控制裝置，所述控制裝置分別與所述第一測量機構、所述第二測量機構電性連接，所述控制裝置能根據所述第一測量機構和所述第二測量機構生成井下的壓力值，所述控制裝置能根據所述第一測量機構生成井下的溫度值。
井下壓力值＝井口測得的壓力值+測壓毛細鋼管6內氮氣柱產生的壓力值。
Pj—井下測壓點壓力,Pa；Pk—井口測壓點壓力,Pa；Pd—氮氣柱產生的壓力,Pa。
由于氮氣的溫度、壓力沿縱向變化較大。因而對氮氣柱壓力的計算進行分段處理，把氮氣柱沿毛細管縱向分成n等份,對于每一段毛細管內的壓力、溫度可以認為是近似相等的。井下毛細管中氮氣處于高壓環境,屬于非理想氣體,這里采用RK(Redlie-k Kwo ng)方程：
Pi＝RTi/(vi-b)-a/Ti0.5vi(vi+b)
式中:Pi—第i段毛細管內的壓力,Pa
Ti—第i段毛細管內的溫度,K(由分布式光纖光柵溫度傳感器測得)
Vi,—第i段毛細管內的摩爾體積,m3/mol
a＝ΩaR2Tc2.5/Pc,b＝ΩbRTc/Pc,其中Ωa＝0.41748,Ωb＝0.08664,R-氣體常數,取8.314KJ/(kg.K)。
Pc,Tc分別為He的臨界壓力和臨界溫度,取Pc＝0.1146039Mpa,Tc＝3.3187K。
由式(1),已知Pi、Ti可以求得摩爾體積Vi:
Vi＝f(Pi,Ti)
第i段毛細管內的密度為:
ρi＝M/Vi
M—氮氣的摩爾質量,0.02801s Kg/mol
第i+1段毛細管內的壓力為:
Pi+1＝Pi+ρig H/n。
目前現場應用的毛細管測壓技術通常用估計的平均溫度T,而實際井下毛細管中溫度沿縱向變化較大,而且溫度也隨時間變化。分布式光纖光柵溫度傳感器能夠以很高精度和分辨率獲得井下溫度分布，采用實時溫度Ti對測壓點9的壓力進行溫度補償，有效地補償了溫度的影響，使測壓精度可以提高0.1％-0.5％。
本申請實施例公開了一種井下測量裝置，該井下測量裝置可以采用分布式光纖光柵溫度傳感器測得的實時溫度分布對毛細鋼管6測壓技術進行溫度補償，有效地補償了溫度的影響，使測壓精度可以提高0.1％-0.5％。其監測結果可以用來：求得井的注入能力、生產能力以及油層流動阻力資料；確信設備和油井的壓力工作條件，是否在安全壓力極限以內；通過連續溫壓觀察，得出油藏內的特性和狀態方面資料；充分挖潛剩余油，是改善開發效果的關鍵。連續監測油田井下溫壓技術適用于海上、陸上的直井、斜井的單層和分層測試；適用于各種采油方式的井，特別適應于稠油井及高溫井，彌補了其他測試方法的不足。具有連續、長期、直讀的特點。可以適應任何惡劣環境，在油田應用前景十分廣泛。
對現場進行實時監測和及時調整控制，計算機監控系統已經在現場得到應用。所有關鍵的和許多需要的溫度、壓力等參數用一臺微處理器數據采集裝置進行在線監測，監測時間間隔按需要或某一固定時間，微處理機可記錄數據和報警、同時把這些數據供給計算機，計算機可以根據需要，連續地提供和記錄所有輸出數據、數據歷史記錄和趨勢、圖像等。這種使用計算機的數據采集和報警系統大大地有助于了解注入、油藏和生產過程，同時保證項目的安全和節省人力。
一種井下測量系統，包括：如上述的井下測量裝置；油管2；套設在油管2外的套管1；設置在所述油管2與所述套管1之間的封隔器4。
該井下測量系統可以對井下溫度和壓力的監測，能顯示、記錄、存儲井下溫度壓力，生成數據文本,通過深度和井筒溫度補償修正得到標準壓力值，繪制溫度壓力曲線，作出解釋報告，便于石油工作的研究和進行，能更好地預測油井產能、確定合理工作制度以及分析油井產能變化規律和定量確定油藏壓力、溫度、地層滲透率和流體物性，調整該區塊的開發方案。井下測量系統可以參照上述描述，在此不再累述。
需要說明的是，在本申請的描述中，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的和區別類似的對象，兩者之間并不存在先后順序，也不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
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