Устройство и способ определения характеристического отношения и воздействующего на характеристическое отношение параметра для многофазного флюида

Изобретение относится к контролю качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов, а также к определению фактического значения характеристического отношения смеси флюидов и фактического значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение смеси флюидов, для многофазной смеси флюидов. Техническим результатом изобретения является осуществление контроля качества измерения массовой плотности, используемого в вычислении характеристического отношения смеси флюидов для многофазной смеси флюидов, и определение скорректированного значения характеристического отношения и скорректированного значения параметра, воздействующего на упомянутое характеристическое отношение, для многофазной смеси флюидов. Способ контроля качества измерения массовой плотности многофазной смеси флюидов содержит ряд текучих фракций и ряд составляющих элементов. Способ содержит этапы, на которых подвергают измерительную трубку потоку фотонов высокой энергии и измеряют скорости счета. Измерительная трубка выполнена с возможностью обеспечения прохождения фотонов через многофазную смесь флюидов. Определяют массовую плотность многофазной смеси флюидов на основании измерений скоростей счета в первом и втором энергетическом окнах. Способ дополнительно содержит этапы, на которых: определяют электронную плотность многофазной смеси флюидов на основании измерений скоростей счета в третьем энергетическом окне и сравнивают электронную плотность с массовой плотностью многофазной смеси флюидов. Измерительное устройство содержит измерительную трубку, выполненную с возможностью пропускания многофазной смеси флюидов, источник, излучающий фотоны высокой энергии на нескольких энергетических уровнях через измерительную трубку, детектор фотонов, принимающий фотоны, ослабленные многофазной смесью флюидов, и электронное устройство, соединенное с детектором. Электронное устройство содержит процессор и запоминающее устройство. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Один аспект изобретения относится к способу осуществления контроля качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов. Измерения выполняются с помощью использующего несколько энергетических уровней фотонного плотномера (денситометра). Массовая плотность используется в вычислении характеристического отношения для смеси флюидов, например отношения вода-жидкость.

Другой аспект изобретения относится к способу определения фактического значения характеристического отношения смеси флюидов и фактического значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение смеси флюидов, для многофазной смеси флюидов. Дополнительный аспект изобретения относится к измерительному устройству, осуществляющему такой способ.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В документах WO 99/10712 и WO 02/50522 описывается способ и устройство, предназначенные для измерения скоростей потоков (расходов) текучей смеси (вытекающего нефтяного потока, состоящего из воды, нефти и газа). Устройство содержит трубку Вентури (Venturi), датчик давления, содержащий отводы замера давления, сообщающиеся с измерительной частью трубки Вентури, датчик температуры, источник и детектор гамма-излучения, расположенные на противоположных сторонах суженной части трубки Вентури. Источник и детектор обеспечивают возможность определения плотности и состава смеси флюидов. Детектор измеряет затухание прошедшего через смесь флюидов гамма-излучения на двух различных энергетических уровнях. Энергетические уровни являются таковыми, что скорость счета (в единицу времени) на (уровне) высокой энергии является по существу чувствительной к плотности смеси флюидов, а скорость счета на низкой энергии является чувствительной также к составу смеси флюидов. Измерения давления и температуры дают возможность определения плотности газа и скорости потока газа в условиях потока и нормальных условиях для давления и температуры, соответственно. Устройство дает возможность измерения общего массового расхода, относительного массового отношения вода/жидкость, и расходов нефти, воды и газа.

При этом существует риск значительного разброса коэффициентов затухания гамма-излучения в водной массе (ослабления водной массой) на низкой энергии в зависимости от присутствия солевых видов (например, NaCl, KCl, и т.д. …) или других тяжелых атомов (например, H₂S, CO₂, и т.д. …), поскольку концентрация солевых видов и тяжелых атомов может изменяться в процессе измерений. Этот разброс в компонентах состава имеет воздействие в особенности на точность измерения отношения вода-жидкость, если измеряется с помощью устройств и способов, известных из предшествующего уровня техники.

Например, коэффициентом затухания на единицу массы на низкой энергии для чистой воды является 0,03334 м²/кг, а для воды с 25% NaCl на массу является 0,05474 м²/кг, таким образом соответствуя разности приблизительно 0,02000 м²/кг. Кроме того, для достижения абсолютной ошибки в отношении вода-жидкость ниже ±0,05 требуется, чтобы коэффициент затухания на единицу водной массы на низкой энергии был известен с точностью выше ±0,00015 м²/кг. В применениях, где минерализация воды может изменяться в зависимости от времени, коэффициент затухания на единицу водной массы на низкой энергии требует отслеживания и обновления. Однако в случае долговременных подводных (морских) применений является трудным поддерживать точность, поскольку отбор проб жидкостей не является осуществимым регулярно, и измерительное устройство не является доступным в течение длительных промежутков времени.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство и способ осуществления контроля качества измерения массовой плотности, используемого в вычислении характеристического отношения смеси флюидов для многофазной смеси флюидов, например отношения вода-жидкость, и устройство и способ для определения скорректированного значения упомянутого характеристического отношения и скорректированного значения параметра, воздействующего на упомянутое характеристическое отношение, для многофазной смеси флюидов, который устраняет по меньшей мере один из недостатков предшествующего уровня техники.

