基本信息
- 项目名称：
- 油气井生产出砂在线监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 通过分析油气管道中砂粒碰撞管壁产生的信号特征，研制了一套利用超声波传感器监测出砂信号的油气井出砂在线监测系统。该产品可实现油气井出砂率/量的实时监测，为油气田制定合理的开采方案提供技术支持。
- 详细介绍：
- 油气井出砂为油气田开发过程中常见的问题，大量出砂或持续出砂，将会产生油管砂堵、设备损坏等危害，严重出砂还可能影响油气井正常的生产，给安全生产带来重大隐患，进而缩短油气井的寿命。因此开展油气井出砂实时监测技术的研究，对油气田的开采急需的技术。 该产品采用过滤波电路和信号处理技术把出砂信号从噪声中提取出来；然后通过建立的出砂信号与出砂量之间的关系模型，实时计算出管道中的含砂量；设计的监测软件可实现油气井实时出砂状况，同时还可回放历史数据，观测某段时间的出砂情况，预测出砂趋势。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 在油田开发过程中，经常会出现油气井出砂问题，长期出砂或者严重出砂会损坏设备，也可能会影响油气井产量，缩短油气井的寿命。基于此，开展油气井生产出砂在线监测系统，其目的是:实现油气井出砂状况的实时监测，从而为防砂提供准确、可靠的信息，最终达到提高产量的目的。 油气井生产出砂在线监测系统拟采用声波监测法，外置式的超声波传感器固定于管道弯管的外壁处，检测砂粒碰撞管壁的声波信号，并通过滤波电路和信号处理技术把出砂信号从噪声中提取出来；然后通过建立的出砂信号与出砂量之间的关系模型，实时计算出管道中的含砂量；设计的监测软件可实现油气井实时出砂状况，同时还可回放历史数据，观测某段时间的出砂情况，预测出砂趋势。 创新点：研制了油气井出砂监测系统的数据采集和处理系统及其实时监测软件；基于油气管道中砂粒的动能推导出了出砂信号与出砂量之间的关系模型。 关键技术：（1）出砂信号与出砂量之间的关系模型；（2）出砂信号的去噪方法的研究。 技术指标：（1）适应的环境温度：-25℃~85℃。 （2）可监测的最小砂粒尺寸100 m。 （3）适应的最小流速5m/s。
科学性、先进性
- 该问题的提出从油气资源开采实际出发，为油田解决急需的关键技术，具有很强的实用性和广阔前景。通过查阅大量资料获知，目前国外研究了多种管道含砂量的检测方法，包括声波检测法、ER检测法、X射线检测法、光纤声波检测法、声纳检测法，其中较成功且已有现场应用经验的出砂监测技术以声波检测法为主。其中挪威Clampon公司研发的出砂监测系统DSP-06最为成功。但是该技术只对油田服务，技术是保密的，且成本昂贵。因此通过对比，课题组提出了声波检测法的实施方案，以保证该作品既由科学性也具有一定的先进性。 由于可借鉴的国内外技术很少，特别是在出砂信号采集和处理方法方面未见报道，因此该作品的实质性技术主要从以下几个方面开展：对砂粒碰撞管壁的产生的信号特征进行分析；采用超声波传感器拾取超声信号，对该信号进行数据采集；利用小波去噪技术对信号去噪处理；从砂粒动能理论出发推导出砂信号与出砂量之间的关系模型。这些技术都为油气井生产出砂监测系统中的关键技术。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 与指导老师联系，洽谈技术转让方式
作品可展示的形式
- 图纸、图片和录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品采用了超声波传感器检测管道内砂粒碰撞管壁产生的超声信号，通过建立的出砂信号与出砂量之间的关系模型，计算出管道内的含砂量，从而实现油气井出砂的实时监测。该技术为油气田开采急需的关键技术，可为防砂作业提供有效数据、减少设备损坏率、提高油气井产量、延长油气井寿命等方面有着重要意义，也将为油气田带来明显经济效益。 该产品在国内尚未见到报道，在技术攻关后开发出的创新性产品，不仅可应用于常规的油气井，对出砂严重的稠油井经过技术改造后也适用；另外还可用来检测自来水管中的含砂率，提高人们的用水质量。此研制成功后产品成本较低，该产品在油气田开发中有着广阔的市场前景
同类课题研究水平概述
- 国外研究了多种管道含砂量的检测方法，包括声波检测法、ER检测法、X射线检测法、光纤声波检测法、声纳检测法，其中较成功且大多数油田使用的出砂监测技术主要以声波检测法为主。 出砂声波检测法的按照传感器安装方式不同分为内置式和外置式两种类型。内置式的传感器采用不锈钢材料制成的探头和压电转换器组成，探头插入管道的流体中，流体（中携带的固体颗粒撞击振动传感器的探头，压电转换器把其转换高频的电信号，然后经过滤波、放大、检波等信号预处理过程，再利用相关的信号处理分析技术，得到诸如出砂量、出砂率、产砂速度等出砂信息，从而判断油井出砂状况。外置式的出砂监测传感器安装在输油管线的外面，其安装要求是在管道弯管两倍管径处，这是因为砂粒在管道的流动过程中，遇到弯管时砂粒碰撞管壁产生超声波信号并沿管壁传播，外置的传感器检测该信号，经过滤波、放大等预处理后，再对数据采集和相关的数据处理，得出出砂率、出砂量等信息。声波测量方法具有测量精度高、测量范围宽、测量指标高，具有较好的应用前景。但在早期其只适用于单相流的出砂检测，在多相流中的效果不是很理想。 随着油井出砂监测技术的发展，国外的一些石油服务公司或石油技术公司已经研制出了多相流体的出砂监测系统（如壳牌公司），并在现场油井生产条件下的测试取得成功。挪威Clampon公司研发的出砂监测系统DSP-06，它是基于克莱彭“超声波智能传感器”技术。该传感器安装于管道弯头之后的2倍管径的地方，管道流体中砂粒在弯头处冲击管壁的内部，产生超声波脉冲，超声波信号沿管壁传输，该信号被“超声波传感器”拾取，并被内部集成的DSP引擎处理。DSP-06中的先进处理技术和滤波技术，对与出砂信号无关的噪声信号进行处理，使得噪声和无用信号显著减小，提高了精度和可重复性，为产生量化出砂数据提供了条件。 就国内情况看，油井出砂监测方面的研究依然较少，目前主要在初步的理论和实验室研究阶段，多从油井出砂机理和油井出砂预测方面研究的较多，即使有的油田利用了出砂监测技术，也都是国外的技术，如Clampon公司在中海油进行了出砂现场试验，并给出了监测报告；国内研究油井出砂监测比较深入的是中国石油大学的李相方等开展了油井出砂监测的信号处理和实验室内的模拟试验研究，但未见在油田应用的报道。
