一種油田井下持水率可視化測量方法技術

一種油田井下持水率可視化測量方法，所述方法首先在待測量井下油水混合截面處布置ERT傳感器陣列，并測量ERT傳感器陣列中相鄰電極之間的電壓，然后依據ERT圖像重建算法獲得井下油水分布的實時圖像，最后依據此圖像計算出該層位的持水率。本發明專利技術采用電阻層析成像技術實現油田井下持水率的可視化測量，所述方法消除了油水兩相流流型變化對測量精度的影響，大大提高了油水混合物持水率的測量精度，特別適用于高含水油田井下持水率測量。

【技術實現步驟摘要】
一種油田井下持水率可視化測量方法
本專利技術涉及一種基于電阻層析成像（ERT）技術的油田井下含水率可視化測量方法，屬測量

技術介紹
石油生產中產出的流體具有不同的含水比率，對已進入中、高含水開發時期的油田而言，為減水增油，合理安排不同油層的采出量，需要精確測量井下不同層位的持水率。常見的持水率測量儀器有以下幾種：（1）電容式持水率測量儀，這種測量儀只適用于測量持水率較低的油井，在持水率高于40%時靈敏度較低，難以適應持水率大于60%的中、高含水油井；（2）微波式持水率測量儀，其原理為利用高頻電磁波的諧振狀態來測量原油中的水分，但受油膜、出砂、結蠟、稠油、滑脫速度等參數的影響，儀器的重復性、穩定性、一致性及標準化較差，難以推廣應用；（3）阻抗式持水率測量儀，它由安裝在絕緣管壁上按一定距離排列的4個圓環不銹鋼電極組成，外面一對為激勵電極、中間一對為測量電板，通過測量流體的電導率間接測量井下油水兩相流的含水率；（4）探針式持水率測量儀，它由分布在界面上的多個金屬探針探測進行油水介質判斷，進而進行統計處理。上述持水率測量儀器只能測量單點或測量空間的平均持水率，而油水混合持水率測量屬于氣液兩相流測量，流型變化將影響測量精度，因此現有的持水率測量儀器均無法保證油水混合持水率的測量精度。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種油田井下持水率可視化測量方法，以提高油水混合持水率的測量精度。本專利技術所述問題是以下述技術方案實現的：一種油田井下持水率可視化測量方法，所述方法首先在待測量井下油水混合截面處布置ERT傳感器陣列，并測量ERT傳感器陣列中相鄰電極之間的電壓，然后依據ERT圖像重建算法獲得井下油水分布的實時圖像，最后依據此圖像計算出該層位的持水率，所述方法包括如下步驟：a.利用扶正支撐器將8～32之間的偶數個ERT電極固定在井壁上并使它們沿同一水平圓周均勻分布；b.在相鄰兩電極間加激勵電流I，測量其它相鄰電極之間的電壓差；c.采用ERT圖像重建算法獲得油水分布圖像：對于ERT傳感器敏感場域，可用下式描述：式中，為場域內電導率分布函數，為場域內電勢分布函數，其邊界條件為：，式中，n為邊界外法線向量，s為激勵電極邊界，Landweber迭代算法表達如下：，式中，為第k步迭代的圖像灰度值，為圖像灰度初始值，為迭代因子，其值可由下式得到，其中，為方陣的最大特征值；d.利用所得重建圖像計算持水率：重建圖像為截面油水電導率分布圖像，其灰度值為0-1之間的數，其中，灰度0代表油，1代表水；持水率按下式計算：，式中，和分別為第i個像素的灰度及面積，為截面面積，M是成像單元數。上述油田井下持水率可視化測量方法，所述ERT電極為長方形鈦電極。上述油田井下持水率可視化測量方法，所述扶正支撐器包含與電極數量相同的8～32根彈簧片，電極固定在彈簧片上，所述8～32根彈簧片在下到井下之前為一圓柱體結構，井下工作時，控制所述彈簧片發生變形，逐漸變徑到與井下管道直徑相同，將電極定位到井壁上。本專利技術采用電阻層析成像技術實現油田井下持水率的可視化測量，所述方法消除了油水兩相流流型變化對測量精度的影響，大大提高了油水混合物持水率的測量精度，特別適用于高含水油田井下持水率測量。附圖說明下面結合附圖對本專利技術作進一步詳述。圖1為本專利技術所采用的油田井下持水率測量系統的結構原理圖；圖2為ERT傳感器的整體結構及工作狀態圖；圖3為ERT電極的排列圖；圖4為ERT數據采集系統原理圖。圖中各標號清單為：1、計算機，2、數據采集系統，3、井壁套管，4、ERT傳感器，5、扶正支撐器，6、ERT電極，7、機電控制段，8、井下成像區域。