Изобретение предлагает способ, использующий три энергетических пика в составе (энергетического) спектра источника фотонов высокой энергии (в качестве примера, пики в 32 кэв, 81 кэв и 356 кэв источника гамма-излучения (изотопа) бария-133) для того, чтобы непосредственно вычислять электронную плотность многофазной смеси флюидов, используя высший энергетический пик (356 кэв). Это дает возможность вычисления замера, дополнительного по отношению к гамма-измерению с двойной энергией, соответствующему предшествующему уровню техники. В соответствии с другим аспектом изобретения этот способ обеспечивает возможность определения параметра, воздействующего на характеристическое отношение смеси флюидов (в качестве примера, воздействующей на отношение вода-жидкость минерализации воды) и фактическое характеристическое отношение для многофазной смеси. Изобретение дает возможность обеспечения избыточности в (результатах) измерениях и, следовательно, контроля качества измерений в реальном времени.

Согласно первому аспекту изобретение относится к способу осуществления контроля качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов, содержащей ряд фракций флюидов и ряд составляющих элементов. Способ содержит этапы, на которых:

подвергают измерительную трубку воздействию потока гамма-квантов, и измеряют скорости счета, измерительная трубка выполнена с возможностью обеспечения прохода гамма-квантов через многофазную смесь флюидов,

определяют массовую плотность многофазной смеси флюидов на основании измерений скоростей счета в первом и втором энергетическом окне (регистрации излучения), первое и второе энергетические окна выбирают таким образом, чтобы измерения в упомянутых энергетических окнах были в основном чувствительными к фракциям флюидов и составляющим элементам,

определяют электронную плотность многофазной смеси флюидов на основании измерений скоростей счета в третьем энергетическом окне, третье энергетическое окно выбирается так, чтобы измерения в третьем энергетическом окне были существенно чувствительными по отношению к плотности составляющих элементов, и

сравнивают электронную плотность с массовой плотностью для многофазной смеси флюидов, одна из упомянутых плотностей до этапа сравнения корректируется с помощью коэффициента, зависящего от атомного номера и массового числа многофазной смеси флюидов, разность между обеими плотностями указывает качество измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов.

Массовая плотность может быть определена путем:

измерения первой и второй скоростей счета в первом энергетическом окне, когда измерительная трубка является пустой, и когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку, соответственно,

измерения первой и второй скоростей счета во втором энергетическом окне, когда измерительная трубка является пустой, и когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку, соответственно, и

вычисления массовой плотности для многофазной смеси флюидов на основании первой и второй скоростей счета в первом и втором энергетических окнах.

Электронная плотность может быть определена путем:

измерения первой и второй скоростей счета в третьем энергетическом окне, когда измерительная трубка является пустой, и когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку, соответственно, и

вычисления электронной плотности многофазной смеси флюидов на основании первой и второй скоростей счета в третьем энергетическом окне, и зависящего от геометрии измерительной трубки коэффициента.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретение относится к способу определения фактического значения характеристического отношения для смеси флюидов и фактического значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение многофазной смеси флюидов, многофазная смесь флюидов содержит ряд фракций флюидов, по меньшей мере на одну плотность фракции воздействует фактическое значение параметра. Способ содержит ряд этапов. Этап начального опорного измерения содержит: определение начального значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение для многофазной смеси флюидов, и определение опорных значений для каждой фазы многофазной смеси флюидов, подвергая измерительную трубку потоку фотонов и измеряя скорости счета, в течение этого этапа каждая фаза пропускается в измерительном канале по одной в единицу времени. Этап измерения включает применение способа в соответствии с изобретением для контроля качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов. Если качество является приемлемым, первый этап определения характеристического отношения содержит определение фактического значения характеристического отношения на основании начального значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение, опорных значений и результата измерения массовой плотности. Если качество является неприемлемым, второй этап определения характеристического отношения включает определение первого значения характеристического отношения на основании электронной плотности многофазной смеси флюидов, электронной плотности первой фракции (например, фракции жидкости), электронной плотности второй фракции (например, фракции воды), и определение второго значения характеристического отношения на основании значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение, опорных значений и результата измерения массовой плотности. Затем первое значение сравнивается со вторым значением характеристического отношения. Потом применяется изменение параметра путем приращения значения параметра, когда первое значение характеристического отношения не является по существу равным второму значению характеристического отношения, и повторения определения первого и второго значений характеристического отношения на основании измененного на приращение параметра. Затем определяется фактическое значение характеристического отношения и фактического значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение, когда первое значение характеристического отношения является по существу равным второму значению характеристического отношения.

Характеристическое отношение может быть отношением вода-жидкость, отношением газ-нефть, или отношением газ-жидкость.

Преимущественно плотность фракции, на которую воздействует параметр, может быть получена из справочной таблицы.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретение относится к измерительному устройству, содержащему измерительную трубку, выполненную с возможностью пропускания многофазной смеси флюидов, источник, излучающий фотоны высокой энергии на нескольких энергетических уровнях через измерительную трубку, детектор фотонов, принимающий фотоны, ослабленные многофазной смесью флюидов, и электронное устройство, соединенное с детектором. Электронное устройство содержит процессор и запоминающее устройство и выполнено с возможностью осуществления этапов определения и вычисления согласно способу в соответствии с изобретением.

