淨油氣井測試系統的製作方法

2023-09-19 08:47:30 1

淨油氣井測試系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於油氣井組的淨油氣井測試系統，其包括至少兩個淨油氣測量系統和多個閥，所述多個閥與所述油氣井組中的各個井流體連通並且可獨立地在第一狀態與第二狀態之間構造，在所述第一狀態中，閥使得流按路線輸送至第一淨油氣測量系統，在所述第二狀態中，閥使得流按路線輸送至第二淨油氣測量系統。每個淨油氣測量系統均適當地具有在不進行分離的情況下測量包括油、氣和水的多相流的能力。例如，每個測量系統均可包括多相科裡奧利流量計和含水量計量計。每個測量系統均適當地包括提供關於多相流的測量值的不確定度的動態估計值的能力。
【專利說明】淨油氣井測試系統
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及用於測量產自油氣井的流體的系統和方法，並且更加特別地涉及下述系統和方法，所述系統和方法使用諸如多相科裡奧利流量計的多相流量計來測量產自油氣井的油、氣和水的流量。本發明的一些方面更加一般地涉及測量多相流體流量而且還具有油氣工業範圍之外的用途。
【背景技術】
[0002]在油氣工業中使用多種不同的流量計以提供關於產自油氣井的流體的信息。一種這樣的流量計是科裡奧利流量計。如本領域中的技術人員所已知的，科裡奧利流量計包括電子發送器和過程流體所通過的振動流管。所述發送器通過將驅動信號發送至一個或多個驅動器來保持流管振動並且基於來自兩個傳感器的信號來實施測量計算。該裝置的物理性質指出科裡奧利力沿著傳感器之間的測量段作用，從而導致正弦傳感器信號之間的相位差。這種相位差基本上與通過測量段的流體的質量流量成比例。因此，相位差為流經流管的流體的質量流量測量提供了依據。科裡奧利流量計的流管的振蕩頻率隨著流管中的過程流體的密度而改變。可從傳感器信號中提取頻率值(例如通過計算連續零交叉處之間的時間延遲)，以使得可獲得流體的密度。還監測流管溫度，以使得能夠補償流管硬度的變化，流管硬度的變化可能影響振蕩頻率。
[0003]科裡奧利流量計廣泛應用在多種不同工業中。直接測量質量流量通常優於基於體積的計量，這是因為材料的密度和/或體積可能隨著溫度和/或壓力而變化，但質量卻保持不受影響。這在油氣工業中尤為重要，在所述油氣工業中，能量含量並且因此產值是質量的函數。
[0004]測量兩個參數(質量流量和密度)的科裡奧利流量計理論上能夠解決兩相(液體/氣體)混合物。然而，除非簡化假設條件，否則科裡奧利流量計自身不能解決一般的三相油/水/氣混合物，所述一般的三相油/水/氣混合物是大部分井產物的特徵。通過包括流體流量的第三測量值(諸如含水量(水在液體混合物中的比例，通常介於0%到100%的範圍內))，使得能夠實現真正的三相計量。在上遊油氣工業中使用術語「淨油量(Net Oil)」來描述三相或者液體(油/水)流中的油流量。油氣工業中的共同目標是確定由多口井中的每口井產出的淨油量，這是因為所述信息在做出有關影響油氣田的產量和/或用於優化油氣田產量的決定時很重要。
[0005]在圖1中示出了傳統油氣井測試系統。在這種井測試系統中，在任何時候，都將多口井(即，由N 口井構成的集群)中的一口井引入到測試分離器中，而其餘井(即，N — I)被組合以用於運送到生產設施。產自選定井的輸出被分離開以取得從該選定井輸出的油氣的體積流量。氣液測試分離器的流動路徑與使用「旁通」通道的相同井的流動路徑明顯不同。因此，在大部分時間中，測試分離器流動路徑中的井產量在其沿著旁通通道流動時可能沒有真實反映其產量。
[0006]本發明做出了將在下文詳細描述的多種改進，所述多種改進可應用於科裡奧利流量計的領域以及可應用於淨油氣測試的領域。

【發明內容】

[0007]油氣井測試系統包括第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統(例如，基於科裡奧利機理的測量系統)和多個閥，所述多個閥用於將集群中的多口井中的每一口連接到第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統中的一個。可切換閥的狀態，以選擇性地改變哪一個測量系統與選定井流體連通。系統的控制器構造成根據接收自第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統的預設數據和切換後的數據來計算與已經切換的閥相關聯的井的輸出的參數(例如，體積流量或者質量流量)。還公開了計算所述參數的方法。
[0008]本發明的另一個方面是測量控制器，所述測量控制器用於確定一組井組中的每口獨立井的輸出的參數。測量控制器包括測量控制器，所述測量控制器包括處理器和存儲器。測量控制器適於與多個閥、第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統通信，所述多個閥中的每一個構造成與獨立井中的一口 口流體連通。測量控制器構造成，以便:(i)當多個閥中的第一閥處於第一狀態並且將對應井流體連接到第一淨油氣測量系統而且多個閥中的第二閥處於第二狀態且將對應井流體連接到第二淨油氣測量系統時，從第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統接收預設數據；(ii)將第一閥從第一狀態切換到第二狀態，使得第一閥將對應井流體連接到第二淨油氣測量系統；(iii)在將第一閥從第一狀態切換到第二狀態之後，從第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統接收切換後的數據；和(iv)基於接收到的預設數據和切換後的數據來計算與第一閥相關聯的井的輸出的參數。
