油田注水井筒水质原位检测装置制造方法
【专利摘要】一种油田注水井筒水质原位检测装置，包括激光器、光耦合放大器、激光发射耐热光纤、激光接受耐热光纤、发射光纤微透镜、接受光纤微透镜、集成探头、阵列探测器、信号处理器和不锈钢护管，其特征在于激光发射耐热光纤和激光接受耐热光纤各自套上不锈钢管相对沿油管壁下入，激光发射耐热光纤采用大口径单根光纤，上端通过光纤准直器置入光耦合放大器，并与地面的激光器联接，下端与安装在油管末端的集成探头上的发射光纤微透镜插入式联接；激光接收耐热光纤采用多根，上端与阵列探测器联接，下端与集成探头上的且与发射光纤微透镜相对安装的接收光纤微透镜联接。
【专利说明】油田注水井筒水质原位检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种油田注水井筒水质原位检测装置，具体地说，涉及如何恰当利用激光检测水质数据和水质预测数据相比较，准确反映回注水在注水井筒注入过程中以及注入地层后的变化趋势，根据这种变化趋势提出相应的水质稳定控制措施，降低水质对地层的伤害程度。
【背景技术】
[0002]注水开发油田是世界上应用较为广泛和行之有效的一种开发方式。而在注水过程中，注水水质的好坏直接影响油田的开发效果。但污水经处理站处理后在注水系统输送过程中，因腐蚀、结垢、细菌生长以系统温度、压力变化等原因，导致水质变差，直至影响到注水井口和井底水质。所以，获取注水水质数据特别是注水井筒水质的实时特征显得尤为重要，只有在准确检测数据的基础上才能分析评价注水效果、改善注水水质。另外，针对低渗透及致密低孔低渗透油藏注水水质要求高，在强化回注污水达标处理的基础上，还要加强回注污水全程监测及控制，使回注水达标回注到地层。近年来，国际上注水水质检测技术正由采样检测向现场和在线检测方向发展。由于激光具有亮度点，而光纤具有损耗极低、直径细、质量轻、可绕性好、不受电磁干扰等优点，激光和光纤传感技术在现场和在线水质检测技术中得到了广泛应用。如美国CiDRA公司的科研人员开发了井下光纤多相流传感器，能够准确测定井下混合物的持水率。英国的Sensa、美国的CiDRA和Weatherford、荷兰的SHELL等公司研发了注水井筒内水体压力、温度等特性的检测技术与产品,其他水质指标检测技术仍在研发之中。
[0003]本实用新型针对油田注水井筒中水质在不同深度和高温、高压环境下发生变化而影响注水效果的现状，利用高精度激光检测分析技术，研发了一种注水井筒水质浊度、粒径分布及离子浓度的检测装置，具有一定的创新性:
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种油田注水井筒水质原位检测装置，通过对井筒水质原位检测和水质预测数据相比较，准确反映回注水在注水井筒注入过程中以及注入地层后的变化趋势，根据注水井筒水质变化趋势，提出相应的水质稳定控制措施，降低水质对地层的伤害程度。本发明主要适应于回注水沿程水质不稳定，以及中低渗透和特低渗透油田回注水井筒
[0005]本实用新型的技术方案是由以下方式实现的:
[0006]本实用新型基于先进的激光和光纤传感技术，首先完成注水井筒水质激光检测整体系统方案设计，分别研究高温高压水质激光散射信号浊度、颗粒物粒径的定量关系，明确注水水质离子的紫外吸收光谱特性，采用半导体激光光源、耐高温高压光纤、光纤微透镜、光电探测器及全光纤探测，建立一套注水井筒水质激光检测分析系统，实现注水井筒水质的浊度、粒谱和离子浓度等信息的实时检测。最后，通过系统性试验与系统关键参数分析，优化完善注水井筒水质激光检测分析系统。
