專利名稱：一種油田稠油生產出砂量檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及油田出砂檢測技術，特別是關于一種油田稠油生產出砂量檢測方 法及檢測裝置。
背景技術：
在國內外各油田開采過程中，都廣泛存在著出砂問題。出砂量的多少是影響 油氣井壽命的重要因素，出砂不僅造成各種機械設備的損壞，對安全生產帶來重 大隱患，同時也嚴重地影響了生產效率。若不能及早地控制出砂量，可能會造成油 氣層砂埋、油管砂堵、地面管積砂的嚴重后果，大大地縮短了油氣井的使用壽命， 對油氣田生產影響極大。因此對出砂量進行檢測，可以更好地控制出砂，優化生 產，延長油氣井的壽命。但防砂、治砂的效果及出砂量的實時監測則是多年來國 內外的技術難題。
在現有的技術中，國內的研究主要是針對河流含泥砂量的測量，還沒有專門的 關于油氣井出砂量測量的研究，對河流含泥砂量測量所采用的方法有(1)超聲 波測量法。即利用水介質中固體微粒對超聲波的掃射和折射現象確定河流中的泥 砂含量。(2)射線測量法。利用X射線或Y射線穿過混合介質后的射線衰減量來 確定泥砂含量。(3)光電法。這種方法取決于光與砂粒的相互作用，當光通過挾 砂水流時，由于泥砂的吸光或散射作用，使透過光的強度減弱，依據光的衰減情
況就可確定泥砂含量。(4)其它方法。包括紅外法、激光法等。
國外用于油氣井出砂量檢測方法主要有以下兩種(1)射線法。此種方法采 用三種不同能量的放射源，測量包含砂粒在內的多相流體的密度，從而確定出砂 量。(2)聲波法。即通過檢測砂粒與管壁碰撞所產生的聲信號，判斷流體中的出 砂量。該方法所采用的探頭有插入式和外置式兩種，插入式是將檢測探頭垂直于 管壁插入到油管內部，以砂粒碰撞探頭所產生的聲信號來檢測出砂量，或者通過 檢測碰撞所引起的探頭的金屬缺損量，來確定多相流中的出砂量。外置式是將聲
波傳感器安裝于油管的外壁處，在安裝傳感器的管道處有一個90。的拐角，這種安 裝方式很難用于井下，或者說，在井下難以形成90。的拐角的液體通道。
國外采用的上述兩種出砂量檢測方法主要是針對非稠油的，對于稠油出砂量的
5檢測裝置目前還未見報道。由于稠油具有黏度大，流動性差的特點，地層中的砂
粒更容易包含在稠油中，這為檢測稠油出砂量帶來更大的難度。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種適用于油田稠油生產中出砂量檢測 的方法及裝置。
為實現上述目的，本發明采取以下技術方案 一種油田稠油生產出砂量檢測 方法，其特征在于它將流通過文丘里管的稀釋的稠油采用伽瑪源探測的方法， 得到其中的固相砂所占稀釋后流體量的百分比，從而推算出固相砂在稠油中的含 量，具體檢測方法如下
第一步，將稠油稀釋至粘度低于100mPa S;
第二步，采用能級為el、 e2、 e3的三能級伽瑪源和相應的伽瑪探測器確定稀
釋流體中水、油、氣、砂各相的體積百分比，根據伽瑪探測原理有， 對于能級el:
一 i01e u)
對于能級e2:
/■ — 。-"/^2"°V +〃"2" 0 +<".、'2P.、 ".、. +~2 "￡ ) ,0、
2— j()2e u)
對于能級e3:
3 — J 03 ,
其中，/,、 /Q1， /2、 /。2， /3、 /。3分別表示能級為el、 e2 、 e3的伽瑪源穿 過流體介質后伽瑪射線的強度和穿過流體介質前伽瑪射線的強度，L為伽瑪射線穿 過文丘里管中流體的厚度，即文丘里管的內徑，
a^ a"、 /v /v" /v /v、 /^ A3分別表示各能級伽瑪射線穿過純水、 純油、純氣、純砂時的質量衰減系數，a、 p。、 a、 a分別表示純水、純油、純 氣、純砂的密度，