[0009]本發明的另一個方面涉及一種評估一組油氣井組的流量的方法。所述方法包括:使得來自第一井分組的輸出通過第一管道共同流到第一流量測量系統，與此同時使得來自第二井分組的輸出通過不同於第一管道的第二管道共同流到第二流量測量系統。測量通過第一流量測量系統的總流量和通過第二測量系統的總流量。來自獨立井的輸出的路線從所述第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統中的一個改變為所述第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統的另一個。改變路線之後，測量通過第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統中的至少一個的總流量。改變路線之前的總流量和改變路線之後的總流量之間的差值用於評估所述獨立井的流量。
[0010]本發明的又一個方面是多相流量計量系統，該多相流量計量系統用於測量包括油、水和氣的多相流體。所述系統包括科裡奧利流量計，所述科裡奧利流量計適於測量多相流體的質量流量和密度。所述系統具有含水量計量計，所述含水量計量計適於測量多相流體的含水量。處理器構造成使用來自科裡奧利流量計的質量流量和密度以及來自含水量計量計的含水量而確定油的油質量流量、水的水質量流量和氣的氣質量流量。處理器還構造成確定油質量流量、水質量流量以及氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值。
[0011]下文將部分地呈現並且指出其它目的和特徵。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是圖解了傳統的油氣井測試系統的示意圖；
[0013]圖2是油氣井測試系統的一個實施例的示意圖；
[0014]圖3是適於在圖2的油氣井測試系統中使用的淨油量撬的一個實施例的側正面圖；
[0015]圖4是適於在圖3的淨油量撬中使用並且用於在圖2中圖解的油氣測試系統中使用的科裡奧利流量計的一個實施例的透視圖；
[0016]圖5是圖4中示出的科裡奧利流量計的側正面圖；
[0017]圖6是圖解了圖3的淨油量撬的電子體系結構中的一些的示意圖；
[0018]圖7是圖解了觀察的質量流量、觀察的密度下降和密度下降誤差之間關係的一個示例的繪圖，所述觀察的質量流量、觀察的密度下降和密度下降誤差可用於改善使用圖4和圖5的科裡奧利流量計測量的測量值；
[0019]圖8是圖解了當多相流的含水量在介於0%到100%的大範圍內變化時低液體質
量流量誤差的繪圖；
[0020]圖9是顯示屏，該顯示屏在顯示器的上部部分中示出了多相流的成分中的每一種成分的時變空隙分數，以及示出了從多相流測得的氣、油和水的對應時變流量；
[0021]圖10是圖解了自驗證傳感器的一個實施例的示意圖；和
[0022]圖11用於提供多相流成分的不確定度的估計值的系統的示意性流程圖。
[0023]在所述附圖中對應的附圖標記表示對應的部件。
【具體實施方式】
[0024]參照圖2，用100總體表示油氣井測試系統的一個實施例。油氣井測試系統100包括流體連接到由N 口井101構成的井組的多根井輸出管道102 (例如，管)。儘管在圖2中示出了 4 口井，但是井組中的井的數量N可改變。井101典型地是同一油氣儲層和/或分享同一生產設備120的井集群。每根井輸出管道102適當地連接到單口井101，因此由每口獨立井產出的流體被隔離在對應管道102中。每根井輸出管道102與多個閥104 (例如，多個三通閥)之一流體連通。由於下文解釋的原因，每個閥104可在第一狀態和第二狀態之間獨立構造，在所述第一狀態中，閥將對應井輸出管道102流體連接到第一進入管道108，以將流體流引導到第一淨油氣測量系統110，在所述第二狀態中，閥將對應井輸出管道流體連接到第二進入管道111，以將井流引導至第二淨油氣測量系統112。與來自其它井的輸出無關地，可選擇性地將來自井組中的每口井101的輸出按路線輸送至油氣測量系統110、112中的任意一個。在流經第一淨油氣測量系統110和第二淨油氣測量系統112之後，可以將井流輸送至生產設備120。流經第一淨油氣測量系統110和第二淨油氣測量系統112的流量總和基本是從所有N 口井產出的流體的組合流量。油氣井測試系統100還可包括:第一壓力調節閥116，所述第一壓力調節閥將第一進入管道108流體連接到第一淨油氣測量系統110 ;和第二壓力調節閥118，所述第二壓力調節閥將第二進入管道111流體連接到第二淨油氣測量系統112。
[0025]第一淨油氣測量系統110和第二淨油氣測量系統112中的每一個分別可以包括科裡奧利流量計系統(也被稱作「基於科裡奧利機理的淨油計量撬」)，所述科裡奧利流量計系統允許從井口直接測量氣、油和水，而無需使用傳統氣液分離器首先將組分分離開。較之基於分離器的油氣井測試系統，這種基於科裡奧利機理的計量撬可提供若干優勢，包括但不局限於:1)不需要將輸出分離開，使得更易於捕獲井的自然流型；2)可在數分鐘內而非數小時內捕獲準確的流量；和3)與傳統井測試系統相比，其有助於減小設備佔地面積並且減少維護工作。應當理解的是，第一淨油氣測量系統Iio和第二淨油氣測量系統112中的每一個可以包括不同類型的流量計系統，所述不同類型的流量計系統包括具有在本發明範圍內的氣液分離器的流量計系統。第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統如在圖解的實施例的情況中是相同的，但是還應當意識到的是在本發明的廣泛範圍內這不是必需的。
[0026]用於在井測試系統110、112中使用的基於科裡奧利機理的計量撬的一個實施例
的示例是可從Invensys Systems, Inc.獲得的F'oxbOlO⑩多相測量淨油氣解決方案。在
美國授予前的專利申請公報N0.20120118077中還描述了科裡奧利淨油撬的詳細描述，其全部內容在此通過引用併入本文。通常，淨油撬包括:管道，流體從井流經所述管道；科裡奧利流量計，其用於測量液體和氣體的混合物密度和質量流量；含水量計量計，其用於測量液體中所含水的百分比；和與管道流體連通的多變量壓力和溫度傳感器，其用於針對氣體密度基準測量壓力和溫度。