Изобретение обеспечивает возможность использования прямого измерения электронной плотности смеси на основании измерений скоростей счета в высокоэнергетическом окне (например, 356 кэв для бария), без необходимости флюидов или опорных измерений, отслеживать и корректировать изменения в вычислительной модели плотности смеси флюидов, то есть, используя фазовые фракции, вычисленные, исходя из скоростей счета в двух нижних энергетических окнах (например, 32 кэВ и 81 кэВ для бария) и с помощью (значений) плотностей монофазных флюидов, введенных в стандартные условия и повторно вычисленных в условиях (выкидной) линии с использованием корреляции PVT (pressure-volume-temperature, давление-объем-температура, ДОТ). Посредством сравнения плотности, вычисленной на основании скоростей счета в высокоэнергетическом окне (например, 356 кэВ для бария), и плотности, вычисленной на основании скоростей счета в двух нижних энергетических окнах (например, 32 кэВ и 81 кэВ для бария), является возможным идентифицировать изменения, которые могут быть вызваны либо изменениями в составе одной или нескольких фаз, либо неточными вычислениями PVT.

С помощью изобретения является возможным определять отношение вода-жидкость, даже если отношение вода-жидкость существенно снижается.

Кроме того, изобретение обеспечивает возможность определения отношения вода-жидкость без какой-либо необходимости регулярного взятия проб и выполнения анализа воды, таким образом устраняя трудности, связанные с осуществлением взятия проб (трудно осуществлять в конкретном применении, вода не отделяется должным образом вследствие эмульсий, вода загрязнена капельками нефти, которые не были отделены, и т.д. …).

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидными из описанных ниже вариантов осуществления и пояснены с их помощью.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение иллюстрируется в виде примера и не ограничивается сопроводительными чертежами, на которых сходные ссылочные позиции указывают сходные элементы:

Фиг.1 - схематичное представление типичного местоположения береговой скважины углеводородов;

Фиг.2 - поперечный разрез и вид в перспективе измерительного устройства в соответствии с изобретением;

Фиг.3 - иллюстрация типичного спектра гамма-излучения или регистрации (измеренные скорости счета в виде функции энергии) измерительного устройства в соответствии с изобретением;

Фиг.4 - схематичное представление местоположения береговой скважины углеводородов, в котором минерализация изменяется;

Фиг.5 - схема, иллюстрирующая в соответствии с изобретением способ контроля качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов;

Фиг.6 и 7 - диаграммы, иллюстрирующие в соответствии с изобретением способ определения скорректированного значения отношения вода-жидкость и скорректированного значения параметра, воздействующего на отношение вода-жидкость, для многофазной смеси флюидов; и

Фиг.8 - график, иллюстрирующий в соответствии с изобретением способ определения скорректированного значения отношения вода-жидкость и скорректированного значения параметра (пример минерализации NaCl), воздействующего на отношение вода-жидкость, для многофазной смеси флюидов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 весьма схематично показано типичное местоположение береговой скважины углеводородов и наземное оборудование (SE) над геологическим пластом GF углеводородов после того, как была выполнена операция бурения ствола WB скважины, после того, как была спущена обсадная колонна, после того, как были выполнены цементировочные работы, и была начата эксплуатация.

Смесь флюидов FM истекает из скважины из выбранных зон геологического пласта GF углеводородов из оборудования устья CT скважины. Оборудование устья скважины соединено с другим наземным оборудованием OE посредством выкидной линии LN. Наземное оборудование OE обычно может содержать ряд следующих друг за другом элементов, соединенных вместе (например, редукционный клапан давления, устройство теплообмена, горелка, и т.д. …). Устройство 1, которое обычно соединено с выкидной линией LN, измеряет скорости потока (расходы) многофазной смеси флюидов FM.

Смесь флюидов FM является многофазной текучей смесью, содержащей ряд фракций флюидов (вода, нефть, газ) и ряд составляющих элементов (вода, различные молекулы углеводорода, различные молекулы, растворенные в воде).

На Фиг.2 схематически показано устройство 1 для измерения скоростей потока многофазной смеси флюидов FM. Устройство 1 содержит трубопроводную секцию 3, внутренний диаметр которой постепенно уменьшается от входной части 4 до сужения 5, образуя сходящуюся трубку 2 Вентури. Сходящаяся трубка Вентури вызывает перепад давления между входной частью 4 и сужением 5. Трубопроводная секция 3 может быть соединена с некоторой отводной трубой LN посредством некоторого подходящего соединительного устройства (не показано).

Устройство 1 содержит ряд датчиков давления (не показаны) для измерения давления многофазной смеси флюидов FM и перепада давления вследствие сходящейся трубки Вентури. Устройство 1 также содержит датчик температуры (не показан) для измерения температуры смеси флюидов FM. Измерения давления и температуры дают возможность определения давления и температуры потока смеси флюидов FM.

Устройство 1 дополнительно содержит источник 6 и детектор 7 для измерения плотности и фракций (относительных долей) смеси флюидов FM. Источник 6 и детектор 7 расположены диаметрально на каждых противоположных сторонах сужения 5 в соответствующих блоках, соединенных с трубопроводной секцией 3.