"w、 "。、 ~、 ^分別表示稀釋后流體中水、油、氣、砂各相的體積百分比， 并存在如下關系
aw + "。 + "g += 1 ( 4 )
上述只有 、"。、"g、",為未知量，因此聯立(1)、 (2)、 (3)、 (4)式，可
得 、、 ag 、 ;
第三步，稀釋流體混合密度的計算由《 "。、 "g、",和a、 p。、 &、 a，
求出稀釋后流體的混合密度/7為
/" — / 。-丄(/^3Pw"w +>"03盧0"0十(""PA +Ag3Pgag ) ,0、
6第四步，稀釋流體量的測量在具有壓強變化的文丘里管道上設置兩個壓力 傳感器，兩傳感器測得的壓強差為A/v，通過關系式
Q"C^^ (6)
可測得稀釋流體的流量Q，式中/ 由(5)式已知，C是流量系數，it是結構系數;
第五步，稀釋流體中含砂量的計算根據含砂百分比",和稀釋流體總量Q ， 可得稀釋流體中含砂量Qs為
Q,=",Q (7)
第六步，稀釋劑量和原稠油量的計算稀釋劑量通過計量泵來測量，假定為
Q2，則原稠油量Q,表述為.-
Q:Q-Q2 (8)
第七步，稠油中實際出砂量的測量由(7)、 (8)式可知，稠油出砂體積百
分比"s為
a's-Q、/Q,"s.Q/(Q-Q2) (9) 所述稠油稀釋的方法為，在稠油中加入輕質汽油為稀釋劑。
一種油田稠油生產出砂量檢測裝置，它包括一輸油主管道，所述輸油主管道 內部設置有一攪拌器，與所述攪拌器位置對應，在所述輸油主管道上連通一稀釋 劑輸入管，所述稀釋劑輸入管上設置有開關閥，所述稀釋劑輸入管的另一端與一 計量泵的輸出口相連，所述計量泵的輸入口通過一稀釋劑引流管連接到稀釋劑儲 存池；所述輸油主管道下游管段連接有一文丘里管，所述文丘里管的上游直管段 安裝有第一壓力傳感器，中間喉部安裝有第二壓力傳感器，下游直管段的管壁對 應安裝有一套三能級伽瑪源和伽瑪探測器；所述計量泵、第一壓力傳感器、第二 壓力傳感器、三能級伽瑪源和伽瑪探測器分別連接到數據處理器。
所述在文丘里管外側設置有保護套。
所述計量泵為防爆的工業汽油泵。
所述伽瑪探測器包括晶體管和光電倍增管。
所述文丘里管與所述輸油主管道螺紋密封連接。
本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明先對稠油進行稀 釋，然后采用文丘里管、壓力傳感器、伽瑪源相結合的方法，對流體中各相進行 檢測，計算出稀釋流體中砂的體積百分比以及稀釋流體的總量，進而求得砂的凈 含量。然后根據稀釋流體量和所加入的稀釋劑量求得原稠油的量，由砂的凈含量 除以原稠油的量就是稠油中的出砂量。方法簡單，精度高。2、本發明根據檢測方法設置的檢測裝置，主要涉及稀釋裝置和包含有文丘里管和伽瑪源的檢測裝置， 在稀釋裝置中利用計量泵泵入，同時利用開關閥控制，從而可以控制稀釋流體的 粘度。檢測裝置中利用三能級伽瑪源檢測出流體中各相的體積百分比，利用兩個 傳感器測得文丘里管的粗細兩管段的壓差，各部件均為現有技術通用件，相互結 合就可測出所要得到的各參數，裝置簡單，成本低。因此本發明的方法和裝置整 體構思新穎，結構簡捷，適合廣泛應用于油田尤其是稠油生產中。
圖1是本發明的檢測裝置示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
本發明出砂量檢測方法的中心思想是先將油田生產出來的稠油加入稀釋劑進 行稀釋；然后采用文丘里管和伽瑪源相結合的方法，測量并計算出稀釋流體中各 種相的含量百分比，其中包含固相砂的百分比；再根據稀釋流體中固相砂的百分 比和稀釋前后流體的流量關系，推算出，固相砂在原稠油中的含量百分比。具體