[0027]在圖3中圖解了一種可用作測量系統的適當的淨油撬的一個實施例。撬600機械設計成經由管道系統上升和下降並且通過水平頂部段中的集成流量校正機來調控過程流體流量，以使氣相和液相之間的滑動最小化。在這個實施例中，液相率探針230在系統的入口 602與出口 608之間與多相科裡奧利流量計215垂直串聯。液相率探針230是適當的含水量計量計(或者含水量探針)，所述液相率探針230測量流經所述液相率探針230的流體中的水百分率的估計值。水百分率可被稱作含水量。所述系統600還包括接口模塊609，所述接口模塊可以包括電子處理器、電子存儲裝置(諸如，存儲器)和一個或多個輸入/輸出模塊(諸如，顯示器；通信接口，通信接口用於連接到與科裡奧利流量計215通信和/或與液相率探針230相接的發送器，和/或用於連接到遠程終端(未示出)；和觸覺手動輸入裝置，諸如鍵盤和滑鼠)。在水、油和氣被接收到來自井101中的一口或多口井的多相流中時，多相科裡奧利流量計215和液相率探針230 —起能夠測量包括所有三種成分的混合物中的水、油和氣的流量。
[0028]在系統600中，科裡奧利流量計215定位並且布置成使得流體沿著對應於重力方向的向下方向流經科裡奧利流量計。在圖3示出的示例中，液相率探針230和科裡奧利流量計215沿著向下取向位於撬600的向下支腿上。在低壓、高GVF(含氣率)應用中將液相率探針230和科裡奧利流量計215沿著向下取向放置在撬600的向下支腿上是有益的，諸如，可以在某些油氣井，尤其是產自衰竭儲層的成熟井中可能遇到這种放置方式。例如，與科裡奧利流量計定向成使得流體沿著向上方向流動的系統相比，通過布置系統使得流體向下流經科裡奧利流量計215可以致使科裡奧利流量計更為有效地排放。另外，可以在撬600的向上支腿610上自然發生多相流體的氣相和液相的分離，這是因為在任何時候氣體都通過流管215，而液體趨於收集在向上支腿610中，直到足夠大的液塞能夠通過撬600的頂部段611到達向下支腿608。一旦液體已經通過科裡奧利流量計215，重力便發揮作用，以最小化或者消除回流到流管215中的液體流。在一些實施方案中，在撬600中可以包括諸如止回閥(未示出)的裝置，以進一步最小化回流到流管215中的回流。
[0029]另外，如圖3所示的布置方案可以減小科裡奧利流量計215處於部分填充狀態(或者部分填充條件)的可能性。例如，當液體流完全停止或者接近停止時，就低產量油氣井而言，這可能持續發生很長一段時間，除非科裡奧利流量計215完全排空，否則流管215可能進入部分填充狀態。在處於部分填充狀態時，流管215可以產生虛假(錯誤)的非零質量流量讀數，這繼而可能導致產生流經系統600的油和水流量的錯誤讀數。然而，圖3中示出的布置方案減小或者消除了液體被圈閉在科裡奧利流量計215的流管內的可能性，從而減小或者消除了部分填充狀態的發生以及減輕部分填充狀態的影響。
[0030]在圖4和圖5中圖解了總體用10表示的科裡奧利流量計的一個實施例。流量計10包括:一根或多根管道18、20 (也稱作流管)；一個或多個驅動器46a、46b，用於驅動一根或多根管道的振動；和一對運動傳感器48a、48b,所述一對運動傳感器48a、48b產生表不一根或多根的振動的信號。在圖解的實施例中，存在兩根管道18、20、兩個驅動器46a、46b和兩個運動傳感器48a、48b，並且驅動器和運動傳感器定位在管道之間，以使得每個驅動器和運動傳感器可針對兩根管道操作。本領域中的技術人員應當理解的是，科裡奧利流量計可以具有僅一根管道和/或可以具有僅一個驅動器。還應當理解的是，一根或多根管道可以具有與在圖解的實施例中的管道18、20不同的構造。
[0031]如圖4和圖5所示，流量計215設計成插入到輸送管線(未示出)中，所述輸送管線的一小段被移除或者預留以便為流量計騰出空間。流量計215包括:安裝凸緣12，用於連接到輸送管線；和中央歧管塊16，所述中央歧管塊16支撐兩個平行的平面環形件18和20，所述平面環形件18和20垂直於輸送管線定向。驅動器46a、46b和傳感器48a、48b附接在環形件18和20的各端部之間。數字控制器(未示出)用幅度相等但符號相反的電流(即，180°異相的電流)激勵環形件18、20的相對端部上的驅動器46a、46b，以致使環形件18,20的直線段26圍繞它們的共面垂直平分線56(圖5)旋轉。通過重複換向(例如正弦控制)，供應到驅動器46a、46b的激勵電流致使每個直線段26均承受振蕩運動，所述振蕩運動圍繞環形件的對稱軸線56在水平平面中掃出蝴蝶結形狀。環形件在下圓形轉彎38和40處的整體側向位移很小，就直徑為一英寸的管的兩英尺長的直線段26而言，所述側向位移大約為1/16英寸。儘管所述振蕩頻率可根據一根或多根流管的尺寸和構造而改變，但是振蕩頻率典型地為大約80赫茲至90赫茲。
[0032]如本領域中的技術人員所理解的，科裡奧利效應引發兩個傳感器48a、48b之間的相位差，所述相位差基本與質量流量成比例。再者，環形件18、20的諧振頻率將根據流經所述環形件的流體的密度而變化。因此，可測量質量流量和密度。諸如音頻質量的模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)以及現場可編程門陣列(FPGA)的新型技術的開發，可促進科裡奧利流量計的新能力的發展，諸如處理多相流的能力。可對源自傳感器之間的相位差的基本測量值施加多種校正。例如，多相流將可變阻尼引到流管上，所述可變阻尼高達比單相條件下的可變阻尼高三個數量級的幅度，從而需要進行靈敏且精準的驅動控制。另外，在多相流條件下產生的質量流量和密度的測量值受制於大的系統誤差和隨機誤差，為此可定義和實施校正算法。在美國專利 N0.6，311，136 ；N0.6，505，519 ；N0.6，950，760 ；N0.7，059，199 ；N0.7，188，534 ；N0.7，614，312 ；N0.7，660，681 ;和 N0.7，617，055 中提供了了關於科裡奧利流量計的操作的其它細節，其內容在此通過弓I用併入本文。