Источник 6 является генерирующим фотоны источником, например источником квантов гамма-излучения или источником рентгеновского излучения. Предпочтительно, источник генерирует фотоны по меньшей мере на трех различных энергетических уровнях (двух низких энергетических уровнях и высоком энергетическом уровне). Например, как показано на Фиг.3, источник образован радиоизотопом бария-133, генерирующим кванты гамма-излучения. Энергии фотонов являются распределенными в спектре с наличием нескольких пиков P1, P2, P3, первый пик P1 на низкой энергии приблизительно 32 кэв, второй пик P2 на низкой энергии приблизительно 81 кэв и третий пик P3 на высокой энергии приблизительно 356 кэв. Как альтернатива, в качестве источника может использоваться известная рентгеновская трубка. Детектор 7 содержит сцинтилляционный кристалл (например, NalTl) и фотоумножитель. Детектор измеряет скорости счета в различных энергетических окнах, соответствующие ослабленным гамма-лучам, прошедшим через смесь флюидов. Энергетические окна E32, E81, E356, в которых измеряются скорости счета, в энергетическом спектре гамма-квантов связаны с пиками P1, P2, P3, соответственно. Детектор обеспечивает три последовательности сигналов, представляющих числа фотонов, обнаруженных в первом энергетическом окне E32, втором энергетическом окне E81 и третьем энергетическом окне E356.

Первое E32 и второе E81 энергетические окна являются такими, что измерения в этих энергетических окнах являются в основном чувствительными к жидким фракциям смеси флюидов и составляющим элементам вследствие фотоэлектрического и комптоновского (Compton) эффектов на этих энергиях. Третье энергетическое окно E356 является таким, что измерения в этом энергетическом окне являются существенно чувствительными к плотности составляющих элементов вследствие комптоновского эффекта только на этой энергии.

Предпочтительно, блоки (опоры), соединенные с трубкой, принимающей источник и детектор, содержат соответствующие окна в поток (не показано), выполненные из материала с показателем низкого поглощения гамма-излучения в исследуемых энергетических окнах.

Датчики давления, датчик температуры и детектор являются все соединенными с электронным устройством 8. Электронное устройство 8 определяет скорости потока для отдельных фаз многофазной смеси флюидов, отношение вода-жидкость и другие значения на основании измерений, обеспечиваемых датчиками и детектором.

На Фиг.4 весьма схематично показано местоположение береговой скважины углеводородов, которое иллюстрирует типичный пример, когда минерализация многофазной смеси флюидов может изменяться. В этом применении нагнетательная скважина Wl и добывающая скважина WP являются предварительно пробуренными и обсаженными. Добывающая скважина WP была дополнительно простреляна PZ вдоль зоны RZ коллектора. Скважины, нагнетательная и добывающая, образуют зону вытеснения нефти нагнетаемой водой. Поскольку вода BW нагнетается и вытесняется вне нагнетательной скважины, ожидается, что будет изменяться форма поверхности между нефтью и водой. Фронт воды WF продвигается вперед внутрь толщи пласта и выталкивает нефть в сторону добывающей скважины WP. Это приводит к более хорошему отбору пластового флюида из коллектора. Как правило, в случае коллектора с наличием неоднородной проницаемости, продвижение фронта является неоднородным. Вода будет предпочтительно продвигаться в слоях или зонах L2, имеющих высокую проницаемость, принимая во внимание, что другие слои или зоны L1 останутся непромытыми. Береговая линия может быть неоднородной и демонстрировать некоторое образование языков вследствие отгона легких фракций, продвигающихся быстрее в слоях L2 с высокой водопроницаемостью. Дополнительно, обычно вода BW, нагнетаемая в нагнетательную скважину W1, является водой, имеющейся в местоположении скважины, а именно зачастую морской водой. Таким образом, когда береговая линия WF достигает добывающей скважины WP, отношения вода-жидкость и минерализация фазы воды в добытой многофазной смеси флюидов FM будут меняться. На минерализацию могут оказать воздействие различные соли, например, NaCl, KCl, CaCl₂, MgSO₄, и т.д. …, или комбинации различных видов солей. Описанный выше пример рассматривал влияние минерализации на многофазную смесь флюидов. Однако другие непосредственные составляющие (например, H₂S, CO₂H, сера, и т.д. …) могут иметь влияние на многофазную смесь флюидов, таким образом воздействуя на качество вычисления отношения вода-жидкость для многофазной смеси флюидов, выполненного посредством устройства, как описано выше.

На Фиг.5 показана схема, иллюстрирующая в соответствии с изобретением способ контроля качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов, упомянутое измерение массовой плотности используется в вычислении отношения вода-жидкость. На первом этапе S1a и S1b выполняются различные нормировочные измерения NORM. Эти нормировочные измерения состоят в измерении первых скоростей счета N32_EP в первом энергетическом окне E32, первых скоростей счета N81_EP во втором энергетическом окне E81 (этап S1a), и первых скоростей счета N356_EP в третьем энергетическом окне E356 (этап S1b), когда измерительная трубка является пустой. Фактически эти нормировочные измерения могут быть выполнены один раз, например, перед установкой устройства 1 на линию LN, но после установки источника в блок источника в составе устройства. Нормировочные измерения могут быть выполнены с наличием воздуха в измерительной трубке. Преимущественно, корректировка, относящаяся к нормальному условию давления и температуры, может применяться по отношению к этим нормировочным измерениям. На последующих этапах S1c, S1d и S1e выполняются различные опорные измерения REF G, REF W и REF O. Опорное измерение REF G (этап S1c) состоит в определении скоростей счета N32_g в первом энергетическом окне E32, скоростей счета N81_g во втором энергетическом окне E81, скоростей счета N356_g в третьем энергетическом окне E356, затухания на 32 кэв A^le _g и на 81 кэв A^he _g, и отношения 2Z/A_g между атомным номером и массовым числом для эталонной смеси, содержащей 100% газа (фракции α_g=1, α_w=α₀=0). Опорное измерение REF W (этап S1d) состоит в определении скоростей счета N32_w в первом энергетическом окне E32, скоростей счета N81_w во втором энергетическом окне E81, скоростей счета N356_w в третьем энергетическом окне E356, затухания на 32 кэв A^le _w и на 81 кэв A^he _w, и отношения 2Z/A_w между атомным номером и массовым числом для эталонной смеси, содержащей 100% воды (фракции α_w=1, α_g=a₀=0). Опорное измерение REF O (этап S1e) состоит в определении скоростей счета N32_o в первом энергетическом окне E32, скоростей счета N81_o во втором энергетическом окне E81, скоростей счета N356_o в третьем энергетическом окне E356, затухания на 32 кэв A^le _g и на 81 кэв A^he _g, и отношения 2Z/A_o между атомным номером и массовым числом для эталонной смеси, содержащей 100% нефти (фракции α₀=1, α_w=α_g=0).