檢測方法如下
第一步稠油的稀釋。稠油的稀釋方法有多種，比如在油田開采過程注入蒸 汽加熱法，或者在稠油中添加稀釋劑或催化劑法等。本發明優先采用加入稀釋劑 的方法，這樣做可以在稀釋原油的同時不影響原油的成分。本發明要求加入稀釋 劑后稀釋流體的粘度不大于100mPa S。
第二步稀釋流體中各相體積百分比的測量。本發明采用能級為el、 e2、 e3
的三能級伽瑪源和探測器確定稀釋后流體中水、油、氣、砂各相的體積百分比。
根據伽瑪探測原理，存在如下關系式 對能級el:
,—/" p-丄(Awi/^"w+/iol/o。《。+//sl/^as十〃gi/ g"g ) ,"
對能級e2:
y 一 。-"Aw2/^a>v+; 02/c>0a +/"S2/ A+i"g2Pgag) ,0、
乂2— (2)
對能級e3:
乂3 —』03g (3)
其中，/,、 /。i分別表示能級為el的伽瑪源穿過流體介質后伽瑪射線的強度和 穿過流體介質前伽瑪射線的強度；/2、 ^分別表示能級為e2的伽瑪源穿過流體介 質后伽瑪射線的強度和穿過流體介質前伽瑪射線的強度；/3、 /。3分別表示能級為 e3的伽瑪源穿過流體介質后伽瑪射線的強度和穿過流體介質前伽瑪射線的強度；L為伽瑪射線穿過流體的厚度，如果為管狀通道，則為管的內徑；//wl A3、 /V /V、 /V /V" >"" /^分別表示三能級伽瑪射線穿過純水、純油、純氣、純砂 時的質量衰減系數；A^、 A>、 &、 A分別表示純水、純油、純氣、純砂的相應密 度；^、 "。、 "g、"、分別表示稀釋后的流體中水、油、氣、砂各相的體積百分比， 并存在如下關系
+ OT。 + QTg + = 1 ( 4 )
由于A、 /01、 /2、 /。2、 /3、 /。3、 /7W、 /9。、 A、 A、 、 Av、 /"g、 A、 L
均為可直接測得量或査得量，因此在(l)、 (2)、 (3)、 (4)四個關系式中只有 、 a。、 "s、",為未知量，聯立上述四個關系式，可求得 、a。、 "g、",，即稀釋 后流體中的水、油、氣、砂各相的體積百分比。
第三步稀釋流體混合密度的計算。由(1)、 (2)、 (3)、 (4)式中解出的稀 釋后流體中的水、油、氣、砂各相的體積百分比"一 a。、 "g、 ^和純水、純油、 純氣、純砂的相應密度久、p。、 &、 p,，可求出稀釋后流體的混合密度戶為
第四步稀釋流體量的測量。稀釋流體量可以通過在具有壓強變化的流通管 道上設置兩個壓力傳感器測量，具體為，設置一具有流體壓強變化的管道，在壓 強未變段和壓強變化段分別設置一壓力傳感器，兩傳感器測得的壓強差為A;v，通 過關系式
Q = A;C^Z (6) P
可測得稀釋流體的流量Q。其中，A;v是壓差；p是稀釋后流體的混合密度；C是 流量系數，略小于l，可查得；A是結構系數，可査得。
第五步稀釋流體中含砂量的計算。根據含砂百分比和稀釋流體總量，可得 出稀釋流體中含砂量為
Qs=a,Q (7) 第六步稀釋劑量的測量和原稠油量的計算。稀釋劑量的測量可以在稀釋劑
注入過程中通過設置計量泵來測量。假設原稠油量為Qp稀釋劑量為Q"則原稠
油量可表述為
Q1=Q-Q2 (8) 第七步稠油中實際出砂量的測量。由(7)、 (8)式可知，稠油出砂量百分 比為as =Q7Q、.Q/(Q-Q2) (9) 因此由(9)式可知，只要測得稀釋劑的流量Q2、稀釋后流體的流量Q和含砂 百分比",，就可以計算出稠油中實際的含砂量"；。
