一种油气井温差法流量测量系统及误差校正方法

技术领域

本发明涉及井下流量测量领域，主要涉及一种油气井温差法流量测量系统及误差校正方法。

背景技术

当前，油田井下注水技术主要向精细分层注水和自动监测调控方向发展，分层注水量的精确测量是实现精细分层注水和自动监测调控的必要条件。目前，用于井下注水流量测量的流量计主要有电磁感应流量计、涡轮流量计、漩涡流量计、压差式流量计、超声波流量计等。但是在井下高温、高压等复杂情况下，流量计的测量精度和长久耐用性变得难以控制。因而，就需要研究一种适应能力更强、更为精确的流量探测方式。

由于流体流动与温度变化有很大的关系，因此，通过对井下温度进行监测，利用温度与流体流速之间的关系，也可实现流体流量测量。中国发明专利CN110688612B公开了一种利用温度测井数据实现多产层油井产量预测的方法。该发明针对含有多个产层的油井，通过分析井筒、地层、储层以及多产层井筒耦合的传热传质特性，建立了多产层油井综合传热的模型，并利用不同产层处的温度变化规律的差异，根据实际温度测井数据计算了井筒内流量分布情况及各产层的产量，解决了传统试井方法在应对多个产层时由于采用平均分配法而导致的对单产层预测精度不足的问题。

中国实用新型专利CN204944568U公开了一种井下流量测量装置，其能设置在井下注汽管柱内，其包括：柱状的中空壳体，所述壳体具有相对的第一端、第二端，所述第一端设置有第一开口，所述第二端设置有第二开口；第一温度传感器，其设置在靠近所述第一端的位置，用于测量流体的第一温度；第二温度传感器，其设置在靠近所述第二端的位置，用于测量流体的第二温度；热源，其位于所述第一温度传感器、第二温度传感器之间，其能对待测流体加热，以使所述第一温度、第二温度形成温度差；数据处理模块，用于接收所述温度差，通过所述温度差获得待测流体的流量。

中国专利申请CN112212928A公开了一种井下全井眼热式流量测量装置，所述装置包括：本体，其置于被测流体中；加热器，其置于所述本体中，具有恒定发热功率，用于加热所述本体；参考温度传感器，其置于所述本体外被测流体中；多个测量温度传感器，其置于所述本体中不与所述加热器直接接触的位置；所述加热器发出的热量在所述本体中散热形成空间温度梯度，所述多个测量温度传感器分别位于所述温度梯度的不同等级区域；转换及供电装置，其用于将所述温度传感器取得的测量信号转换为流量值，并为所述加热器供电。

现有技术每个深度只装有一个温度传感器或少量传感器，或者加热方式单一，虽然可以获取传感器所在深度处的温度，但获取的温度信息单一，只能反应传感器安装方向的温度，尤其是对于管外加热式流量测量系统，无法获取管道外各个方向的准确温度，进而影响流量测量的精度。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种油气井温差法流量测量系统及其温度误差校正方法，本发明所述系统流量测量精度高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种油气井温差法流量测量系统，其包括石墨烯加热模块、电路模块和温度传感器模块，各模块均固定在油管上；石墨烯加热模块包括绝缘隔热层、加热电极、保护电极、石墨烯层和导热层；石墨烯层涂敷在导热层表面，在石墨烯层两端设置加热电极，在石墨烯层一侧设置保护电极，绝缘隔热层覆盖在导热层含石墨烯层的一面。

进一步地，所述系统包括若干个石墨烯加热模块，若干个石墨烯加热模块组合形成环形加热带，固定在油管外壁。

进一步地，温度传感器测量模块包括若干个温度传感器组，不同温度传感器组间隔固定在油管外壁。

更进一步地，每个温度传感器组包括若干个温度传感器，每个温度传感器组内各温度传感器呈圆周排列。

更进一步地，所述温度传感器为pt1000铂电阻温度传感器。

进一步地，电路模块包括主控电路、温度传感器非线性补偿电路、信号采集电路和信号处理电路，其中，主控电路用于控制石墨烯加热脉冲的开启与关断、控制信号的下发及测试信号的上传；温度传感器非线性补偿电路用于补偿由铂电阻随温度升高阻值的非线性变化；信号采集电路用于采集温度传感器经非线性补偿后的测试信号；信号处理电路用于实现阵列温度信号的预处理，并进行温度数据的误差校正，最后以温度-流量的反演解释得到准确流量。

本发明还提供以上所述油气井温差法流量测量系统的误差校正方法，包括以下步骤：

对石墨烯加热模块分别施加恒定加热和脉冲加热；获取温度传感器模块的测试数据，所述温度传感器模块包括若干个温度传感器组，不同温度传感器组间隔固定在油管外壁，用于监测油管不同深度处的温度；计算每个深度处温度传感器组监测的平均温度；计算不同深度油管不同探测区域的温差变化；将计算的实际温度和温差代入温差流量公式，计算不同加热方式下的流量；分析管道各个方向流体的分布状态；对温度传感器组内单个温度传感器的监测信号进行补偿和校正。

