油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法，激光光源放置在地面以上，通過光纖準(zhǔn)直器將光耦合入大口徑耐熱光纖中，并與設(shè)在油管上的相對(duì)設(shè)有發(fā)射光纖微透鏡和接收光纖微透鏡的集成探頭上的發(fā)射光纖微透鏡聯(lián)接，發(fā)射光經(jīng)發(fā)射光纖微透鏡聚焦至高溫高壓液體及顆粒物上，散射光由多角度放置的接收光纖微透鏡接收并通過光纖傳輸至地面處理器，處理器分別由多個(gè)探測(cè)器測(cè)量散射光信號(hào)強(qiáng)度，最后經(jīng)過信號(hào)采集和處理系統(tǒng)完成水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)；將檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入水質(zhì)腐蝕與結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件，根據(jù)回注水在注入過程中溫度、壓力的參數(shù)的變化，預(yù)測(cè)水質(zhì)及腐蝕結(jié)垢的變化趨勢(shì)，確定水質(zhì)變化的主要原因，提出相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定控制措施。
【專利說明】油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法及裝置，具體地說，涉及如何恰當(dāng)利用激光檢測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，準(zhǔn)確反映回注水在注水井筒注入過程中以及注入地層后的變化趨勢(shì)，根據(jù)這種變化趨勢(shì)提出相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定控制措施，降低水質(zhì)對(duì)地層的傷害程度。
【背景技術(shù)】
[0002]注水開發(fā)油田是世界上應(yīng)用較為廣泛和行之有效的一種開發(fā)方式。而在注水過程中，注水水質(zhì)的好壞直接影響油田的開發(fā)效果。但污水經(jīng)處理站處理后在注水系統(tǒng)輸送過程中，因腐蝕、結(jié)垢、細(xì)菌生長以及系統(tǒng)溫度、壓力變化等原因，導(dǎo)致水質(zhì)變差，直至影響到注水井口和井底水質(zhì)。所以，獲取注水水質(zhì)數(shù)據(jù)特別是注水井筒水質(zhì)的實(shí)時(shí)變化顯得尤為重要，只有在準(zhǔn)確檢測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上才能分析評(píng)價(jià)和改善注水水質(zhì)。另外，針對(duì)低滲透及特低滲透油藏注水水質(zhì)要求高，在強(qiáng)化回注污水達(dá)標(biāo)處理的基礎(chǔ)上，還要加強(qiáng)回注污水全程檢測(cè)及控制，使回注水達(dá)標(biāo)回注到地層。近年來，國際上注水水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)正由采樣檢測(cè)向現(xiàn)場(chǎng)和在線檢測(cè)方向發(fā)展。由于激光具有亮度點(diǎn)，而光纖具有損耗極低、直徑細(xì)、質(zhì)量輕、可繞性好、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，激光和光纖傳感技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)和在線水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。如美國CiDRA公司的科研人員開發(fā)了井下光纖多相流傳感器，能夠準(zhǔn)確測(cè)定井下混合物的持水率。英國的Sensa、美國的CiDRA和Weatherford、荷蘭的SHELL等公司研發(fā)了注水井筒內(nèi)水體壓力、溫度等特性的檢測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品，其他水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)技術(shù)仍在研發(fā)之中。
[0003]本發(fā)明針對(duì)油田注水井筒中水質(zhì)在不同深度和高溫高壓環(huán)境下發(fā)生變化而影響注水效果的現(xiàn)狀，利用高精度激光檢測(cè)分析技術(shù)，研發(fā)了一種注水井筒水質(zhì)濁度、粒徑分布及離子濃度的檢測(cè)方法及裝置，具有一定的創(chuàng)新性:

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法及裝置，通過對(duì)井筒水質(zhì)原位檢測(cè)和水質(zhì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，準(zhǔn)確反映回注水在注水井筒注入過程中以及注入地層后的變化趨勢(shì)，根據(jù)注水井筒水質(zhì)變化趨勢(shì)，提出相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定控制措施，降低水質(zhì)對(duì)地層的傷害程度。本發(fā)明主要適應(yīng)于回注水沿程水質(zhì)不穩(wěn)定，以及中低滲透和特低滲透油田回注水井筒的水質(zhì)檢測(cè)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是由以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明基于先進(jìn)的激光和光纖傳感技術(shù)，首先完成注水井筒水質(zhì)激光檢測(cè)整體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，分別研究高溫高壓水質(zhì)激光散射信號(hào)濁度、顆粒物粒徑的定量關(guān)系，明確注水水質(zhì)離子的紫外吸收光譜特性，采用半導(dǎo)體激光光源、耐高溫高壓光纖、光纖微透鏡、光電探測(cè)器及全光纖探測(cè)，建立一套注水井筒水質(zhì)激光檢測(cè)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)注水井筒水質(zhì)的濁度、粒譜和離子濃度等信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)。最后，通過系統(tǒng)性試驗(yàn)與系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)分析，優(yōu)化完善注水井筒水質(zhì)激光檢測(cè)分析系統(tǒng)。主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容如下:
[0007]1、注水井筒水質(zhì)原位激光檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0008]如圖1所示，一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法，其特征在于激光光源放置在地面以上，通過光纖準(zhǔn)直器將光耦合入大口徑耐熱光纖中，并與設(shè)在油管上的相對(duì)設(shè)有發(fā)射光纖微透鏡和接收光纖微透鏡的集成探頭上的發(fā)射光纖微透鏡聯(lián)接，發(fā)射光經(jīng)發(fā)射光纖微透鏡聚焦至高溫高壓液體及顆粒物上，散射光由多角度放置的接收光纖微透鏡接收并通過光纖傳輸至地面處理器，處理器分別由多個(gè)探測(cè)器測(cè)量散射光信號(hào)強(qiáng)度，最后經(jīng)過信號(hào)采集和處理系統(tǒng)完成水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)；按油田地面集輸系統(tǒng)和注水系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)分析，將分析結(jié)果輸入水質(zhì)腐蝕與結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件，根據(jù)回注水在注入過程中溫度、壓力等參數(shù)的變化，預(yù)測(cè)水質(zhì)及腐蝕結(jié)垢的變化趨勢(shì)，確定水質(zhì)變化的主要原因，提出相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定控制措施。
[0009]2、注水井筒水質(zhì)預(yù)測(cè)反演原位檢測(cè)數(shù)據(jù)
[0010]在油田地面集輸系統(tǒng)或注水系統(tǒng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取樣進(jìn)行水質(zhì)分析，將分析結(jié)果輸入水質(zhì)腐蝕與結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件，根據(jù)回注水在注入過程中溫度、壓力等參數(shù)的變化，預(yù)測(cè)水質(zhì)及腐蝕結(jié)垢的變化趨勢(shì)，將預(yù)測(cè)的結(jié)果與注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，確定水質(zhì)變化的主要原因，提出相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定控制措施。在系統(tǒng)集成和測(cè)試階段，進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。通過測(cè)量系統(tǒng)在不同溫度和壓力下的損耗曲線，對(duì)水質(zhì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。
