[发明专利]井内测量参数的系统和方法

说明书

技术领域

本文中所公开的主题的实施例一般性涉及用于利用计量器来测量油井中的参数的系统和方法。该计量器几乎没有电子部件，使得井中的不利条件对计量器的预期寿命有较小的影响。

背景技术

在意图开采地下资源(例如，石油和天然气)的井(钻孔)的钻探和/或勘探期间，各种装备在井内进行作业。然而，井(特别是深井)内的环境对于装备来说是苛刻的。例如，井内的温度可以达到300℃，同时井内的压力可以达到3000psi。在这样的环境下，现有装备将相对较快地失效。

井下计量器故障的主要原因与电子部件失效和使井下流体进入到计量器中的密封泄露有关。在本文中，电子部件被定义为包括至少一个半导体器件(例如，二极管、晶体管)的任何元件。在高于150℃的温度下进行作业限制了可以使用的电子部件的可用性和类型。特别地，在高于177℃的温度下，可用的可靠电子部件是有限的，而在高于200℃以上时，可用的可靠电子部件就非常有限了(例如，在该温度范围内，仅有一些碳化硅(SiC)和一些绝缘体上硅(SOI)是可用的)。这些部件不仅昂贵，而且它们具有在高达250℃的温度下其使用寿命最多只有一年的问题。

目前发现的在电子部件中的几种其它标准材料(大部分的焊料、聚合物、粘合剂和最常用的介电绝缘材料)由于它们在高温环境下失效而无法在此不利环境下中使用。

然而，测量油井孔和天然气井孔中的井下压力和温度对于确定各种其它钻井孔特性(比如，储层性质、超压、装备过热和钻井孔流体高度)来说至关重要。在人工升降机竖井中，重要的是保持储层流体高度从而使得泵不会在干涸情况下泵送(pump dry)且不会损坏。在蒸汽注入井中，重要的是知晓蒸汽温度以优化生产。

不使用井内电子器件来测量井下特性(压力、温度、黏度、碳氢化合物含量、含水量等)的现有解决方案包括：光纤、声学测量、音叉振动和磁通量耦合测量。光纤非常昂贵，因此，其仅在高端的资本密集型领域的项目中使用。声学测量频率在声压的范围(通常在300Hz至8KHz之间)内，这使得声学测量不合需求。对于小的传感器尺寸来说，谐振频率更高。与使用压力改变内部晶格结构以导致谐振频率变化的石英不同，音叉使用大面积机械振动。晶体的谐振频率通常在32KHz至几MHz的范围内。此外，较低频的传感器更易受沿着诸如三相电机的电缆的人为电气噪声的影响。

其它方法使用如例如美国专利No.7,647,965的机械谐振器。机械传感器的缺点在于这些装置需要额外的电子器件或线圈以将电能耦合成机械能。

因此，存在对于可承受井中存在的高温和高压、价格低廉且可靠的这种可靠的温度计量器和/或压力计量器的需求。

发明内容

在各实施例中，提供了一种用于在井内不存在任何电子器件的情况下测量井内的温度和/或压力的设备和方法，从而避免了现有装置所遇到的问题。

在一个实施例中，存在一种用于测量井内的参数的方法，该方法包括：将计量器连接到电缆的第一端并且将矢量网络分析仪连接到电缆的第二端的步骤；将计量器下降到井内的步骤；利用矢量网络分析仪生成信号并且将该信号沿电缆发送到计量器的步骤；在给定范围内扫描信号的频率同时将该信号馈送到计量器的步骤；确定位于计量器内的至少一个传感器的谐振频率的步骤；以及根据至少一个传感器的谐振频率来计算参数的步骤。

根据特定方面，计量器中除了至少一个传感器之外不含其它电子部件。

根据特定方面，所述方法还包括步骤：

计算与以下(i)和(ii)相关联的反射系数：(i)沿电缆入射到计量器的能量和(ii)从计量器沿着电缆反射到矢量网络分析仪的能量。

根据特定方面，所述反射系数被计算为以下(i)与(ii)之比：(i)电缆及计量器的阻抗和矢量网络分析仪的阻抗之差，(ii)电缆及计量器的阻抗和矢量网络分析仪的阻抗之和。

根据特定方面，所述方法还包括步骤：

针对所扫描的频率计算反射系数的实部分量和虚部分量；

选择最小的实部分量；以及

将与所述最小实部分量相对应的频率确定为所述至少一个传感器的谐振频率。

根据特定方面，通过校准系统来完成根据谐振频率的参数的计算。

根据特定方面，所述校准系统包括多项式拟合校准引擎。

根据特定方面，所述方法还包括：基于频率校准数据来生成所述多项式拟合校准引擎中的多项式曲线，所述多项式曲线将谐振频率与计量器所经受的温度和/或压力直接关联。