На втором этапе S2a, S2b, S2c выполняются различные измерения MES. Эти измерения состоят в измерении вторых скоростей счета N32_mix в первом энергетическом окне E32 (этап S2a), вторых скоростей счета N81_mix во втором энергетическом окне E81 (этап S2b), и вторых скоростей счета N356_mix в третьем энергетическом окне E356 (этап S2c), когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку. Фактически эти измерения выполняются постоянно или регулярно, как только устройство 1 устанавливается на линии LN.

На третьем этапе S3a вычисляют массовую плотность ρ_{ma_mix} многофазной смеси флюидов на основании первых 32_EP, N81_EP и вторых N32_mix, N81_mix скоростей счета в первом E32 и втором E81 энергетических окнах. Вычисление массовой плотности ρ_{ma_mix} основывается на знании плотности жидкости для каждой фазы (полученной в течение опорных измерений среды флюидов), повторно вычисленной в условиях линии (с использованием корреляции PVT) и с относительными объемными долями этих фаз. Это вычисление было подробно описано в нескольких документах, конкретно в Международной публикации WO 02/50522. Далее на этапе S3b определяется электронная плотность ρ'_{el_mix}, связанная с массовой плотностью ρ_{ma_mix} многофазной смеси флюидов. Электронная плотность ρ'_{el_mix}, связанная с массовой плотностью ρ_{ma_mix} многофазной смеси флюидов, является скорректированным значением, учитывающим атомный номер Z и массовое число А для многофазной смеси флюидов, а именно

Атомный номер Z и массовое число А определяются согласно характеристикам состава многофазной смеси флюидов, выдаваемых на основании проб, которые были взяты, например, перед установкой измерительного устройства.

На четвертом этапе S4 определяется электронная плотность ρ_{el_mix} многофазной смеси флюидов. Электронную плотность ρ_{el_mix} вычисляют на основании первой N356_EP и второй N356_mix скоростей счета в третьем энергетическом окне E356, и коэффициента K, а именно:

Коэффициент K зависит от геометрии измерительной трубки. Он определяется посредством калибровки.

На пятом этапе S5 скорректированная электронная плотность ρ'_{el_mix} (то есть, связанная массовая плотность ρ_{ma_mix}) сравнивается с электронной плотностью ρ_{el_mix}. В качестве примера сравнение может состоять в вычислении разности между обеими электронными плотностями ρ_{el_mix} и ρ'_{el_mix} и сравнении этой разности с пороговым значением Δ_th.

Если разность ниже порогового значения (ветвь «Да»), это указывает, что измерения, выполненные посредством устройства, могут быть признаны достоверными. В качестве следствия отношение вода-жидкость может быть вычислено на основании вычисления, поясненного ниже в описании в связи с Фиг.6.

Сравнение электронных плотностей является выгодным, поскольку электронная плотность ρ_{el_mix} является результатом прямых измерений, требующих только нормирования и независимых от какой-либо калибровки или опорных измерений.

Если разность выше порогового значения (ветвь «Нет»), это указывает, что измерения, выполненные посредством устройства, являются неправильными, например вследствие изменения в составе многофазной смеси флюидов. В качестве следствия, отношение вода-жидкость может быть вычислено на основании способа коррекции с учетом постепенного изменения параметра PRM, влияющего на характеристическое отношение смеси флюидов (например, отношение вода-жидкость), как объяснено ниже в описании в связи с Фиг.7.

Таким образом, сравнение является указателем качества измерения массовой плотности для многофазной смеси флюидов, которое может использоваться в последующем определении характеристического отношения смеси флюидов, например отношения вода-жидкость.

В качестве альтернативы, сравнение может состоять в вычислении отношения между (упомянутыми) определенными плотностями и сравнении этого отношения с пороговым значением.

В качестве дополнительной альтернативы, электронная плотность ρ_{el_mix} прежде этапа сравнения может быть скорректирована с помощью фактора, зависящего от атомного номера Z и массового числа А многофазной смеси флюидов. В этом случае:

_,

и пятый этап S5 состоит в сравнении массовой плотности ρ_{ma_mix} и ρ'_{ma_mix}.

