一种基于分布式光纤声波监测的油井生产剖面解释系统和方法

本发明涉及油气开采的，是一种基于分布式光纤声波监测的油井生产剖面解释系统和方法。

背景技术：

1、目前，油井生产剖面确认主要依赖于传统的测量技术和传感器，如机械采样器、旋转式侧钻取样器、温度和压力测量、示踪剂测试，以及不同类型的流量计(如涡轮流量计、电磁流量计和超声波流量计)等。然而，传统式电子仪器测井存在技术限制，如空间分辨率低，无法连续获取数据；易受井下复杂环境干扰；技术操作复杂且易误差；数据解析困难，需专业知识等，难以实时获得准确的剖面信息，从而影响对油井生产状态的监测和调整。

2、随着技术的不断发展，分布式光纤声波监测(das)技术在油井生产剖面监测中发挥着越来越重要的作用。通过该技术，可以在油井生产过程中实时、连续地获取声波信号，实现整个井筒的全程分布式监测。这为实时、精准地获取油井生产剖面信息提供了新的可能性。

3、然而，目前基于分布式光纤声波传感的油井产液剖面解释方法仍非常有限。如中国专利文献cn117266832a(202311488486.3)公开了一种利用das反演油气井双相流产出剖面的方法和系统，根据光纤处理测量出的原始数据，对深度方向和时间方向做傅里叶变换(fft)，得出频率 波数斜率，根据斜率，可以得到声速，在不同的混合物中，可以根据经验公式得到油或者水的比例，进而得到油水双相流产液剖面，但是上述方法存在如果现场数据质量不够高时，无法通过原始数据转化的频率 波数域中求解出声速的问题；又如中国专利文献cn116677371a(202310817136.0)公开的基于低频声波信号和温度信号的油井生产剖面反演方法，技术操作复杂且数据解析困难，存在无法在短时间内得到结果的问题。

4、中国专利文献cn112240196a(201910640705.2)公开了一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置，包括：分布式光纤声音、温度监测集成系统、井筒与储层模拟系统、供液与控制系统和集液系统；所述分布式光纤声音、温度监测集成系统通过管外光缆和管内光缆与井筒与储层模拟系统相连；在所述井筒与储层模拟系统的轴向外壁上对称设置有左侧流体入口和右侧流体入口分别与所述供液系统相连；所述集液系统通过排液管线与井筒与储层模拟系统相连。上述专利能够实现模拟多层段直井、水平井、多分支井以及斜井的生产剖面连续、实时的产液状况监测，还可以模拟不同液量、不同含水率、不同温度和不同生产层位情况下井筒生产的温度和声音响应情况，为井筒生产剖面测试提供技术思路。上述专利需要大量地层参数(如地层热扩散率、比热容、地层密度等)与物性参数(包括粘度、密度、含水率等)，计算过程复杂。

5、因此，本发明提供一种新的可靠、简易、高效的方法，以满足对油井生产状态迅速准确确认的需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种基于分布式光纤声波监测的油井生产剖面解释系统和方法，本技术仅通过获取井口含水率、井口流量及生产层段数量即可求出生产剖面，对参数依赖性小，且计算量小，是一种新的流量解释方法，解决现有技术中分布式光纤在生产剖面解释时计算量较大、准确率较低的问题。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于分布式光纤声波监测的油井生产剖面解释系统，包括套管、油管、光缆和设置在地面上的das生产剖面监测仪，所述油管位于套管内，所述光缆设置在油管内或油管外壁上或套管外壁上；光缆单次测量是下在油管内，永置式是油管外或者套管外均可下入，下入位置很自由，永置式需保证光缆和管道紧密贴合；

3、所述das生产剖面监测仪与光缆相连，所述das生产剖面监测仪包括das油井生产剖面解释模块；

4、所述的das油井生产剖面解释模块用于对光缆实时获取的油井das数据进行处理，得到油井各生产层段的实时流量和含水情况；

5、所述的das油井生产剖面解释模块包括fbe-流量图版模块、数据预处理模块和油井生产剖面解释模块；

6、所述fbe-流量图版模块用于设置不同含水比例下随着流量变化的地层流体流动相关的fbe数据和流量相对应的关系的fbe-流量解释图版，建立fbe-流量解释图版时，相邻两个图版之间的含水比例间隔相同；地层流体为油水两相；

