一种井口声波测量井筒温度压力的方法与流程

本发明属于油气田开发，具体涉及一种井口声波测量井筒温度压力的方法。

背景技术：

1、油气井井筒温度、压力数据是井下作业设计、施工及井下工况分析的关键参数，也是准确掌握井筒介质流动状况的关键指标。在油气井钻井、完井及生产过程中，井筒温度、压力等参数的异常变化往往就是井下复杂状况的预兆。准确获取井筒温度、压力数据，对于保障油气井安全钻完井作业、气井动态分析、气藏的动态管理、长期稳定生产等至关重要。目前主流的井下温度、压力监测方式主要包括在线式监测系统和井下存储式监测系统。在线式监测系统通常安装在井口，只能监测到井口位置处的温度、压力参数，无法获得井筒内不同深度位置的温度、压力变化情况；井下存储式监测系统主要使用井下压力计，这些压力计要么是永久安装在井内，要么是通过钢丝作业下井，仪器在下放或拉出作业时的运动会干扰影响测量结果。井筒内安装永久压力计的费用非常高，连续下放井下压力计然后地面读数的作业费用很高。且一些井存在高温、结垢结蜡、沥青质的问题，钢丝作业风险高。

2、通过调研国内外相关文献，在井筒温度、压力测量方面，国内外研究人员和油气田工业也开展了较多研究及现场应用，形成了一些测量方法。程子阳等在《井温测试仪在压裂井评价中的应用》中分析了井温测试仪的测量原理和仪器的结构特点，并且利用井温测试测量井下温度，通过梯度变化判断井筒内流体温度的变化位置和原因，介绍了利用温度变化情况来分析井筒内流体性质、评价测试井的现场应用；刘建成等在《连续油管光纤测井技术在产气剖面中的应用》中，介绍了采用分布式温度监测系统和分布式声波监测系统模式，在低渗透油田水平井产出剖面测井中的应用，通过对井筒内流体温度、压力和流量分布连续记录，来分析油气藏和产层信息，优化气井生产工艺、指导采气生产；yu jiangsong等在《application of thermal modeling software for distributed temperature sensing(dts)log interpretation》中，介绍了利用综合温度模拟软件plato对分布式温度传感(dts)测井获得的温度数据进行分析，定量的计算地层产出剖面。

3、综上所述，目前在井筒温度、压力测量技术方面，主要是将仪器通过钢丝绳或电缆下入井筒进行的点测量，这种测量方式存在井下作业风险和费用高、测量周期长，且影响油气井正常生产。

技术实现思路

1、因此，针对现有井筒温度、压力测量技术存在的问题，本发明提出一种井口声波测量井筒温度压力的方法，目的在于，采用该方法测量井筒温度、压力时具有简便、快捷、低成本、低风险的优点，即时给出结果，且不需要关井，不影响气井生产。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种井口声波测量井筒温度压力的方法，包括以下步骤：

4、s1.通过安装在井口的声波发射器，从井口位置向管柱内发射声波脉冲信号；

5、s2.当声波传到井下标记处时由于横截面直径的变化会产生回波信号，通过安装在井口的声波接收装置接收不同井下标记处及井底反射的回波信号；

6、s3.利用声波脉冲的传播时间以及井下标记的已知深度解算出声波速度；

7、s4.根据反射信号反演函数，求解温度梯度分布；

8、s5.根据温度分布与压力分布的函数模型，计算压力梯度分布。

9、作为优选方案，所述步骤s1中：通过声波反射衰减与管壁传播衰减确定发射声波的声压、频率、面积的最优参数。

10、作为优选方案，所述步骤s2中：横截面直径的扩大使信号向上跳动行成波峰，横截面直径的缩小使信号向下跳动行成波谷。

11、作为优选方案，所述步骤s3中，求解声波速度采用的模型为：

12、式中：v——声波速度，m/s；△x——两个井下标记之间的距离，m；△t——两个井下标记之间声波脉冲的传播时间，s。

13、作为优选方案，所述步骤s4中，求解温度梯度分布采用的模型为：

14、推导过程为：p＝ρrt；

15、式中：t——温度，k；v——声波速度，m/s；γ——气体绝热指数；r——气体常数，287.06j/kg·k；es——为等熵过程气体体积弹性模量，pa；ρ——气体密度，kg/m3；p——气体压强，pa。

