一種非植入式稠油油井出砂量監測系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣井開發工程領域領域，尤其涉及一種非植入式稠油油井出砂量監測系統。
【背景技術】
[0002]稠油開采已成為石油生產中的重要部分。在稠油開采過程中一般采取出砂冷采技術，該方法可以大幅提高油井產量，同時也伴隨產生一些問題。過度出砂會造成油井生產設備的損壞，同時增加地面維修困難，過度防砂則會嚴重影響油井產量。為了解決該問題，油井生產采用適度出砂的生產方式，該方式將出砂量限定在可控范圍內，以達到降低原油開采成本提高油井產能的目的。為實現適度出砂的生產方式，需要實時監測油井的出砂狀況，即需要一種稠油油井出砂量監測方法對生產過程中的出砂狀況進行實時監測，及時的指導油井生產，協助調整生產參數，提高油井產能。
[0003]根據出砂監測方式可以分為植入式出砂監測方法和非植入式出砂監測方法。植入式方法將出砂監測探頭植入管道內，原油攜帶的砂礫會不斷沖擊探頭，通過獲取并處理探頭感受的信號即可得到出砂信息。專利申請號為的專利“一種油氣井出砂量監測系統及監測方法”公開了一種植入式的出砂監測方法，植入式監測方法需要改變生產管路原油流向，導致現場安裝和維護困難。為便于現場安裝和維修往往采用非植入式監測方法，即將出砂監測探頭安裝在輸油管路的外管壁上，原油攜帶的砂礫會沖擊內管壁，通過獲取并處理探頭感受的信號即可得到出砂量信息。該方法特別適用于現場生產環境復雜的油田。但是非植入式出砂探頭接收到的一次出砂信號較弱，特別是針對粘度相對較高的稠油，這些信號容易淹沒在較強的油流沖擊管壁產生的信號中，因此一種適用于稠油油井出砂量的監測方法顯得尤為重要。
[0004]本發明采用非植入式的稠油油井出砂量監測方法對原油生產過程中伴隨產生的砂量進行監測。該方法是采用非植入式監測方式對稠油油井出砂量監測，監測系統包括一次儀表、信號采集放大裝置、超聲流速測量裝置、基于PC端的信號處理單元。監測方法采用沖擊信號提取、特征砂頻段濾波、互相關流速計算與超聲流速測量對比等方法對含砂原油信號中的油流信號降噪、出砂信號提取。這種針對非植入式的海上稠油油井出砂監測系統和方法目前尚未見報道。
[0005]綜上所述，在油氣井開發工程領域亟需提供一種施工簡單、便于安裝和維修、成本低、效率高、可以針對稠油油井出砂量進行實時監測的一種非植入式稠油油井出砂量檢測系統及其方法。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是如何克服現有技術的不足，提供一種施工簡單、便于安裝和維修、成本低、效率高、可以針對稠油油井出砂量進行實時監測的一種非植入式稠油油井出砂量檢測系統及其方法。
[0007]本發明為實現上述目的采用的技術方案是:一種非植入式稠油油井出砂量監測系統，其包括:
[0008]出砂信號感受裝置，包括非植入式安裝的信號感受一次儀表及基于多普勒原理的超聲測速裝置；
[0009]出砂信號采集裝置，包括出砂信號采集和放大轉換裝置；
[0010]出砂信號處理校準裝置，包括基于PC端的信號處理模塊。
[0011]進一步地，所述信號感受一次儀表采用振動傳感器;其安裝位置為距彎頭出口1-2倍管徑處。
[0012]進一步地，所述信號感受一次儀表的安裝方式為非植入式安裝，即將兩只振動傳感器分別安裝在兩個相鄰下彎管處的外壁上。
[0013]進一步地，所述振動傳感器將采集到的含砂原油振動信號傳輸至電荷放大器，經過放大轉換后變成電壓信號，傳輸至出砂信號采集裝置。
[0014]進一步地，所述基于多普勒原理的超聲測速裝置可實時測量管路內的油流混合流速并存儲所測得的數據。
[0015]進一步地，所述出砂信號處理校準裝置包括初始化模塊、自檢模塊、參數設定模塊、數據采集模塊、信號檢測模塊、流速測量模塊、濾波分析模塊、沖擊信號識別模塊、能量識別模塊、校準存儲模塊、油流信號降噪模塊、出砂信號提取模塊、出砂量信號耦合模塊、出砂量輸出報警模塊。