7、所述数据预处理模块用于将生产过程中采集的地层流体进入井筒流动相关声音数据转换成fbe数据，得到每个产层的fbe数据；

8、所述油井生产剖面解释模块用于利用经数据预处理模块处理后的声音数据，并根据fbe-流量图版模块中的fbe-流量解释图版，在已知生产层数量、井口含水率和井口流量的情况下，通过假设各生产层的含水率，在对应fbe-流量解释图版下基于数据预处理模块计算的每个产层的fbe数据计算出假设含水率对应的流量，进而求得假设含水率条件下的井口含水率和流量，通过控制求取的井口流量和检测到的实际井口流量之间的误差，确定各生产井段的流量、含水参数。

9、本发明优选的，油井生产剖面解释模块根据数据预处理模块计算的每个产层的fbe数据，假设各段的含水率，在fbe-流量图版中插值计算各段对应的流量，详细步骤如下：依据井口含水率任意假设各层段含水率，据此假设的各层段含水率，利用数据预处理模块所计算出的每一段的fbe数据，在假设的各层段含水率对应的fbe-流量图版中查询对应的流量值，即查找fbe数据相同的fbe-流量图版进而确定对应的流量值或者采用相邻的两个含水率对应fbe-流量解释图版的流量值对位于中间位置的假设含水率对应的流量值进行线性插值即采用两个层段中浅层减去深层的流量，进而得到假设含水率下各层段的流量；井口含水率是通过在地面通过离心机将油、水、杂质分离，分别测定油和水的体积，计算出含水率。根据井口含水率假设各层段含水率可以更快的收敛出结果；

10、由此得到在该假设含水率下的井口流量q′，将逐层流量递减得到每一层段流入流量qi；

11、利用内置算法对假设的各层段含水量和求得的各层段流入流量qi进行验证，包括以下步骤：

12、2-1)计算实际井口流量与当前假设含水率下井口流量误差δq＝q-q′，在每个层段中，假设含水率f′w与实际含水率fw之间误差为xi，在对应fbe-流量图版中的fbe数据下增加或减少1％含水率时流量的变化值为δqi；

13、δqi的计算方法为：选取fbe-流量图版中最小含水率和最大含水率在对应fbe数据下的流量，进行线性插值，计算出单位含水率变化下的流量的变化量；

14、2-2)建立假设流量误差方程和含水误差方程，分别为式(2)和式(3)：

15、

16、式中，n为生产层段个数，fw0为井口含水率，fwi为各层段假设的含水率；

17、2-3)联立式(2)和式(3)并求解得到各段的误差xi，进一步计算各层修正后的含水率f′wi＝fwi+xi，再根据修正后的含水率查询fbe-流量图版得到各层的流量之和，并与井口实际流量对比，重新计算流量误差δq；井口实际流量通过测量得到；

18、若δq/q<ε，则满足精度停止迭代并输出各层修正后的含水率f′wi，或者含水率选取范围为建立fbe-流量解释图版时对应的含水间隔δf％时，停止迭代，否则更新δqi，并返回步骤2-1)继续对含水率进行修正，精度ε进行预先设置，可任取；

19、δqi的更新方法为：通过缩小fbe-流量图版最小和最大含水率之间的选取范围，在对应的fbe数据下，对流量进行更精细的线性插值，以此计算单位含水率变化情况下流量的变化量；即修正时逐次减小含水率选取范围，后续选取时保证假设含水率在所选取范围之内，并尽量让假设值处于选取范围中点；优选的，当含水率选取范围为建立fbe-流量解释图版时对应的含水间隔δf％，时，利用含水间隔小于δf％的fbe-流量解释图版进行重新更新δqi；