如圖1所示，根據上述檢測方法的描述， 一種用于實現本方法的檢測裝置， 它包括稠油稀釋和出砂量檢測兩部分。其中稠油稀釋部分包括輸油主管道1、攪拌 器2、稀釋劑輸入管3、開關閥4、計量泵5、稀釋劑引流管6、稀釋劑儲存池7。 在輸油主管道1的內部設置攪拌器2，與攪拌器2的位置相對應，在輸油主管道1 的管壁上外接稀釋劑輸入管3，稀釋劑輸入管3與輸油主管道1相連通。稀釋劑輸 入管3上設置有開關閥4，稀釋劑輸入管3的另一端與計量泵5的輸出端口相連， 計量泵5的輸入端口通過稀釋劑引流管6連接到稀釋劑儲存池7。計量泵5不但可 以向稀釋劑輸入管3中泵入稀釋劑，還可以計量所泵入的稀釋劑流量，稀釋劑通 過計量泵5泵入到稀釋劑輸入管3后，直接進入輸油主管道l，由其內的攪拌器2 將稀釋劑和稠油充分攪拌均勻，以達到充分稀釋的目的。當稠油達到稀釋的要求 后，關閉安裝在稀釋劑輸入管3上的開關閥4，即可切斷稀釋劑的輸入通路。
本發明中所選用的稀釋劑最好為輕質汽油， 一方面起到稀釋的目的，同時又 不改變稠油的成分，可以在煉化階段，把其分離出來。計量泵需要一個工業汽油 泵，且必須防爆。
在輸油主管道1的下游管段連接的是出砂量檢測部分，出砂量檢測部分包括 文丘里管8、第一壓力傳感器9、第二壓力傳感器10、伽瑪源11和伽瑪探測器12。 文丘里管8為一中間細兩端粗的管道，文丘里管8上游直管段與輸油主管道1的 下游管段密封連接，比如為螺紋連接。在文丘里管8的上游直管段管壁上安裝有 第一壓力傳感器9;文丘里管8的喉部安裝有第二壓力傳感器10;文丘里管8的 下游直管段的一側管壁上安裝有三能級伽瑪源11，與三能級伽瑪源11位置相對應 的另一側管壁上安裝有伽瑪探測器12。在文丘里管外側還設置有連接各檢測部件 的數據處理器和保護各設備的保護套(圖中未視出)。
本發明中所選用伽瑪探測器包括晶體管和光電倍增管。
權利要求
1、一種油田稠油生產出砂量檢測方法，其特征在于它將流通過文丘里管的稀釋的稠油利用伽瑪源和壓力傳感器檢測的方法，得到其中的固相砂所占稀釋后流體量的百分比，從而推算出固相砂在稠油中的含量，具體檢測方法如下第一步，將稠油稀釋至粘度低于100mPa·S；第二步，采用能級為e1、e2、e3的三能級伽瑪源和相應的伽瑪探測器確定稀釋流體中水、油、氣、砂各相的體積百分比，根據伽瑪探測原理有，對于能級e1對于能級e2對于能級e3其中，I1、I01，I2、I02，I3、I03分別表示能級為e1、e2、e3的伽瑪源穿過流體介質后伽瑪射線的強度和穿過流體介質前伽瑪射線的強度，L為伽瑪射線穿過文丘里管中流體的厚度，即文丘里管的內徑，μw1～μw3、μo1～μo3、μg1～μg3、μs1～μs3分別表示各能級伽瑪射線穿過純水、純油、純氣、純砂時的質量衰減系數，ρw、ρo、ρg、ρs分別表示純水、純油、純氣、純砂的密度，αw、αo、αg、αs分別表示稀釋后流體中水、油、氣、砂各相的體積百分比，并存在如下關系αw+αo+αg+αs＝1(4)上述只有αw、αo、αg、αs為未知量，因此聯立(1)、(2)、(3)、(4)式，可得αw、αo、αg、αs；第三步，稀釋流體混合密度的計算由αw、αo、αg、αs和ρw、ρo、ρg、ρs，求出稀釋后流體的混合密度ρ為ρ＝αwρw+αoρo+αgρg+αsρs (5)第四步，稀釋流體量的測量在具有壓強變化的文丘里管道上設置兩個壓力傳感器，兩傳感器測得的壓強差為ΔpV，通過關系式可測得稀釋流體的流量Q，式中ρ由(5)式已知，C是流量系數，k是結構系數；第五步，稀釋流體中含砂量的計算根據含砂百分比αs和稀釋流體總量Q，可得稀釋流體中含砂量Qs為Qs＝αs. Q(7)第六步，稀釋劑量和原稠油量的計算稀釋劑量通過計量泵來測量，假定為Q2，則原稠油量Q1表述為Q1＝Q-Q2 (8)第七步，稠油中實際出砂量的測量由(7)、(8)式可知，稠油出砂體積百分比α′s為α′s＝Qs/Q1＝αs·Q/(Q-Q2) (9)