[0016]進一步地，所述初始化模塊完成系統開機后的參數初始化，為建立新的監測任務做準備；
[0017]所述自檢模塊完成系統自檢功能，以確定系統的可靠性；
[0018]所述參數設定模塊，設置監測出砂量的報警值和所需油井參數；
[0019]所述數據采集模塊，完成出砂信號的采集；
[0020]所述信號檢測模塊，提供基本檢測功能，為后續出砂信號分析模塊提供入口；
[0021 ]所述流速測量模塊，完成超聲流速測量值接收和互相關流速法測量；
[0022]所述濾波分析模塊，提供特征砂頻段提供功能；
[0023]所述沖擊信號識別模塊，提供識別沖擊信號功能；
[0024]所述能量分析模塊，該模塊提供砂信號能量分析；
[0025]所述校準存儲模塊，提供兩種流速測量的校準、特征砂頻段濾波存儲、沖擊信號存儲、能量存儲功能；
[0026]所述油流信號降噪模塊，提供對沖擊信號中的油流信號降噪功能；
[0027]所述出砂信號提取模塊，提供對沖擊信號中的砂信號提取功能；
[0028]所述出砂量信號耦合模塊，實現油流信號降噪與出砂信號提取耦合功能；
[0029]所述出砂量輸出報警模塊，實現出砂量監測報警功能。
[0030]如權利要求1-7中任一項所述系統的一種稠油油井出砂量檢測方法，其包括以下步驟:
[0031]I)出砂沖擊信號提取；
[0032]2)出砂信號驗證；
[0033]3)出砂油流信號降噪；
[0034]4)出砂信號提取；
[0035]5)出砂量判別。
[0036]進一步地，在進行所述步驟I)前需要進行參數設置，所述參數為需要監測的監測井數量選擇、出砂信號采集的數據長度和采樣率設置、油井基本參數輸入、出砂量報警值設置。
[0037]進一步地，所述步驟具體為:
[0038]I)出砂沖擊信號提取:完成信號采集設置后，系統開始同步處理工作，砂礫沖擊到管壁上產生沖擊信號，先將時域信號中的沖擊信號提取出來，可實現濾除部分本底噪聲功能;選擇合適的窗函數，進行快速傅里葉變換分析，選擇高頻段進行特征砂礫沖擊管壁頻段濾波處理，選取的濾波方式為I OkHz的高通濾波；
[0039]2)出砂信號驗證:將計算得到的油流混合流速與流量計測得的實時流速進行對比，若誤差在10%以內則認為兩者流速一致，若一致，則認為沖擊信號主要由含砂流體產生;若不一致，則沖擊信號主要由油流沖擊管壁造成，重復步驟2)的特征砂礫沖擊管壁頻段濾波，直至互相關計算與超聲測量流速一致時再進行后續出砂監測處理；
[0040]3)出砂油流信號降噪:濾除出砂油流信號噪聲；
[0041 ] 4)出砂信號提取:當基于互相關方法的計算流速與超聲測量流速符合一致性時，系統繼續進行出砂量分析計算，具體采用時域分析、頻域分析、功率譜分析、RMS譜分析的手段，根據出砂特征提取出油流信號和出砂信號，出砂特征信號往往是突發信號，一般具有尖峰特性;油流在管路中流動時連續且平穩，一般認為平穩的信號是油流信號;在總體信號幅值中減去平穩信號幅值，即保留尖峰信號幅值的增量，為完成油流信號降噪后的出砂信號；若具有出砂信號，則開始出砂信號報警，若無出砂信號重復步驟2)、3)繼續完成稠油油井出砂監測。
[0042]本發明的特點在于:(I)采用非侵入監測方式對稠油油井出砂量進行監測，無需改變管路流向，便于施工和維修；(2)采用兩個相同一次儀表安裝在下彎管處，完成出砂量校驗和互相關流速計算；(3)數據采集后進行提取沖擊信號處理，完成油流信號首次降噪，為后續提取稠油中微弱出砂信號降低難度；(4)將互相關流速計算與超聲流速測量對比的結果作為是否出砂判據，不但提高出砂監測可靠性，而且可以對含砂原油中油流信號進一步降噪；(5)該系統和方法適用海上稠油油井出砂量實時監測。
【附圖說明】
[0043]圖1為本發明的稠油油井出砂監測系統結構圖；
[0044]圖2為本發明的稠油油井出砂監測信號處理單元中結構框圖；
[0045]圖3為本發明的稠油油井出砂監測方法流程圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0047]在稠油開采過程中，攜砂原油在采油管道中流動，當流經彎管處時，由于