20、2-4)根据每一段所计算出的fbe数据和确定的修正后的含水率f′wi，在fbe-流量图版中查找对应的流量；

21、若无对应的含水率的fbe-流量图版，则用相邻含水率对应的流量进行插值计算在此含水率下的流量，并将逐层流量递减计算各层段流入流量qi；

22、2-5)输出各层段流入流量qi和修正后的含水率f′wi。

23、本发明优选的，fbe-流量解释图版的建立方法为：通过在分布式光纤流量监测实验装置中，开展不同流量、不同含水比例下油井模拟流体流动实验，实验以每n％含水率为间隔，n为预设值，将在此含水率下的流量和从das信号中提取出的fbe数据进行对应，拟合出在含水率确定时fbe数据和流量相对应的曲线，在大量实验数据基础上，建立fbe-流量解释图版，即一个含水率对应一个fbe-流量解释图版。通过拟合建立图版的方法为现有技术，在此不做赘述。

24、本发明优选的，所述分布式光纤流量监测实验装置包括模拟油管、设置在模拟油管内的管内光纤、设置在模拟油管外的管外光纤、液体供应模块和das监测仪，所述管内光纤、管外光纤相互连接；

25、所述das监测仪与管内光纤或管外光纤相连；

26、所述模拟油管侧壁设置有多个生产层模拟孔；

27、所述液体供应模块与生产层模拟孔相连，用于向模拟油管内注入不同流量、不同含水率的油井模拟流体。

28、本发明优选的，所述液体供应模块包括储水箱、储油箱、第一泵体、第二泵体和阀组；

29、所述储水箱通过第一泵体与阀组进口相连，所述储油箱通过第二泵体与阀组进口相连，所述阀组的出口分别与生产层模拟孔相连。通过第一泵体和第二泵体调节含水率，在阀体内实现油水的均匀混合。

30、另外，也可设置供气模块，将气源通过泵体与阀组进口相连，通过设置流量计，检测并控制供气的流量，进行水气两相的配比混合或油气水三相的配比混合。

31、本发明优选的，所述分布式光纤流量监测实验装置还包括废液桶，所述废液桶与模拟油管出口相连。

32、本发明优选的，所述数据预处理模块将生产过程中采集的地层流体进入井筒流动相关声音数据转换成fbe数据的详细步骤如下：

33、1-1)将采集得到的原始das信号进行滤波处理，去除噪音影响，通过应用带通滤波器来完成，选取分析所需的特定频率范围；此处所述带通滤波器是一种算法，它允许特定频率范围内的信号通过，而阻止(衰减)其他频率的信号，为现有技术，在此不做赘述；

34、1-2)通过快速傅里叶变换，将时间序列数据转换为频率域数据，确定不同频率下的信号强度；

35、1-3)根据需要分析的问题，选择合适的频率带；

36、1-4)在选定的频带内，如式(1)计算的所有频率成分的能量总和即频带能量fbe：

37、

38、其中，e(t)表示时长为t的频带能量，a和b分别为选定频带的低频和高频界限，s(f)是频率f处的傅里叶变换结果。

39、本发明还公开了一种基于分布式光纤声波监测的油井生产剖面解释方法，包括以下步骤：

40、s1、在fbe-流量图版模块内设置不同含水比例下随着流量变化的地层流体流动相关的fbe数据和流量相对应的关系的fbe-流量解释图版；

41、s2、利用数据预处理模块将生产过程中采集的地层流体进入井筒流动相关声音数据转换成fbe数据，得到每个产层的fbe数据；

42、s3、通过油井生产剖面解释模块利用经数据预处理模块处理后的声音数据，并根据fbe-流量图版模块中的fbe-流量解释图版，利用内置算法确定各生产层段的流体流量和含水数据；

43、s3.1、根据数据预处理模块计算的每个产层的fbe数据，假设各段的含水率，在fbe-流量图版中插值计算对应的流量，具体为：依据井口含水率任意假设各层段含水率，据此假设的各层段含水率，利用数据预处理模块所计算出的每一段的fbe数据，在假设的各层段含水率对应的fbe-流量图版中查询对应的流量值或者采用相邻的两个含水率对应fbe-流量解释图版的流量值对位于中间位置的假设含水率对应的流量值进行线性插值，进而得到假设含水率下各层段的流量；