Теперь будут описаны Фиг.6 и 7 вместе с конкретным вариантом осуществления, состоящим в определении отношения (WLR) вода-жидкость. Однако методика является применимой с небольшой модификацией для определения другого характеристического отношения смеси флюидов, подобного отношению (GOR) газ-нефть или отношению (GLR) газ-жидкость.

На Фиг.6 показана схема, иллюстрирующая способ определения значения отношения вода-жидкость и значения воздействующего на отношение вода-жидкость параметра PRM для многофазной смеси флюидов, когда измерения, выполненные посредством устройства, были признаны достоверными. В дополнение к различным поясненным выше опорным измерениям S1c, S1d и S1e выполняются дополнительные опорные измерения DET PRM_ini (этап S1f). Калибровка DET PRM_ini определяет начальное значение параметра, воздействующего на отношение вода-жидкость для многофазной смеси флюидов, например, минерализации воды. Фактически все эти опорные измерения могут быть выполнены один раз, например, используя многофазную смесь флюидов, добытую из углеводородной скважины, где должно контролироваться характеристическое отношение, и с помощью измерительного устройства согласно изобретению и других средств анализа состава.

На шестом этапе S6a из справочной таблицы LUT могут быть получены теоретические значения коэффициента затухания на единицу массы на (уровне) 32 кэв и на 81 кэв в виде функции параметра.

Например, в случае состава PRM_ini=S_ini минерализации значения и могут быть получены из таблиц Национального института стандартов и технологии (НИСТ, NIST). Входными данными на NIST-вычислитель (web-сайт www.nist.org) затухания на единицу массы являются состав раствора (соль или смесь) и относительный вес каждой непосредственной составляющей. Для компьютерного вычисления эффективных коэффициентов затухания на массу используется передаточная функция. В качестве альтернативы, эти затухания могут быть вычислены.

На седьмом этапе S7a вычисляется (CALC wlr) отношение вода-жидкость. Это определение основывается на начальном значении параметра, воздействующего на отношение вода-жидкость, различных эталонных значениях и измерениях скоростей счета N32_mix и N81_mix для определения массовой плотности (См. Фиг.5).

Более точно, затухания и вычисляются на 32 кэв и 81 кэв:

и

.

Затем вычисляется отношение вода-жидкость, вычисленное исходя из скоростей счета в энергетических окнах на 32 кэв и 81 кэв:

.

Если измерения, выполненные посредством устройства, были признаны достоверными (ветвь «Да» по Фиг.5), фактическим значением водожидкостной нормы WLR_a и параметра PRM_a (например, минерализации S) являются, соответственно, вышеупомянутая вычисленная водожидкостная норма wlr и начальное значение параметра PRM_ini (этап S10a).

На Фиг.7 показана схема, иллюстрирующая способ определения значения отношения вода-жидкость и значения параметра, воздействующего на отношение вода-жидкость для многофазной смеси флюидов, когда измерения, выполненные посредством устройства, не были признаны достоверными. Различные опорные измерения REF G, EF W, REF O и DET PRM_ini все еще выполняются (первые этапы S1c, S1d, S1e и S1f, описанные в связи с Фиг.5 и 6).

Потом получают значение первого отношения wlr вода-жидкость на основании измерения на 32 кэв и 81 кэв для начального значения параметра PRM_ini, как описано в связи с Фиг.6.

Как сопутствующее, получают значение второго отношения вода-жидкость на основании измерения на 356 кэв для начального значения параметра PRM_ini.

Следуя за вычислением электронной плотности ρ_{el_mix}, как описано выше в связи с Фиг.5, вычисляют электронную плотность для фракции жидкости ρ_{el_liq}, воды ρ_{el_w} и нефти ρ_{el_o} (этапы S7c, S7d и S7e, соответственно). Более точно, электронная плотность для фракции жидкости задается согласно:

,

причем α_g является фракцией газа, и ρ_{el_g} является электронной плотностью для газа.

Относительная объемная доля (фракция) каждой фазы многофазной смеси флюидов определяется с помощью измерительного устройства, как описано в Международной публикации WO 99/10712 .

Электронная плотность нефтяной фракции вычисляется (этап S7e) согласно:

Электронная плотность для воды вычисляется (этап S7d) согласно:

,

причем массовая плотность воды, на которую воздействует параметр PRM, получена из справочной таблицы LUT (этап S6b).

Затем вычисляется отношение вода-жидкость, вычисляемое, исходя из энергетического пика на 356 кэв (этап S7e), согласно:

.

Впоследствии, на восьмом этапе S8, вычисляется значение отношения вода-жидкость WLR, исходя из энергетического пика в 356 кэв, которое сравнивается с отношением wlr вода-жидкость, вычисленным, исходя из энергетических пиков на 32 кэв и 81 кэв. Сравнение двух значений отношения вода-жидкость обеспечивает возможность идентифицировать изменения в составе воды от момента времени, когда были получены опорные измерения.