[0033]科裡奧利流量計215和液相率探針230與淨油計算機(諸如撬600的接口模塊609)通信，所述淨油計算機計算按標準體積計算的混合液體/氣體中的淨油流量、水流量和氣流量的累計值。三相流的計量複雜，而且實際上，每個測量值的不確定度均隨著操作點以及計量技術和其它方面而動態變化。三相測量值的動態不確定度分析將有助於擴展操作條件的範圍，在所述操作條件下，可提供有保證的測量性能。實現三相流不確定度分析的一種方法是通過使用蒙特卡洛模擬。以下將解釋如何遵循在英國Standard BS-7986中規定的SEVA概念以及已知為測量值不確定度表示指南(GUM)的國際標準來提供三相測量值的不確定度的在線評估。
[0034]利用基於科裡奧利流量計215和含水量計量計230的多相計量系統來準確測量液體組分的流量和氣體組分的流量所面臨的挑戰是油、水和氣的多相流態。具體地，流態變化可產生滑動條件，在所述滑動條件下，壓縮氣相的流速與油和水的液相的流速可顯著不同，從而致使更加難以實施準確計量。如上所述，撬600雖然設計成使這種滑動條件最小化，但是氣相與液相之間仍可能存在滑動。
[0035]存在其它挑戰，諸如含水計量計230需要充分混合的油和水流，以實現含水量或者水在油和水流中所佔百分比的期望測量精度。如果計量計230定位在撬600的入口側上，那麼在流態導致顯著斷塞流時，重要的是防止計量計承受先正後負的流動條件。還重要的是，確保計量計230適當地排放，因為在不存在通過計量計的真正流量時，所述計量計230難以區分真正多相流與因由部分填充條件引發的可能的大流量誤差和密度誤差。在科裡奧利流量計215在歸一化流速條件下測量液相和氣相的情況下，這能夠通過使用多相計量系統設計和實施方案來實現，在所述實施方案中，使得氣相和液相之間的可能滑動條件最小化以保持受調控的流動剖面。這還有助於促進油和水液相充分混合，以在含水量計量計測量時保持均勻流態。
[0036]撬600上的其它檢測儀器由含水量計量計以及壓力和溫度發送器(未示出)構成。所述壓力和溫度發送器讀出科裡奧利流量計215入口處的壓力和熱井中定位在撬600的頂部處的RTD (電阻式溫度檢測器)傳感器的溫度。圖6中示出了撬600的硬體/軟體體系結構。如所圖解的那樣，通信/計算單元(例如，圖3上的單元609)用作使用網絡通信協議RTU工業通信協議(其在油氣工業中普通使用)針對所有裝置的通信主控裝置。計算單元609根據接收到的數據實施三相流測量計算，提供用戶界面(用於提供例如氣體和流體密度信息)以及還實施數據歸檔。以I秒的更新速率經由網絡通信接口向用戶數據採集系統提供實時數據。
[0037]如所圖解的那樣，存在三個通信接口:針對撬600檢測儀器的內網絡通信接口 ；向用戶提供測量值的外網絡通信接口 ；和乙太網接口，其使得能夠實現遠程配置、監測和歸檔數據檢索。顯示計算機還提供了用戶界面，以使得能夠實現本地配置、數據顯示等。
[0038]圖6還示出了流量計算算法的一個實施例的綜述。經由內網絡通信接口收集來自儀器的未校正的數據。在此，「未校正」指的是根據它們的單相校準特徵來計算多相流的結果:質量流量讀數、密度讀數和含水量讀數。基於由用戶提供的數據根據溫度讀數、壓力讀數和含水量讀數以及配置參數來計算液體密度和氣體密度。根據三相流測量模型校正科裡奧利流量計的質量流量讀數和密度讀數。最後，根據校正的質量流量、密度和含水量來計算油測量值、水測量值和氣測量值。
[0039]根據內部觀察的參數使用神經網絡實施針對質量流量讀數和密度讀數的校正。一個重要參數是密度下降，即，純液體密度(對於特定的含水量值)和氣體/液體混合物的觀察到的密度之間的差值。例如，圖7示出了在保持其它參數值不變(例如，含水量為45%)的情況下，針對觀察到的質量流量和密度下降的觀察到的密度下降誤差的3維可視化圖。在此，零密度下降表示如期望的那樣不存在氣體，從而不存在密度誤差。基於實驗室實驗數據的模型用於提供針對質量流量讀數和密度讀數的在線校正。
[0040]這種模型可在較寬泛的流動條件範圍內做到與石油工業標準一致。例如，俄羅斯標準G0ST8.165 [2]具有以下關鍵指標:
[0041]?總液體流量精度要求±2.5%
[0042]?總氣體流量精度要求±5.0%
[0043]?取決於含水量的總油流量精度要求:
[0044]〇對於含水量< 70%，油精度要求±6.0%
[0045]〇對於含水量> 70%並且< 95%，油精度要求±15.0%
[0046]〇對於含水量> 95%，沒有規定油精度要求，但是可以給出性能指示
[0047]在格拉斯哥市的英國國家工程實驗室的英國國家流動實驗室中和喀山的VNIIR的俄羅斯國家流動實驗室中就撬600進行了試驗。最終性能與GOST要求匹配，並且撬600已經獲準在俄羅斯使用。例如，圖8示出了在規定精度要求為±2.5%的情況中在含水量的整個範圍內針對英國國家工程實驗室中進行的75個正式試驗的液體質量流量誤差。典型地，在穩定狀態條件下實施實驗室正式試驗。例如，在圖8中，在所有基準(參考)條件均保持恆定的情況下，每個測試結果均基於五分鐘試驗。在穩定狀態下進行測試的優勢在於其減小了基準流量的不確定度，以使得可在規定操作點處準確評估撬600的性能。
[0048] 在實踐中，僅僅在有限的條件範圍下實現期望的精度(不確定度)性能。例如，通過撬600可實現的最大總液體流量可能通過壓力下降事項來確定；相反，最小總液體流量可能受限於在低流量條件下撬600的精度性能。在三相流的情況中，在針對可接受的測量不確定度規定操作範圍過程中要考慮很多方面。例如，當含水量朝向100%增加時，其變得逐漸難以測量±6.0%範圍內的絕對油流量；在這種情況中，如上所述,根據含水量，GOST標準改變油流量精度要求。但是沒有針對氣體流量測量做出這些規定，在所有情況中均要求所述氣體流量測量準確地處於5%內。當氣體體積分數(GVF)趨於零時，其變得逐漸難以滿足這種要求。
[0049]例如，在認為水密度是1000kg/m3的情況下，考慮純水和氣的混合物，氣體密度在管線溫度和壓力條件下為5kg/m3，並且GVF是5 %。然後，在每立方米氣體/液體混合物中，存在950kg水和僅250g氣體；G0ST標準要求對所述氣體的測量處於±12.5g的範圍內。儘管在NEL進行的試驗中通過撬600成功實現了這種性能，但是為了實現這種將氣體分散在950g水中仍然非常具有挑戰性。