[0011]一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)裝置，是實(shí)施權(quán)利要求1所述油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法的裝置，包括激光器、光耦合放大器、激光發(fā)射耐熱光纖、激光接收耐熱光纖、發(fā)射光纖微透鏡、接收光纖微透鏡、集成探頭、陣列探測(cè)器、信號(hào)處理器和不銹鋼護(hù)管，其特征在于激光發(fā)射耐熱光纖和激光接收耐熱光纖各自套上不銹鋼管相對(duì)沿油管壁下入，激光發(fā)射耐熱光纖采用大口徑單根光纖，上端通過光纖準(zhǔn)直器置入光耦合放大器，并與地面的激光器聯(lián)接，下端與安裝在油管末端的集成探頭上的發(fā)射光纖微透鏡插入式聯(lián)接；激光接收耐熱光纖采用多根，上端與陣列探測(cè)器聯(lián)接，下端與集成探頭上的且與發(fā)射光纖微透鏡相對(duì)安裝的接收光纖微透鏡聯(lián)接。
[0012]發(fā)射光纖微透鏡采用錐形光纖微透鏡，接收光纖微透鏡采用陣列時(shí)光纖微透鏡，兩光纖微透鏡相向斜對(duì)井筒內(nèi)注入水。
[0013]集成探頭設(shè)為圓管形，上端設(shè)有卡箍頭，與油管卡箍連結(jié)，下端設(shè)有公螺紋，與油管螺紋連接，內(nèi)周下部相對(duì)設(shè)有發(fā)射光纖微透鏡卡耳和接收光纖微透鏡卡耳。
[0014]普通的光纖一般為丙烯酸酯涂覆，厚度約60 μ m，耐熱溫度一般不超過125°C。而注水井筒下局部溫度可能在200°C以上，因此需要選用耐高溫高壓光纖。因此，該系統(tǒng)需選用聚酰亞胺材料涂覆的耐高溫光纖，涂覆層厚度約10?20 μ m時(shí)耐受溫度可達(dá)350°C，可以滿足井下的使用要求。
[0015]另外，為防止光纖受力不均勻和水氣中氫分子擴(kuò)散進(jìn)入光纖引起傳輸損耗的不均勻變化，甚至出現(xiàn)疲勞斷裂現(xiàn)象，本項(xiàng)目采用耐高溫高壓、耐腐蝕的無縫不銹鋼套管作為光纖二次保護(hù)的封裝形式。
[0016]在系統(tǒng)集成和測(cè)試階段，進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。通過測(cè)量系統(tǒng)在不同溫度和壓力下的損耗曲線，對(duì)水質(zhì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。
[0017]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)以下有益功效:[0018]1、為中低滲透回注水井筒水質(zhì)變化趨勢(shì)提供檢測(cè)方法，尤其是經(jīng)過精細(xì)處理適合特低滲透油藏注水開發(fā)的水質(zhì)，提供沿井筒水質(zhì)變化的趨勢(shì)，揭示水質(zhì)變化的主要原因，有針對(duì)性的提出注水系統(tǒng)及井筒水質(zhì)穩(wěn)定控制技術(shù)措施。
[0019]2、利用激光及光纖技術(shù)可實(shí)現(xiàn)注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)，與水質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)在線反映水質(zhì)沿注水井筒因溫度、壓力的變化導(dǎo)致水質(zhì)變化的趨勢(shì)及影響因素；
[0020]3、本技術(shù)不適用于高滲透油藏，符合SY / T5329-2012中規(guī)定的懸浮物含量大于IOmg / L,含油大于30mg / L的回注水沿程水質(zhì)檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1-本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖2-信號(hào)強(qiáng)度與濁度的關(guān)系曲線圖
[0023]圖3-顆粒粒徑中值的測(cè)試曲線圖
[0024]圖4-離子信號(hào)強(qiáng)度與濃度的關(guān)系曲線圖
[0025]圖1中1-激光器2-激光發(fā)射耐熱光纖3-激光接收耐熱光纖4-發(fā)射光纖微透鏡5-接收光纖微透鏡6-集成探頭7-陣列探測(cè)器8-信號(hào)處理器9-不銹鋼管護(hù)管
【具體實(shí)施方式】
[0026]為進(jìn)一步公開本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖通過實(shí)施例作詳細(xì)說明:
[0027]—種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)裝置，是實(shí)施權(quán)利要求1所述油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法的裝置，包括激光器1、激光發(fā)射耐熱光纖2、激光接受耐熱光纖3、發(fā)射光纖微透鏡4、接受光纖微透鏡5、集成探頭6、陣列探測(cè)器7、信號(hào)處理器8和不銹鋼護(hù)管9，其特征在于激光發(fā)射耐熱光纖和激光接受耐熱光纖各自套上不銹鋼管相對(duì)沿油管壁下入，激光發(fā)射耐熱光纖采用大口徑單根光纖，上端通過光纖準(zhǔn)直器置入光耦合放大器，并于地面的激光器聯(lián)接，下端與安裝在油管末端的集成探頭上的發(fā)射光纖微透鏡插入式聯(lián)接；激光接收耐熱光纖采用多根，上端與陣列探測(cè)器聯(lián)接，下端與集成探頭上的且與發(fā)射光纖微透鏡相對(duì)安裝的接收光纖微透鏡聯(lián)接。