Когда два значения wlr и WLR для отношения вода-жидкость не являются равными (принимая во внимание неопределенности, связанные с вычисленными значениями отношения вода-жидкость), параметр PRM изменяется на значение приращения параметра PRM=PRM+ΔPRM (этап S9). Впоследствии этапы S6b (справочная таблица), S7b (CALC wlr), S7d (CALC ρ_{el_w}), S7e (CALC WLR) повторяются при новом значении параметра PRM. Когда два значения wlr и WLR для отношения вода-жидкость являются равными (принимая во внимание неопределенности, связанные с вычисленными значениями отношения вода-жидкость), эти два значения отношения вода-жидкость дают фактическое отношение WLR_a вода-жидкость для смеси флюидов, и параметр PRM является равным фактическому значению параметра PRM_a (этап S10b). В примере минерализации в качестве параметра, воздействующего на отношение вода-жидкость, новая смесь солевого раствора используется, чтобы осуществить обратное вычисление нового отношения вода-жидкость и минерализации посредством имитационного моделирования изменения минерализации солевого раствора, изменяющегося от пресной воды до насыщенности (или путем соотношения компонентов смеси двух различных солевых растворов, содержащих различные виды солей).

На Фиг.8 показан график, в соответствии с изобретением иллюстрирующий способ определения скорректированного значения отношения вода-жидкость и скорректированного значения воздействующего на отношение вода-жидкость параметра для многофазной смеси флюидов.

В этом примере начальным отношением вода-жидкость является 40,8% с измеренной начальной минерализацией воды 0,052 г/г. Кривая wlr=f(S), вычисленная с помощью энергетических окон 32 кэв и 81 кэв, сравнивается с кривой WLR=f(S), вычисленной с помощью энергетического окна 356 кэв. Эти две кривые пересекаются в одной и той же точке WLR=wlr=39,5% для вычисленной минерализации, соответствующей S=0,0535 г/г.

Точность способа зависит от объема воды, присутствующей в многофазной смеси флюидов. Минерализация может быть достаточно корректно определена с точностью, обычно изменяющейся от ±5% до ±10% при объеме воды, изменяющемся от 100% до 20%, соответственно. Отношение вода-жидкость может быть достаточно корректно определено с типичной точностью ±5%, независимо от минерализации.

В примере применения по Фиг.4 оператор может использовать информацию об отношении вода-жидкость и параметре (например, о минерализации) для управления нагнетанием воды в нагнетательную скважину. Избирательное нагнетание позволит улучшенную промывку части коллектора поблизости добывающей скважины, таким образом повышая добычу, оставляя меньшее количество нефти в интересующей части коллектора.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Представленное выше изобретение было описано со ссылкой на конкретный пример, в котором минерализация воздействует на отношение вода-жидкость. Должно быть подчеркнуто, что изобретение не является ограниченным конкретным видом соли, например, NaCl. Изобретение является применимым, когда на отношение вода-жидкость воздействует любой вид соли, например, KCl, CaCl₂, MgSO₄, и т.д. …, или комбинация различных видов солей. Кроме того, изобретение не ограничивается минерализацией, изобретение может подобным образом применяться, когда любые другие параметры (например, H₂S, CO₂, сера, и т.д. …) могут оказывать влияние на многофазную смесь флюидов. Наконец, описанное выше изобретение не ограничивается отношением вода-жидкость, в качестве другого характеристического отношение смеси флюидов (например, GOR (отношение газ-нефть, ОГН), GLR (отношение газ-жидкость, ОГЖ)) может использоваться в применениях к скважинам углеводородов.

Хотя было описано конкретное применение изобретения для использования с береговыми скважинами углеводородов, специалисту в данной области техники будет очевидно, что изобретение также является пригодным для применений к скважинам добычи углеводородов в открытом море.

Специалисту в данной области техники будет дополнительно очевидно, что изотоп бария в качестве источника является примером и что могут быть подходящими другие источники гамма или рентгеновских лучей, например иной химический источник или генерирующее рентгеновское излучение устройство (например, рентгеновская трубка).

Чертежи и приведенное выше их описание предпочтительнее иллюстрируют, чем ограничивают объем изобретения.

Любая ссылочная позиция, используемая в формуле изобретения, не должна рассматриваться в качестве ограничения формулы. Термин "содержащий" не исключает присутствия элементов, отличных от таковых, перечисленных в формуле изобретения. Использование элемента в единственном числе в описании и формуле не исключает наличия множества таких элементов.

1. Способ контроля качества измерения массовой плотности многофазной смеси флюидов (FM), содержащей ряд текучих фракций и ряд составляющих элементов, способ содержит этапы, на которых:
подвергают измерительную трубку (3) потоку фотонов высокой энергии и измеряют скорости счета, измерительная трубка выполнена с возможностью обеспечения прохождения фотонов через многофазную смесь флюидов,
определяют (S3a) массовую плотность (p_{ma_mix}) многофазной смеси флюидов на основании измерений скоростей счета (S2a, S2b) в первом (Е32) и втором (Е81) энергетическом окнах, первое (Е32) и второе (Е81) энергетические окна выбирают так, чтобы измерения в упомянутых энергетических окнах были в основном чувствительными к фракциям флюидов, при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых:
определяют (S4) электронную плотность (p_el-mix) многофазной смеси флюидов на основании измерений скоростей счета (S2c) в третьем энергетическом окне (Е356), третье энергетическое окно (Е356) выбирают так, чтобы измерения в третьем энергетическом окне (Е356) были, по существу, чувствительными к плотности составляющих элементов, и
сравнивают (S5) электронную плотность (p_el-mix) с массовой плотностью (р_{ma_mix}) многофазной смеси флюидов, одна из упомянутых плотностей до этапа сравнения является корректируемой с помощью коэффициента, зависящего от атомного номера (Z) и массового числа (А) многофазной смеси флюидов, разность между обеими плотностями указывает качество измерения массовой плотности многофазной смеси флюидов.