[0050]在實驗室的靜態流動條件下的測試性能因此可用來設定針對參數範圍的限制，在所述參數範圍內，撬600可獲得所需的精度性能。實踐中，油測量值、水測量值和氣流量測量值中的每一個的精度可以隨著操作點(例如，含水量、GVF和液體質量流量)以及其它條件(例如，過程噪聲)而動態變化。
[0051]而且，真正的油氣井經常呈現動態行為。例如，圖9示出了在三小時測試的過程中撬600的現場試驗的數據。上方的繪圖示出了游離氣體、油和水在產出液中所佔的體積比，而下方繪圖示出了絕對體積流量。在此，井流量和成分示出了含水量、GVF和液體流量的顯著動態變化。
[0052]較之傳統的分離器技術，撬600的一個主要優勢在於:其與僅僅計算數小時時期內的簡單累計流量相比提供了動態測量值。為了了解油田的發展狀態，基於流量動力學的數據可能對油藏工程師有用。
[0053]傳統地，假定只要操作條件在整個井測試期間落入認證規範(例如，G0ST)的範圍內，則可認為測量值精度處於規定界限內(例如，對於氣體流量而言為5%)。更加務實和靈活的方法是假定就特殊井測試而言，只要在測試持續期間平均的操作條件落入認證標準的規範範圍內，則可假定標稱精度。
[0054]一種可替代方法是根據操作條件、過程噪聲和其它影響因素針對每個測量值提供動態不確定度分析。利用這種方法，根據測量值在井測試期間過程中的動態行為，估計每個測量值的總不確定度。特別地，這種方法可有助於在比單純的靜態分析更寬泛的操作條件範圍內表明不確定度的可接受程度。例如，如果液體流量下降到低於基於靜態分析的可接受精度的閾值，則動態不確定度分析可表明這種低流量對於整個測試時期內的總不確定度的貢獻可能很小，並且表明總體井測試總流量保持在規範範圍內。因此，發展針對撬600的動態不確定度分析可產生較之使用基於靜態實驗室的驗證在更寬泛的範圍內可接受的不確定度性能。
[0055]傳感器驗證(SEVA)概念提出了「自驗證」或者SEVA傳感器應當如何表現的模型，假設針對自診斷的內部計算能力的有效性和數字通信以傳動測量值和診斷數據的有效性。這種模型已經結合到英國標準BS-7986[6]中。提出了一組通用指標來描述測量質量。對於每個測量值，產生了三個參數:
[0056]?驗證的測量值(VMV)。該驗證測量值是傳統的測量值，但是如果出現錯誤，則VMV是所測量的真實值的校正後的最佳估計值；
[0057]?驗證的不確定度(VU)。所述驗證的不確定度是VMV的計量不確定度或者可能性誤差。例如，如果VMV是4.31kg/s,並且VU是0.05kg/s,則傳感器聲稱真實測量值在規定的涵蓋區間(通常，k = 2.95%概率)水平下處於4.26kg/s到4.36kg/s之間；和
[0058]?測量值狀態(MV狀態)。假定即使已經發生錯誤，但是仍然需要提供測量值的情況，則MV狀態表示通用錯誤狀態，在所述通用錯誤狀態下，已經計算出當前測量值。
[0059]SEVA的一個重要方面是產生驗證的不確定度、與由傳感器提供的每個測量值有關的不確定度的動態評估。在諸如科裡奧利流量計的複雜儀器的情況中，在儀器內分別計算每個測量值(例如，質量流量和密度)的不確定度，並且所述不確定度將隨著操作點、過程噪聲和其它參數而動態變化。在線不確定度可用於多種目的，諸如，決定控制系統行為(例如，為了作出控制決定是接受還是拒絕測量值的質量)。在組合測量值(例如，在形成質量平衡或者其它較高水平計算時)的情況下，SEVA方案提議規定較高水平的不確定度分析，其中，在計算最終測量值的不確定度中使用輸入測量值的動態不確定度。再者，已經發展了冗餘SEVA測量值之間的一致性檢驗。
[0060]如圖11所示，來自科裡奧利流量計、含水量計量計和其它傳感器的每個測量值的不確定度的動態評估可用於產生氣流量、水流量和油流量的三相測量值的對應在線不確定度評估值。
[0061]在測量不確定度表示指南或GUM中，描述了多種用於由輸入變量的值和不確定度來計算輸出變量的不確定度的技術。在簡單分析輸入和輸出之間關係的情況中，可使用公式化表達式。在更為複雜的情況中，在例如在輸入變量之間可能存在校正和/或不易於用代數關係式表達函數關係的情況中，可適當地使用蒙特卡洛模擬(MCM)。在JCGM.aJCGMlOl:2008.Evaluation of measurement data-Supplementlto the 「Guideto the expression of uncertainty in measurement，，-Propagation of distributionsusing a Monte Carlo method」，www.bipm.0rg, 2008 中更為詳細地描述了蒙特卡洛模擬，其內容在此通過引用併入本文。考慮到三相流計算的包括神經網絡模型的複雜性，MCM是評估撬600的輸出不確定度的適當裝置。圖11圖解了這種方法，在所述方法中，將來自科裡奧利流量計215的質量流量測量值和密度測量值的不確定度以及來自液相率探針230的含水量測量值的不確定度連同對應的測量值一起輸入到蒙特卡洛算法中，以產生針對油流量、氣流量和水流量的不確定度。
[0062]為了簡要概括蒙特卡洛方法，多次實施測量值計算，其中，在每種情況下，均基於輸入變量的相應概率分布而隨機選擇輸入變量(例如，質量流量、密度、和含水量)。在進行足夠數量的重複計算的情況 下，可能估計每個輸出變量的概率分布，並且由此計算平均值和涵蓋區間或者不確定度。
[0063]GUM主要旨在用於進行靜態離線分析。在GUM的第七章節中，討論了 M個蒙特卡洛試驗，建議一百萬次模擬可能適於確保輸出變量Y分布的粗略估計。在I秒更新率的條件下，這顯然在在線撬中不可能實行。因此，提供針對撬600的動態不確定度分析的方法的一個實施例包括:
[0064]?在每個新計算時期開始時，從撬600檢測儀器中收集質量流量、密度、含水量、壓力和溫度的測量值；
[0065]?從儀器自身或者在撬600的接口模塊609中獲得這些測量值中的每一個的不確定度的估計值；
[0066]?針對概率密度函數假設簡單高斯分布。在質量流量和密度測量值之間存在僅有可能的相關性(可假設所有其它參數皆是不相關的)；