文中各符號清單為：I、激勵電流，、場域內電導率分布函數，、場域內電勢分布函數，n、邊界外法線向量，s、激勵電極邊界，、第k步迭代的圖像灰度值，、圖像灰度初始值，、迭代因子，、方陣的最大特征值，、持水率，、第i個像素的灰度，、第i個像素的面積，、截面面積。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。本專利技術包括以下步驟：（1）測量相鄰電極之間的電壓；（2）采用ERT圖像重建算法進行運算；（3）重建油水混合截面電導率分布圖像；（4）根據重建圖像計算持水率。在上述步驟（3）中：ERT實質上是實現電磁場的分析和求逆問題，其研究的是一個具有特殊邊界條件的電場，對于圖3所示傳感器敏感場域，可用式（1）描述：（1）式中，為場域內電導率分布，為場域內電勢分布函數。其邊界條件為：（2）式中，n為邊界外法線向量，s為激勵電極邊界，I為激勵電流大小。Landweber迭代算法可由式（3）表達如下：（3）式中，為第k步迭代的圖像灰度值，為圖像灰度初始值，為迭代因子，其值可由式（4）得到（4）其中，為方陣的最大特征值。上述步驟（4）具體包括：重建圖像為截面油水電導率分布圖像，其灰度值為0-1之間的數，其中，灰度0代表油，1代表水，持水率按公式（5）計算：（5）式中，和分別為第i個像素的灰度及面積，為截面面積，M是成像單元數。油田井下持水率測量系統結構圖如圖1和圖2所示，該系統由井下ERT傳感器、扶正支撐器、機電控制段、井上數據采集系統及成像計算機構成。井下部分整體工作前的結構及工作狀態圖如圖2所示，扶正支撐器包含與電極數量相同的8～32根彈簧片，電極固定在彈簧片上，扶正支撐器需電氣絕緣，儀器在下到井下之前為一圓柱體結構，在井下工作時，控制彈簧片發生變形，逐漸變徑到與井下管道直徑相同，從而將電極固定到井壁上。ERT陣列電極結構如圖3所示，電極數為8～32之間的偶數，電極材料為鈦。數據采集系統原理圖如圖4所示，極板間電壓值的測量采用相鄰電極電流激勵，相鄰電極測量的方式，正弦電壓發生器產生頻率為200kHz，峰峰值為10mA的正弦激勵電流，通過開關元件選擇兩個相鄰電極作為激勵電極，并依次選擇其他相鄰電極作為測量電極，通過電阻測量電路得到電壓信號，由于圖像重建需要的是一個動態信號，因此必須將空場電阻對應的電壓值從所測信號中平衡對消，本系統中補償信號由一個12位數模轉換器（D/A）產生。各自獨立的并行電阻測量電路產生的直流測量信號經多路開關選擇后同上述直流補償信號一并進入差分運放。直流可編程增益放大器（DCPGA）滿足不同電阻變化量的測量要求。通過A/D轉換后數據傳送給計算機，計算機將采集到的電壓數據轉化為一定的投影數據，由ERT圖像重建算法獲得井下油水分布的實時圖像，并依此計算持水率。數據采集系統中A/D、D/A及控制功能由數據采集卡完成，PC機選擇工業PC機，以保證其穩定性。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種油田井下持水率可視化測量方法，其特征是，所述方法首先在待測量井下油水混合截面處布置ERT傳感器陣列，并測量ERT傳感器陣列中相鄰電極之間的電壓，然后依據ERT圖像重建算法獲得井下油水分布的實時圖像，最后依據此圖像計算出所述截面處的持水率，所述方法包括如下步驟：a.利用扶正支撐器(5)將8～32之間的偶數個ERT電極固定在井壁上并使它們沿同一水平圓周均勻分布；b.在相鄰兩電極間加激勵電流I，測量其它相鄰電極之間的電壓差；c.采用ERT圖像重建算法獲得油水分布圖像：對于ERT傳感器敏感場域，可用下式描述：式中，σ(x,y)為場域內電導率分布函數，φ(x,y)為場域內電勢分布函數，其邊界條件為：式中，n為邊界外法線向量，s為激勵電極邊界，Landweber迭代算法表達如下：式中，Gk為第k步迭代的圖像灰度值，G0為圖像灰度初始值，α為迭代因子，其值可由下式得到：α＝2/λmax，其中，λmax為方陣STS的最大特征值；d.利用所得重建圖像計算持水率β：重建圖像為截面處油水電導率分布圖像，其灰度值為0-1之間的數，其中，灰度0代表油，1代...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張立峰，
申請(專利權)人：華北電力大學保定，
類型：發明
國別省市：