[0028]實(shí)例1、濁度的測(cè)試圖2所示
[0029]配制不同濁度的福爾瑪荊標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，散射信號(hào)強(qiáng)度隨濁度的增加而單調(diào)遞增。在低濁度區(qū)，一次擬合的相關(guān)系數(shù)在0.99以上(
[0030]實(shí)例2、粒徑的測(cè)試圖3所示
[0031]利用標(biāo)準(zhǔn)CaCO3粒子配置溶液，并利用修正后的粒譜反演算法對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)t匕。已知標(biāo)準(zhǔn)CaCO3粒子溶液的中值粒徑在17.9um,軟件實(shí)測(cè)值為18.2um。
[0032]實(shí)例3、離子的測(cè)試圖4所示
[0033]通過選取合適的系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)不同濃度的樣品進(jìn)行測(cè)量，得出譜線強(qiáng)度與濃度之間呈近似線性關(guān)系。在422.67nm波段Ca信號(hào)強(qiáng)度與溶液濃度關(guān)系圖(見圖4)，Ca濃度為
0.97ppm_250ppm。
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法，其特征在于激光光源放置在地面以上，通過光纖準(zhǔn)直器將光耦合入大口徑耐熱光纖中，并與設(shè)在油管上的相對(duì)設(shè)有發(fā)射光纖微透鏡和接收光纖微透鏡的集成探頭上的發(fā)射光纖微透鏡聯(lián)接，發(fā)射光經(jīng)發(fā)射光纖微透鏡聚焦至高溫高壓液體及顆粒物上，散射光由多角度放置的接收光纖微透鏡接收并通過光纖傳輸至地面處理器，處理器分別由多個(gè)探測(cè)器測(cè)量散射光信號(hào)強(qiáng)度，最后經(jīng)過信號(hào)采集和處理系統(tǒng)完成水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)；按油田地面集輸系統(tǒng)和注水系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)分析，將分析結(jié)果輸入水質(zhì)腐蝕與結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件，根據(jù)回注水在注入過程中溫度、壓力的參數(shù)的變化，預(yù)測(cè)水質(zhì)及腐蝕結(jié)垢的變化趨勢(shì)，確定水質(zhì)變化的主要原因，提出相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定控制措施。
2.一種油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)裝置，是實(shí)施權(quán)力要求I所述油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)方法的裝置，包括激光器、光耦合放大器、激光發(fā)射耐熱光纖、激光接受耐熱光纖、發(fā)射光纖微透鏡、接受光纖微透鏡、集成探頭、陣列探測(cè)器、信號(hào)處理器和不銹鋼護(hù)管，其特征在于激光發(fā)射耐熱光纖和激光接受耐熱光纖各自套上不銹鋼管相對(duì)沿油管壁下入，激光發(fā)射耐熱光纖采用大口徑單根光纖，上端通過光纖準(zhǔn)直器置入光耦合放大器，并于地面的激光器聯(lián)接，下端與安裝在油管末端的集成探頭上的發(fā)射光纖微透鏡插入式聯(lián)接；激光接收耐熱光纖采用多根，上端與陣列探測(cè)器聯(lián)接，下端與集成探頭上的且與發(fā)射光纖微透鏡相對(duì)安裝的接收光纖微透鏡聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)裝置，其特征在于發(fā)射光纖微透鏡采用錐形光纖微透鏡，接收光纖微透鏡采用陣列時(shí)光纖微透鏡，兩光纖微透鏡相向斜對(duì)井筒內(nèi)注入水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油田注水井筒水質(zhì)原位檢測(cè)裝置，其特征在于集成探頭設(shè)為圓管形，上端設(shè)有卡箍頭，與油管卡箍連結(jié)，下端設(shè)有公螺紋，與油管螺紋連接，內(nèi)周下部相對(duì)設(shè)有發(fā)射光纖微透鏡卡耳和接收光纖微透鏡卡耳。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK103558186SQ201310535827
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張建, 韓霞, 王增林, 桂華僑, 李清方, 王田麗, 辛林濤, 王子明, 田玉剛, 賈鶴年, 孫廣領(lǐng), 黃少偉, 張啟陽 申請(qǐng)人:中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司