[0067]?在從它們假定的高斯分布中隨機選取針對每次計算的輸入參數的情況下，通過實施處於大約50次到大約100次之間的三相測量值計算來進行蒙特卡洛模擬；
[0068]?假定最終的油、水和氣的質量流量是高斯分布，使得可由蒙特卡洛模擬模擬的結果計算出每個流量的最佳估計值和不確定度；以及
[0069]?針對每種流體類型更新累計流量及其不確定度。
[0070]甚至在每次測量值更新僅僅50-100次MCM計算的情況下，如果要實時實施這種方法，則該方法要求在撬600的計算能力資源方面大幅增加。然而，這樣做的好處是動態不確定度分析可能使得能夠保證給出撬600的總測量值輸出，並且當在不進行動態不可能保證這種不確定度分析時，基於撬的淨油氣測量系統(諸如圖2中的系統110和112)處於根據一個或多個具體標準的用於誤差的規定公差內。
[0071]再次參照圖2，在測試井的第一示例性方法中，對位於第一淨油氣測量系統110和第二淨油氣測量系統112之間的井的選擇大體平衡，以使得測量系統接收大致相同的組合流量。平衡來自井101的流量的一種方法包括使用已設立井的眾所周知的近似長期生產率。使用這種信息，以從最高流產量和最低流產量的順序記錄井，從而從將I分配給最高流量開始、將2分配給下一流量以此類推來分配每個索引號，因此，作為一個非限制性示例，表1(下文)示出了包括10 口井101的集群。10 口井101中的每一口均包括由歷史長期生產率確定的液體流量(kg/s)。基於測量系統110、112的精度來確定或者估計不確定度(簡寫為 「unc」)。
[0072]表1
[0073]
【權利要求】
1.一種用於測試一組油氣井組的淨油氣井測試系統，所述油氣井組包括多口獨立井，所述淨油氣井測試系統包括: 第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統； 多個閥，所述多個閥包括至少第一閥和第二閥，每個閥構造成用於與所述獨立井之一流體連通，其中，每個閥能夠獨立地在第一狀態與第二狀態之間構造，在所述第一狀態中，所述閥將對應井流體連接到第一淨油氣測量系統，在所述第二狀態中，所述閥將所述對應井流體連接到第二淨油氣測量系統。
2.根據權利要求1所述的淨油氣井測試系統，所述淨油氣井測試系統還包括: 測量控制器，所述測量控制器包括處理器和存儲器，所述測量控制器與所述多個閥、所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統通信，所述測量控制器構造成: 當所述第一閥處於所述第一狀態中並且所述第二閥處於所述第二狀態中時，從所述第一淨油氣測量系 統和第二淨油氣測量系統接收數據； 將所述多個閥中的第一閥從所述第一狀態切換到所述第二狀態； 在將所述第一閥從所述第一狀態切換到所述第二狀態之後，從所述第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統接收切換後的數據； 根據接收到的數據和切換後的數據計算與所述第一閥相關聯的井的輸出參數。
3.根據權利要求1所述的淨油氣井測試系統，所述淨油氣井測試系統還包括測量控制器，所述測量控制器包括處理器和存儲器，所述測量控制器與所述多個閥、所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統通信， 其中，所述測量控制器構造成針對所述井中的一口選定井實施井測試，所述井測試包括: 操作所述閥，以將所述選定井的流體流從所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的一個切換到所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的另一個；以及 針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的至少一個計算因所述切換而引起的總流體流量差。
4.根據權利要求3所述的淨油氣井測試系統，其中，所述井測試還包括針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的每一個計算因所述切換而引起的總流體流量差。
5.根據權利要求4所述的淨油氣井測試系統，其中，所述井測試還包括針對所述第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統計算因所述切換而引起的總流體流量差的平均值。
6.根據權利要求5所述的淨油氣井測試系統，其中，所述測量控制器構造成根據所述平均值來計算與所述選定井相關聯的參數的輸出。
7.根據權利要求3所述的淨油氣井測試系統，其中，所述測量控制器構造成針對所述油氣井組中的多口井實施所述井測試，其中，所述測量控制器: 操作所述閥，將來自所述多口井中的每口井的流體流以一次一口井地從所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的一個切換到所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的另一個；以及 針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的至少一個來計算因所述切換而引起的所述多口井中的每口井的總流體流量差。
8.根據權利要求7所述的淨油氣井測試系統，其中，所述多口井中的井數量為N，並且所述測量控制器構造成通過使得流體流在所述第一淨油氣測量系統與所述第二淨油氣測量系統之間切換不超過N+1次來完成針對所有N 口井的測試。
9.根據權利要求7和8中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述測量控制器構造成在(i)和(ii)之間以交替的順序選擇所述井:(i)將所述井中的一口井的流體流從所述第一淨油氣測量系統切換到所述第二淨油氣測量系統；和(ii)將所述井中的另一口井的流體流從所述第二淨油氣測量系統切換到所述第一淨油氣測量系統。