44、由此得到在该假设含水率下的井口流量q′，将逐层流量递减得到每一层段流入流量qi；

45、s3.2、利用内置算法对假设的各层段含水量和求得的各层段流入流量qi进行验证，包括以下步骤：

46、s3.2.1、计算实际井口流量与当前假设含水率下井口流量误差δq＝q-q′，在每个层段中，假设含水率f′w与实际含水率fw之间误差为xi，在对应fbe数据下增加或减少1％含水率时流量的变化值为δqi；

47、δqi的计算方法为：选取fbe-流量图版中最小含水率和最大含水率在对应fbe数据即计算出的fbe数据下的流量，进行线性插值，计算出单位含水率变化下的流量的变化量；即修正时逐次减小含水率选取范围，后续选取时保证假设含水率在所选取范围之内，并尽量让假设值处于选取范围中点；

48、s3.2.2、建立假设流量误差方程和含水误差方程，分别为式(2)和式(3)：

49、

50、式中，n为生产层段个数，fw0为井口含水率，fwi为各层段假设的含水率；

51、s3.2.3、联立式(2)和式(3)并求解得到各段的误差xi，进一步计算各层修正后的含水率f′wi＝fwi+xi，再根据修正后的含水率查询fbe-流量图版得到各层的流量之和，并与井口实际流量对比，重新计算流量误差δq；

52、若δq/q<ε，则满足精度停止迭代并输出各层修正后的含水率f′wi，或者含水率选取范围为建立fbe-流量解释图版时对应的含水间隔δf％时，停止迭代，否则更新δqi，并返回步骤2-1)继续对含水率进行修正，精度ε进行预先设置，可任取；

53、δqi的更新方法为：通过缩小fbe-流量图版最小和最大含水率之间的选取范围，在对应的fbe数据下，对流量进行更精细的线性插值，以此计算单位含水率变化情况下流量的变化量；缩小取值范围后，再进行线性插值运算时才可以做到更精细；

54、s3.2.4、根据每一段所计算出的fbe数据和确定的修正后的含水率f′wi，在fbe-流量图版中查找对应的流量；

55、若无对应的含水率的fbe-流量图版，则用相邻含水率对应的流量进行插值计算在此含水率下的流量即在相邻两个含水率的fbe-流量图版中查找fbe数据对应的流量值再进行插值计算，比如含水率83％，则选用80％和85％的含水率图版，分别查询对应值，再进行插值计算含水率83％对应的流量，并将逐层流量递减计算各层段流入流量qi；

56、s3.2.5、输出各层段流入流量qi和修正后的含水率f′wi。

57、本发明优选的，fbe-流量解释图版的建立方法为：通过在分布式光纤流量监测实验装置中，开展不同流量、不同含水比例下油井模拟流体流动实验，实验以每n％含水率为间隔，n为预设值，将在此含水率下的流量和从das信号中提取出的fbe数据进行对应，拟合出在含水率确定时fbe数据和流量相对应的曲线，在大量实验数据基础上，建立fbe-流量解释图版，即一个含水率对应一个fbe-流量解释图版。

58、本发明优选的，步骤s3.2.3中，当含水率选取范围为建立fbe-流量解释图版时对应的含水间隔δf％，时，利用含水间隔小于δf％的fbe-流量解释图版进行重新更新δqi。

59、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

60、1、提供一种基于分布式光纤声波监测的井下各生产井段流量含水图版及解释方法，由于测得的fbe数据对应的含水率和流量不确定，通过建立不同含水率下地层流体随着流量的变化的fbe-流量解释图版，在已知生产层数量、井口含水率和井口流量的情况下，通过假设各生产层的含水率，在对应fbe-流量解释图版下基于测得的fbe数据计算出假设含水率对应的流量，进而求得假设含水率条件下的井口含水率和流量，通过控制求取的井口流量和检测到的实际井口流量之间的误差，确定各生产井段的流量、含水参数，实现井下生产剖面监测与解释。

61、2、通过本发明提供的生产剖面监测方法可以实时获得各生产井段的流量、含水参数。

62、3、本发明提供的生产剖面监测方法减少了对现场操作人员技能的要求，简化了操作流程，易于现场实施。

63、4、本发明提供的生产剖面监测方法可以有效降低油井监测和生产剖面分析的成本。