2. Способ контроля качества измерения плотности многофазной смеси флюидов по п.1, в котором определение массовой плотности (p_{ma_mix}) содержит этапы, на которых:
измеряют (S1a, S2a) первую (N32_EP) и вторую (N32_mix) скорости счета в первом энергетическом окне (Е32), когда измерительная трубка является пустой и когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку, соответственно,
измеряют (S1a, S2b) первую (N81_EP) и вторую (N81_mix) скорости счета во втором энергетическом окне (Е81), когда измерительная трубка является пустой и когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку, соответственно, и
вычисляют (S3a) массовую плотность (p_{ma_mix}) многофазной смеси флюидов на основании первой (N32_EP, N81_EP) и второй (N32_mix, N81_mix) скоростей счета в первом (Е32) и втором (Е81) энергетических окнах.

3. Способ контроля качества измерения плотности многофазной смеси флюидов по п.1 или 2, в котором определение электронной плотности (p_el-mix) содержит этапы, на которых:
измеряют (S1b, S2c) первую (N356_EP) и вторую (N356_mix) скорости счета в третьем энергетическом окне (Е356), когда измерительная трубка является пустой, и когда многофазную смесь флюидов пропускают через измерительную трубку, соответственно, и
вычисляют (S4) электронную плотность (p_el-mix) многофазной смеси флюидов на основании первой (N356_EP) и второй (N356_mix) скоростей счета в третьем энергетическом окне (Е356) и зависящего от геометрии измерительной трубки коэффициента (K).

4. Способ определения фактического значения характеристического отношения (WLR_a) смеси флюидов и фактического значения параметра (PRM_a), воздействующего на характеристическое отношение многофазной смеси флюидов (FM), многофазная смесь флюидов содержит ряд фракций флюидов, при этом, по меньшей мере, на одну плотность фракции воздействует фактическое значение параметра, способ содержит этапы:
a) этап начального опорного измерения, содержащий стадии, на которых:
определяют (S1f) начальное значение параметра, воздействующего на характеристическое отношение многофазной смеси флюидов, определяют (S1c, S1d, S1e) опорные значения для каждой фазы многофазной смеси флюидов, подвергая измерительную трубку потоку фотонов и измеряя скорость счета, при этом каждую фазу пропускают по одной в единицу времени в измерительной трубке в течение этапа начального опорного измерения,
b) этап измерения содержит стадии, на которых:
применяют (S3a, S3b, S4, S5) способ по любому из пп.1-3 для контроля качества измерения массовой плотности многофазной смеси флюидов,
c) если качество является приемлемым, первый этап определения характеристического отношения (S7a, S10a) содержит стадию определения фактического значения характеристического отношения на основании начального значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение, опорного значения и результата измерения массовой плотности и,
d) если качество является недопустимым, второй этап определения характеристического отношения содержит стадии, на которых:
определяют (S7c, S7d, S7e, S7f) первое значение (WLR) характеристического отношения на основании электронной плотности (p_el-mix) многофазной смеси флюидов, электронной плотности (p_el-liq) первой фракции, электронной плотности (p_el-w) второй фракции, на которую воздействует параметр,
определяют (S7b) второе значение (wlr) характеристического отношения на основании значения параметра, воздействующего на характеристическое отношение, опорных значений и результата измерения массовой плотности,
сравнивают (S8) первое (WLR) со вторым (wlr) значения характеристического отношения,
применяют изменение (S9) к параметру (PRM) путем приращения значения параметра (PRM=PRM+ΔPRM), когда первое значение (WLR) характеристического отношения не является, по существу, равным второму значению (wlr) характеристического отношения, и повторяют определение первого и второго значений характеристического отношения на основании измененного на приращение параметра, и
определяют (S10b) фактическое значение (WLR_a) характеристического отношения и фактическое значение воздействующего на характеристическое отношение параметра (PRM_a), когда первое значение (WLR) характеристического отношения является, по существу, равным второму значению (wlr) характеристического отношения.

5. Способ определения фактического значения характеристического отношения и параметра по п.4, в котором характеристическое отношение может быть отношением вода-жидкость, отношением газ-нефть или отношением газ-жидкость.

6. Способ определения фактического значения характеристического отношения и параметра по п.4 или 5, в котором плотность (p_el-w) фракции, на которую воздействует параметр (PRM), получают (S6b) из справочной таблицы (LUT).

7. Способ определения фактического значения характеристического отношения и параметра по п.4 или 5, в котором параметр (PRM) является минерализацией воды.

8. Измерительное устройство, содержащее измерительную трубку (2, 3, 4, 5), выполненную с возможностью пропускания многофазной смеси флюидов, источник (6), излучающий фотоны высокой энергии на нескольких энергетических уровнях через измерительную трубку, детектор (7) фотонов, принимающий фотоны, ослабленные многофазной смесью флюидов (FM), и электронное устройство (8), соединенное с детектором, при этом электронное устройство содержит процессор и запоминающее устройство, выполненные с возможностью осуществления этапов определения и вычисления согласно способу по любому из пп.1-6.

9. Измерительное устройство по п.8, в котором источник (6) является источником гамма-излучения изотопа бария-133.

10. Измерительное устройство по п.8, в котором источник (6) является генерирующим рентгеновское излучение устройством.