[0007]油田注水井筒水质原位检测装置，包括激光器、光耦合放大器、激光发射耐热光纤、激光接收耐热光纤、发射光纤微透镜、接收光纤微透镜、集成探头、阵列探测器、信号处理器和不锈钢护管，其特征在于激光发射耐热光纤和激光接收耐热光纤各自套上不锈钢管相对沿油管壁下入，激光发射耐热光纤采用大口径单根光纤，上端通过光纤准直器置入光耦合放大器，并与地面的激光器联接，下端与安装在油管末端的集成探头上的发射光纤微透镜插入式联接；激光接收耐热光纤采用多根，上端与阵列探测器联接，下端与集成探头上的且与发射光纤微透镜相对安装的接收光纤微透镜联接。
[0008]发射光纤微透镜采用锥形光纤微透镜，接收光纤微透镜采用阵列式光纤微透镜，两光纤微透镜相向斜对井筒内注入水。
[0009]集成探头设为圆管形，上端设有卡箍头，与油管卡箍连结，下端设有公螺纹，与油管螺纹连接，内周下部相对设有发射光纤微透镜卡耳和接收光纤微透镜卡耳。
[0010]普通的光纤一般为丙烯酸酯涂覆，厚度约60 μ m，耐热温度一般不超过125°C。而注水井筒下局部温度可能在200°C以上，因此需要选用耐高温高压光纤。因此，该系统需选用聚酰亚胺材料涂覆的耐高温光纤，涂覆层厚度约10?20 μ m时耐受温度可达350°C，可以满足井下的使用要求。
[0011]另外，为防止光纤受力不均匀和水气中氢分子扩散进入光纤引起传输损耗的不均匀变化，甚至出现疲劳断裂现象，本项目采用耐高温高压、耐腐蚀的无缝不锈钢套管作为光纤二次保护的封装形式。
[0012]在系统集成和测试阶段，进行稳定性测试。通过测量系统在不同温度和压力下的损耗曲线，对水质测量结果进行修正。
[0013]本实用新型可实现以下有益效果:
[0014]1、为中低渗透回注水井筒水质变化趋势提供检测方法的手段，尤其是经过精细处理适合特低渗透油藏注水开发的水质，提供沿井筒水质变化的趋势，揭示水质变化的主要原因，有针对性的提出注水系统及井筒水质稳定控制技术措施。
[0015]2、利用激光及光纤技术可实现注水井筒水质原位检测，与水质预测技术相结合，实时在线反映水质沿注水井筒因温度、压力的变化导致水质变化的趋势及影响因素；
[0016]3、本技术不适用于高渗透油藏，符合SY/T5329-2012中规定的悬浮物含量大于IOmg / L,含油大于30mg / L的回注水沿程水质检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1-本发明的安装结构示意图
[0018]图2-信号强度与浊度的关系曲线图
[0019]图3-颗粒粒径中值的测试曲线图
[0020]图4-离子信号强度与浓度的关系曲线图
[0021]图1中1-激光器2-激光发射耐热光纤3-激光接收耐热光纤4-发射光纤微透镜5-接收光纤微透镜6-集成探头7-阵列探测器8-信号处理器9-不锈钢管护管
【具体实施方式】[0022]为进一步公开本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明:
[0023]一种油田注水井筒水质原位检测装置，包括激光器1、光耦合放大器、激光发射耐热光纤2、激光接受耐热光纤3、发射光纤微透镜4、接受光纤微透镜5、集成探头6、阵列探测器7、信号处理器8和不锈钢护管9，其特征在于激光发射耐热光纤和激光接受耐热光纤各自套上不锈钢管相对沿油管壁下入，激光发射耐热光纤采用大口径单根光纤，上端通过光纤准直器置入光耦合放大器，并于地面的激光器联接，下端与安装在油管末端的集成探头上的发射光纤微透镜插入式联接；激光接收耐热光纤采用多根，上端与阵列探测器联接，下端与集成探头上的且与发射光纤微透镜相对安装的接收光纤微透镜联接。