进一步地，恒温加热下的流量为：

Q

式中，W为加热功率，Cp为比热容，ρ为流体密度，ΔT为微温差。

进一步地，脉冲加热下的流量为：

Q

式中，L为两个深度点之间的距离，Δt为加热脉冲到峰值温度所经历的时间，d为管道直径。

以上两种方法通过检测恒温加热下的微温差ΔT和脉冲加热下的加热到峰值温度所经历的时间Δt，可在时间线上实现温度点变化的相互补充和校正。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明所述系统通过对固定在油管外壁的石墨烯加热模块形成的环形加热带进行恒温加热和脉冲加热，在热能传递的过程中，采用呈圆周排列分布的温度传感器对不同位置处的温度进行实时测量，并对各温度传感器的测试数据进行联合处理，可实现温度测量信号的误差校正，进而提高温差法井下流量测试系统的精度，实现对管道外各个方向温度的精准测量，进而克服现有技术无法获取管道外各个方向的准确温度的问题。

本发明所述系统电器元件少，使用寿命长，测量精度高，具备广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述油气井温差法流量测量系统的结构示意图；

图2为本发明所述油气井温差法流量测量系统中石墨烯加热模块的结构示意图；

图3为本发明实施例3所述油气井温差法流量测量系统误差校正方法的流程图。

图中，1.油管，2.石墨烯加热模块，3.电路模块，4.温度传感器模块，201.缘隔热层，202.加热电极，203.保护电极，204.石墨烯加热带，205.导热层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，所述油气井温差法流量测量系统包括石墨烯加热模块2、电路模块3和温度传感器模块4，各模块固定在油管1的外壁。

如图2所示，石墨烯加热模块2包括绝缘隔热层201、加热电极202、保护电极203、石墨烯层204和导热层205。石墨烯加热带204固定在导热层205表面，在石墨烯层204两端设置加热电极202，在石墨烯层204一侧设置保护电极203，绝缘隔热层201覆盖在导热层205含石墨烯层204的一面。

所述系统包括若干个石墨烯加热模块2，若干个石墨烯加热模块组合形成环形加热带，固定在油管1外壁。

温度传感器测量模块4包括10个温度传感器组，不同温度传感器组间隔固定在油管外壁；用于监测油管不同深度的温度。每个温度传感器组包括16个温度传感器，每个温度传感器组内各温度传感器呈圆周排列。所述温度传感器为pt1000铂电阻温度传感器。

电路模块包括主控电路、温度传感器非线性补偿电路、信号采集电路和信号处理电路，其中，主控电路用于控制石墨烯加热脉冲的开启与关断、控制信号的下发及测试信号的上传；温度传感器非线性补偿电路用于补偿由铂电阻随温度升高阻值的非线性变化；信号采集电路用于采集温度传感器经非线性补偿后的测试信号；信号处理电路用于实现阵列温度信号的预处理，并进行温度数据的误差校正，最后以温度-流量的反演解释得到准确流量。

实施例2

如图1所示，所述油气井温差法流量测量系统包括石墨烯加热模块2、电路模块3和温度传感器模块4，各模块固定在油管1的外壁。

如图2所示，石墨烯加热模块2包括绝缘隔热层201、加热电极202、保护电极203、石墨烯层204和导热层205。石墨烯加热带204固定在导热层205表面，在石墨烯层204两端设置加热电极202，在石墨烯层204一侧设置保护电极203，绝缘隔热层201覆盖在导热层205含石墨烯层204的一面。

所述系统包括若干个石墨烯加热模块2，若干个石墨烯加热模块组合形成环形加热带，固定在油管1外壁。

温度传感器测量模块4包括3个温度传感器组，不同温度传感器组间隔固定在油管外壁；用于监测油管不同深度的温度。每个温度传感器组包括8个温度传感器，每个温度传感器组内各温度传感器呈圆周排列。所述温度传感器为pt1000铂电阻温度传感器。

电路模块包括主控电路、温度传感器非线性补偿电路、信号采集电路和信号处理电路，其中，主控电路用于控制石墨烯加热脉冲的开启与关断、控制信号的下发及测试信号的上传；温度传感器非线性补偿电路用于补偿由铂电阻随温度升高阻值的非线性变化；信号采集电路用于采集温度传感器经非线性补偿后的测试信号；信号处理电路用于实现阵列温度信号的预处理，并进行温度数据的误差校正，最后以温度-流量的反演解释得到准确流量。

实施例3

如图3所示，以实施例2所述油气井温差法流量测量系统为例，所述油气井温差法流量测量系统的误差校正方法，包括以下步骤：

步骤1.对石墨烯加热模块分别施加恒定加热和脉冲加热；

步骤2.获取温度传感器模块的测试数据，所述温度传感器模块包括3个温度传感器组，每个温度传感器组包括8个pt1000铂电阻温度传感器，各温度传感器呈圆周排列，分布在油管外壁；3个温度传感器组所在深度位置分别为A、B和C；

步骤3.计算每个深度处温度传感器组监测的平均温度：

以深度A处的温度传感器组为例，将各阵元的温度分别记为T

T

同样地，深度B和C处的平均温度可表示为

T

T

步骤4.计算不同深度油管不同探测区域的温差变化；

由于呈圆周分布的8个温度传感器将油管外壁360度分为8个相等的探测区域，各区域的理论分辨角度值为

对于

ΔT

ΔT

用同样的方法获取

ΔT

ΔT

步骤5.将计算的平均温度和温差代入温差流量公式，计算不同加热方式下的流量；

恒温加热下的流量为

Q

式中，W为加热功率，Cp为比热容，ρ为流体密度，ΔT为微温差。

脉冲加热下的流量为

Q

式中，L为两个深度点之间的距离，Δt为加热脉冲到峰值温度所经历的时间，d为管道直径。

步骤6.分析管道各个方向流体的分布状态；

步骤7.对温度传感器组内单个温度传感器的监测信号进行补偿和校正。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。