10.根據權利要求7-9中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述測量控制器構造成按順序選擇所述井，以使得接續的多對測試包括:增大所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統之間的總流量差的流體流切換；和減小所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統之間的總流量差的流體流切換。
11.根據權利要求7-10中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述測量控制器以通過為所述獨立井的產量排序的方式確定的順序來選擇所述井。
12.根據權利要求1-11中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統中的至少一個包括科裡奧利流量計和含水量計量計。
13.根據權利要求1-12中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統都不包括任何分離器。
14.根據權利要求1-13中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統基本相同。
15.根據權利要求1-14中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，所述淨油氣井測試系統還包括用於所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中每一個的壓力調節閥，所述壓力調節閥適於在所述第一淨油氣測量系統的入口處和所述第二淨油氣測量系統入口處都維持恆定壓力，而不受所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統因所述切換而引起的流體流量變化的影響。
16.根據權利要求1-15中的任意一項所述的淨油氣井測試系統，其中，所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的每一個構造成確定油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值。
17.根據權利要求16所述的淨油氣井測試系統，其中，所述第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統中的每一個進一步構造成根據蒙特卡洛模擬來確定油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值。
18.根據權利要求16或17所述的淨油氣井測試系統，所述淨油氣井測試系統還包括測量控制器，所述測量控制器包括處理器和存儲器，所述測量控制器與所述多個閥、所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統通信，其中，所述測量控制器構造成: 操作所述閥，以將來自所述選定井的流體流從所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的一個切換到所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的另一個； 針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的至少一個來計算因所述切換而引起的總流體流量差；將與井測試有關的一個或多個動態不確定度的動態估計值與一個或多個閾值進行比較；以及 響應於對所述不確定度的動態估計值中的一個或多個超過閾值的確定，隨後重複執行操作步驟和計算步驟。
19.一種用於確定一組井組中的每口獨立井的輸出參數的測量控制器，所述測量控制器包括: 包括處理器和存儲器的測量控制器，所述測量控制器適於與多個閥通信，所述多個閥中的每一個構造成與所述獨立井之一、第一淨油氣測量系統和第二淨油氣測量系統流體連通，其中，所述測量控制器構造成: 當所述多個閥中的第一閥處於第一狀態中並且將對應井流體連接到所述第一淨油氣測量系統而且所述多個閥中的第二閥處於第二狀態中並且將對應井流體連接到所述第二油氣產量測量系統時，從所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統接收預設數據； 將所述第一閥從所述第一狀態切換到所述第二狀態，以使得所述第一閥將對應井流體連接到所述第二淨油氣測量系統； 在將所述第一閥從所述第一狀態切換到所述第二狀態之後，從所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統接收切換後的數據；以及 基於接收到的預設數據和切換後的數據計算與所述第一閥相關聯的所述井的輸出參數。
20.一種評估一組油氣井組的流量的方法，所述方法包括: 使得來自第一子井組的輸出通過第一管道共同流到第一流量測量系統，而來自第二子井組的輸出通過不同於所述第一管道的第二管道共同流到第二流量測量系統； 測量通過所述第一流量測量系統的總流量和通過所述第二測量系統的總流量； 使得來自獨立井的輸出從所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的一個改變路線至所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的另一個； 在所述改變路線之後測量所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的至少一個的總流量，以及使用改變路線前的總流量與改變路線之後的總流量的差來評估所述獨立井的流量。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，評估流量包括:評估氣、油、水中的至少一個以及它們的任何組合的質量流量。
22.根據權利要求20-21中的任意一項所述的方法，其中，評估流量包括:評估氣、油、水中的至少一個以及它們的任何組合的體積流量。
23.根據權利要求20-22中的任意一項所述的方法，其中，評估所述獨立井的流量包括:評估所述獨立井的淨油流量。
