[发明专利]用于多相流体流中的基于近红外的含水率监控的系统和方法

说明书

提供了一种系统和方法的实施例，所述系统和方法用于表征流体的多相流(MPF)、并在用于石油相关作业的管道的一部分中增强对全含水率范围的测量和监控。系统的实施例可以包括用于在成对的宽带近红外(NIR)发射器与检测器之间引导所述MPF的导流器，所述检测器电耦接到信号调节、处理和表征模块，以确定所述MPF的吸收和散射，并定义和显示MPF特性以用于在石油相关作业中的测量和监控。

发明人：Muhammad ARSALAN

Mohamed N.NOUI-MEHIDI

Talha J.AHMAD

技术领域

本公开的实施例涉及用于测量和监控用于石油相关服务的管道的一部分中的流体的多相流(MPF)的特性的系统和方法。

背景技术

多相流(MPF)是具有不同状态或相(例如，气体，液体或固体)的材料或具有不同化学性质但处于相同状态或相的材料(例如，诸如水中油滴的液-液系统)的同时流动。MPF是石油工业中常见现象，以油、水、气和其他溶剂为形式。MPF的行为比单相流复杂得多，MPF中的流动状态或流动模式取决于多种因素，包括一种流体与另一种流体的相对密度比、流体间的粘度差异、以及各个流体的速度(例如，滑动)。术语“流体流(fluid flow)”可以包括如油、水、气和固体(通常为沙)等组分。在图7中可以看到MPF的图示。

油气工业需要可靠的仪表来精确测量全范围含水率(water cut)(例如，与总生产量相比产生的水量)的MPF。这种测量MPF并将其表征为例如，各种流的占比、流动状态和含水率的能力，在油气的作业中非常重要。这些特性被用于各种应用，包括例如优化生产、生产监控、测井和水量分配。石油相关作业可以指的是涉及任何形式的烃类的任何上游生产或下游生产，所述任何形式的烃类包括但不限于原油、天然气、天然气冷凝物、液化石油气、重质产品、轻质产品和馏分油。

存在使用不同测量技术(包括微波、共振、阻抗、电容、电导、伽玛射线和NIR(近红外))的若干市售含水率和多相仪表。但是，所有这些仪表均具有影响例如精确性、安全性或在现场部署该技术的成本的缺点。例如，基于电容和电导的仪表在流相从“油连续(oil-continuous)”变为“水连续(water-continuous)”或反过来时的相转换区域中不起作用。

使用伽马射线的仪表由于其放射性而使用不安全。使用NIR波的唯一现有仪表只能测量不能代表全部MPF的很小体积的液体，因此它在低含水率测量中会产生很大的误差。由于维护需求频繁，因此所讨论的许多技术不适于井下部署。没有可以对全范围(0到100％)的油、水和气的占比可靠测量含水率的仪表。

在液体和气体流率的完全范围内测量流体的MPF方面，所有提出的技术都是有限的。市场上没有含水率和MPF仪表能够对全范围的油、水和气精确、可靠、安全地测量并表征流体的MPF。

发明内容

对于石油相关作业来说具有在输油管线和井眼中精确、可靠和安全地测量和监控多相流(MPF)特性的技术是重要的。这些石油相关作业使用这种测量和监控来优化生产、预测用水量和管理油藏等等。例如，所述系统的实施例可以用在需要可靠的全范围MPF和含水率仪表的所有石油相关的上下游应用中。本公开的系统和方法的实施例也可以作为用于区室流量监控的永久系统或可回收系统的一部分可靠地部署在极端油藏接触井的井下，以实现更严密的生产控制和优化。系统和方法的实施例利用用于测量和监控的安全技术，并且本公开的系统的实施例对于实施来说有成本效益、紧凑和几乎不需要维修。本发明的实施例不存在现有技术的含水率仪表所存在的问题，包括：相转换问题、材料的放射性、不能测量全部范围的含水率、以及频繁的维修需求。