16、作为优选方案，所述步骤s5包括以下分步骤：

17、s51.气井的能量守恒方程为：式中：p——压力，pa；ρ——气体密度，kg/m3；g——重力加速度，9.81m/s2；v——气体流速，m/s；z——坐标柱纵向上距离，m；d——油管内径，m；

18、气体稳定流动时所遵循的能量平衡方程为：

19、引入井筒结构中总的传热系数和地层温度分布函数，得到开井状态稳定流动时的井筒温度分布：式中，tei——初始地层温度，k；lr——hasan定义的松弛距离；cp——定压热容；gt——地温梯度，℃/m；g——重力加速度，9.81m/s2；z——坐标柱纵上距离，m；

20、令tei＝tebh-gtz；式中：cj——汤姆焦耳逊系数；lr——hasan定义的松弛距离；cp——定义热容，j/(kg·k)；tei——初始地层温度，k；teigh——井底处地层温度，k；gt——地温梯度，℃/m。

21、作为优选方案，所述步骤s5包括以下分步骤：

22、s52.建立气体压力和稳定分布模型，能量平衡方程为：式中：q——流量，m3/s；m——单位质量，kg/m；e——单位质量能量，kj/kg；w——质量流量，kg/s；

23、得到在开井生产时刻井筒向地层传热方程为：

24、在关井测试时，得到能量平衡方程为：式中，q——流量，m3/s；m——单位质量，kg/m；e——单位质量能量，kj/kg；

25、使用初始条件tf＝tf0，关井时刻的流体温度确定方程为：tf＝(tf0-tei)e-a't+tei(15)；

26、当气柱静止时，气柱压力方程为：式中，pws——井底压强，pa；pts——井口压强，pa；γg——气体相对密度；z——气体偏差系数；h——纵向距离，m；

27、通过式(8)确定开井状态下井筒温度分布，将开井生产末时刻的井筒温度分布，作为关井测试初始时刻温度分布，由式(15)、式(16)建立压力温度分布计算模型，最终将井口压力逐点计算到井底。

28、作为优选方案，对计算得到的数据进行矫正，其中两点矫正包括如下步骤：

29、q1.根据试验井构造，在预设位置安装声波测量仪；

30、q2.设置各阀门开闭状态；

31、q3.在试验井中预设温度梯度；

32、q4.温度加载完成后通过声波发射器从井口向试验井内发射声波脉冲信号；

33、q5.计算得到井口压力温度数据c1与井底压力温度数据c2，分别画出井口实测值与井底预测值，井口实测值与井底实测值的连线，由井口值做横轴的垂直线，在垂线的任意深度画一水平相交线，得到各交点，按井深求得整个矫正曲线各点的坐标，对理论曲线进行矫正。

34、作为优选方案，对计算得到的数据进行矫正，其中多点矫正包括如下步骤：

35、重复q1-q4步骤；

36、r5.取得井底压力温度数据c1与井口压力温度数据c5，以及沿程三个停点压力温度数据c2、c3、c4，分别对c1-c2、c2-c3、c3-c4、c4-c5段数据作两点矫正得到1号预测数据曲线；

37、r6.对c1、c2、c3、c4、c5作最小二乘法拟合：式中，y为压力温度值，x为距离井口的纵向距离；得到2号预测数据曲线；

38、r7.将1号预测数据曲线与2号预测数据曲线分别与实测数据曲线对比，选用精度更高的模型。

39、作为优选方案，还包括步骤：s6.交互显示，当系统出现异常情况时进行告警。

40、综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明提出的一种井口声波测量井筒温度压力的方法，采用该方法测量井筒温度、压力时具有简便、快捷、低成本、低风险的优点，即时给出结果，且不需要关井，不影响气井生产。