[0024]1、注水井筒水质原位激光检测原理
[0025]如图1所示，激光光源放置在地面以上，通过光纤准直器将光耦合入大口径耐热光纤中，并与设在油管上的相对设有发射光纤微透镜和接收光纤微透镜的集成探头上的发射光纤微透镜联接，发射光经光纤微透镜聚焦至高温高压液体及颗粒物上，散射光由多角度放置的接收光纤微透镜接收并通过光纤传输至地面处理器，处理器分别由多个探测器测量散射光信号强度，最后经过信号采集和处理系统完成水质多参数检测；按油田地面集输系统和注水系统的相关标准进行水质分析，将分析结果输入水质腐蚀与结垢趋势预测软件，根据回注水在注入过程中温度、压力的参数的变化，预测水质及腐蚀结垢的变化趋势，确定水质变化的主要原因，提出相应的水质稳定控制措施。
[0026]2、注水井筒水质预测反演原位检测
[0027]在油田地面集输系统或注水系统按相关标准取样进行水质分析，将分析结果输入水质腐蚀与结垢趋势预测软件，根据回注水在注入过程中温度、压力等参数的变化，预测水质及腐蚀结垢的变化趋势，将预测的结果与注水井筒水质原位检测的数据进行综合分析，确定水质变化的主要原因，提出相应的水质稳定控制措施。在系统集成和测试阶段，进行稳定性测试。通过测量系统在不同温度和压力下的损耗曲线，对水质测量结果进行修正。
[0028]3、检测实例
[0029]I)、浊度的测试图2所示
[0030]配制不同浊度的福尔玛荆标准溶液进行实验。结果表明，散射信号强度随浊度的增加而单调递增。在低浊度区，一次拟合的相关系数在0.99以上(
[0031]2)、粒径的测试图3所示
[0032]利用标准CaCO3粒子配置溶液，并利用修正后的粒谱反演算法对测试结果进行对t匕。已知标准CaCO3粒子溶液的中值粒径在17.9um,软件实测值为18.2um。
[0033]3)离子的测试图4所示
[0034]通过选取合适的系统参数，对不同浓度的样品进行测量，得出谱线强度与浓度之间呈近似线性关系。在422.67nm波段Ca信号强度与溶液浓度关系图(见图4)，Ca浓度为
0.97ppm_250ppm。
【权利要求】
1.一种油田注水井筒水质原位检测装置，包括激光器、光耦合放大器、激光发射耐热光纤、激光接受耐热光纤、发射光纤微透镜、接受光纤微透镜、集成探头、阵列探测器、信号处理器和不锈钢护管，其特征在于激光发射耐热光纤和激光接受耐热光纤各自套上不锈钢管相对沿油管壁下入，激光发射耐热光纤采用大口径单根光纤，上端通过光纤准直器置入光耦合放大器，并与地面的激光器联接，下端与安装在油管末端的集成探头上的发射光纤微透镜插入式联接；激光接收耐热光纤采用多根，上端与阵列探测器联接，下端与集成探头上的且与发射光纤微透镜相对安装的接收光纤微透镜联接。
2.根据权利要求1所述的油田注水井筒水质原位检测装置，其特征在于发射光纤微透镜采用锥形光纤微透镜，接收光纤微透镜采用阵列式光纤微透镜，两光纤微透镜相向斜对井筒内注入水。
3.根据权利要求2所述的油田注水井筒水质原位检测装置，其特征在于集成探头设为圆管形，上端设有卡箍头，与油管卡箍连结，下端设有公螺纹，与油管螺纹连接，内周下部相对设有发射光纤微透镜卡耳和接收光纤微透镜卡耳。
【文档编号】G01N15/06GK203643332SQ201320686491
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】张建, 韩霞, 王增林, 桂华侨, 李清方, 王田丽, 辛林涛, 王子明, 田玉刚, 贾鹤年, 孙广领, 黄少伟, 张启阳 申请人:中石化石油工程设计有限公司