2、 如權利要求l所述的一種油田稠油生產出砂量檢測方法，其特征在于所 述稠油稀釋的方法為，在稠油中加入輕質汽油為稀釋劑。
3、 一種實現權利要求l所述方法的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于它包括一輸油主管道，所述輸油主管道內部設置有一攪拌器，與所述攪拌器 位置對應，在所述輸油主管道上連通一稀釋劑輸入管，所述稀釋劑輸入管上設置 有開關闊，所述稀釋劑輸入管的另一端與一計量泵的輸出口相連，所述計量泵的 輸入口通過一稀釋劑弓I流管連接到稀釋劑儲存池；所述輸油主管道下游管段連接 有一文丘里管，所述文丘里管的上游直管段安裝有第一壓力傳感器，中間喉部安 裝有第二壓力傳感器，下游直管段的管壁對應安裝有一套三能級伽瑪源和伽瑪探 測器；所述計量泵、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、三能級伽瑪源和伽瑪探 測器分別連接到數據處理器。
4、 如權利要求3所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于所述在 文丘里管外側設置有保護套。
5、 如權利要求3或4所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于所 述計量泵為防爆的工業汽油泵。
6、 如權利要求3或4所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于所述伽瑪探測器包括晶體管和光電倍增管。
7、 如權利要求5所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于所述伽 瑪探測器包括晶體管和光電倍增管。
8、 如權利要求3或4或7所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于: 所述文丘里管與所述輸油主管道螺紋密封連接。
9、 如權利要求5所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于所述文丘里管與所述輸油主管道螺紋密封連接。
10、如權利要求6所述的油田稠油生產出砂量檢測裝置，其特征在于所述文丘里管與所述輸油主管道螺紋密封連接。
全文摘要
本發明涉及一種油田稠油生產出砂量檢測方法及裝置，方法是將流通過文丘里管的稀釋的稠油采用伽瑪源傳感器檢測的方法，得到其中的固相砂所占稀釋后流體量的百分比，從而推算出固相砂在稠油中的含量，裝置包括一輸油主管道，輸油主管道內部設置有一攪拌器，與攪拌器位置對應在輸油主管道上連通一稀釋劑輸入管，稀釋劑輸入管上設置有開關閥和計量泵，輸油主管道下游管段連接有一文丘里管，文丘里管的上游直管段安裝有第一壓力傳感器，中間喉部安裝有第二壓力傳感器，下游直管段的管壁對應安裝有一套三能級伽瑪源和伽瑪探測器。本發明方法構思新穎，結構簡捷，適合應用于油田尤其是稠油生產中。
文檔編號G01N23/02GK101482522SQ200910077960
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月5日 優先權日2009年2月5日
發明者何保生, 黨瑞榮, 偉 姜, 李利品, 李漢興, 高國旺 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心