24.根據權利要求20-23中的任意一項所述的方法，其中，所述井組中的所有井包括在所述第一子井組和第二子井組之一中。
25.根據權利要求20-23中的任意一項所述的方法，所述方法還包括: 使得來自第三子井組的輸出通過第三管道共同流到第三流量測量系統； 測量通過所述第三流量測量系統的總流量；使得所述第三子組中的獨立井的輸出從所述第三測量系統改變路線至所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的一個； 在改變路線之後測量通過所述第三測量系統的總流量，以及使用所述改變路線之前的總流量和改變路線之後的總流量的差來評估所述第三子組中的所述獨立井的流量。
26.根據權利要求20-24中的任意一項所述的方法，所述方法還包括: 使得所述獨立井中的另一口的輸出從 所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的一個改變路線至所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的另一個； 在所述改變路線之後測量通過所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的至少一個的總流量；以及 使用在所述改變路線之前的總流量和在所述改變路線之後的總流量的差來評估所述另一口獨立井的流量。
27.根據權利要求20-24所述的方法，所述方法還包括:針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的每一個，計算因所述切換而引起的總流體流量差。
28.根據權利要求27所述的方法，所述方法還包括:針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統，計算因所述切換而引起的所述總流體流量差的平均值。
29.根據權利要求28所述的方法，所述方法還包括:根據所述平均值計算與所述選定井相關聯的參數的輸出。
30.根據權利要求20-29中的任意一項所述的方法，其中，測量通過所述第一流量測量系統的總流量和通過所述第二測量系統的總流量包括:使用科裡奧利流量計和含水量計量計來測量針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的每一個的總流量。
31.根據權利要求20-29中的任意一項所述的方法，其中，測量通過所述第一流量測量系統的總流量和通過所述第二測量系統的總流量包括:測量多相流，而沒有在測量所述多相流之前將所述多相流分離成不同的流體組分。
32.根據權利要求20-31中的任意一項所述的方法，所述方法還包括:針對所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的每一個使用壓力調節閥，以在所述第一淨油氣測量系統的入口處和所述第二淨油氣測量系統的入口處都維持恆定壓力，而不受所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統因所述切換而引起的流體流量變化的影響。
33.根據權利要求20-32中的任意一項所述的方法，其中，通過所述第一淨油氣測量系統和所述第二淨油氣測量系統中的每一個的所述流包括多相流，所述多相流包括油、水和氣，並且所述方法還包括:針對第一流量測量系統和第二流量測量系統來確定油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值。
34.根據權利要求31所述的方法，其中，針對第一流量測量系統和第二流量測量系統確定油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值包括:使用蒙特卡洛模擬。
35.一種多相流計量系統，所述多相流計量系統用於測量包括油、水和氣的多相流體，所述系統包括: 科裡奧利質量流量計，所述科裡奧利質量流量計適於測量多相流體的質量流量和密度；含水量計量計，所述含水量計量計適於測量所述多相流體的含水量；和 處理器，所述處理器構造成利用來自所述科裡奧利質量流量計的質量流量和密度以及來自所述含水量計量計的含水量來確定油的油質量流量、水的水質量流量和氣的氣質量流量， 其中，所述處理器還構造成確定所述油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值。
36.根據權利要求35所述的多相流計量系統，其中，所述處理器還構造成，基於蒙特卡洛模擬來確定油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值。
37.根據權利要求35所述的多相流計量系統，其中，所述處理器進一步構造成通過以下方式來確定油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的動態估計值: (a)計算所述科裡奧利質量流量計的表觀質量流量測量值、密度測量值和含水量測量值的不確定度； (b)選擇表觀質量流量、密度和含水量的值，其中從基於每個參數的計算值和不確定度的概率分布選擇這些值； (C)使用在(b)中選擇的值來實施三相測量計算，以獲得模擬的油質量流量、模擬的水質量流量和模擬的氣質量流量，以及記錄所述模擬的質量流量； (d)重複步驟(b)和(C)至少十次，以獲得油質量流量、水質量流量和氣質量流量的對應數量的模擬質量流量； (e)計算油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的平均值；以及 (f)使用所述模擬的質量流量來計算油質量流量、水質量流量和氣質量流量中的每一個的不確定度的估計值。
【文檔編號】G01F1/78GK103959019SQ201380003612
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2012年11月19日
【發明者】M·P·亨利, R·P·卡西米羅 申請人:因文西斯系統公司