一种双信号监测的化学剂窜流通道识别定位装置及方法

本发明涉及油藏提高采收率监测，具体涉及一种双信号监测的化学剂窜流通道识别定位装置及方法，尤其适用于化学驱开发过程中，因油藏非均质性导致的化学剂层间窜流监测与通道精准定位场景。

背景技术：

1、化学驱是提高原油采收率的核心技术之一，其核心原理是向油藏注入特定化学剂，通过降低油水界面张力、改善流体流度比、扩大波及体积，实现岩石表面吸附原油的高效剥离与驱替，进而提升开发效果。然而，油藏天然存在的非均质性的问题，严重制约了化学驱技术的应用成效，其中，化学剂层间窜流是导致化学驱效率大幅下降、开发成本激增的最关键瓶颈。

2、油藏非均质性主要体现在地层渗透率、孔隙度的层间差异与平面差异，尤其是层间非均质性，不同小层的渗透率可相差一个至多个数量级。高渗透小层因流体流动阻力小，会形成天然的“优势通道”，而低渗透小层因阻力大，化学剂难以有效波及，导致注入的化学剂无法在各地层小层间均匀分布，大量化学剂会优先沿高渗透小层快速突进，形成层间窜流。这种现象不仅造成化学剂的大量浪费，还会导致生产井含水率急剧上升、产油量快速下降，同时引发层间干扰，进一步加剧低渗透小层的无效开发。

3、目前，针对化学剂窜流的监测方法主要分为动态监测法与静态监测法两大类。动态监测法主要通过分析生产井的产液量、含水率、化学剂浓度等动态参数的变化，间接判断窜流是否发生，但该方法存在监测滞后性强、无法精准定位窜流层位。静态监测法主要包括示踪剂监测、井间干扰测试等，其中示踪剂监测虽能初步判断窜流通道的大致方向，但监测周期长、成本高，且无法实现实时监测；井间干扰测试则难以适配多层油藏的层间窜流监测，无法精准识别各地层小层的窜流特征。总而言之，单一监测技术难以兼顾化学剂窜流监测需求，无法实现窜流通道和化学剂窜流量的精准识别。基于此，针对油藏非均质性导致的化学剂层间窜流难题，开发研制一种装置简单，且可以精准定位层间窜流通道的试验装置。同时基于装置的原理可量化化学剂窜流流量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种双信号监测的化学剂窜流通道识别定位装置及方法，针对化学剂层间窜流场景，在与井下装置和流体条件相匹配的实验条件下建立窜流量和振动特征标定关系，并将反演得到的层段流量与同一井深位置、同一时间窗口内的电流或电导率异常进行配准和联合判定，从而区分普通流体流动与含化学剂窜流。

2、本发明采用电流监测方式，是因为对于能够使地层水电导率产生可测变化的离子型化学剂，在测试条件经过标定后，可以利用电流、电导率与化学剂浓度之间的对应关系进行井下连续估计。本发明将按地层小层布置的电流监测电极组件与套管外分布式振动传感光纤进行井深和时间配准，并依据同一层段的电导率异常与流动振动异常进行联合识别，在判定化学剂窜流后进一步估计其浓度。

3、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种双信号监测的化学剂窜流通道识别定位装置，包括分布式振动传感光纤组件、电流监测电极组件和地面数据处理单元；

4、所述分布式振动传感光纤组件沿套管轴向布置在套管外壁上，所述套管通过固井水泥与地层小层接触；

5、所述分布式振动传感光纤组件用于采集各地层小层产出流体流动引发的振动信号，反演流量大小；

6、所述电流监测电极组件通过导电线沿套管内壁轴向布置，所述导电线与电源相连，所述电流监测电极组件包括相互间隔设置的电极片，两个电极片分别与电源的正负极相连，两个电极片分别位于各地层小层射孔段的两侧，用于采集各地层小层产出流体的电流信号，反演化学剂浓度；

7、所述地面数据处理单元与分布式振动传感光纤组件、电流监测电极组件相连，用于接收振动信号与电流信号，通过关联分析振动特征与电流大小，实现窜流通道的识别定位与化学剂浓度的量化。

8、本发明优选的，所述分布式振动传感光纤组件为铠装防腐光缆，空间分辨率≤1m，耐受150℃高温与100mpa高压。

9、本发明优选的，所述电极片的材质为钛合金，表面镀有铂铱导电涂层，可耐受油藏腐蚀环境，确保长期监测的稳定性。

10、本发明优选的，所述分布式振动传感光纤组件通过卡箍与套管可拆卸的相连。

11、本发明优选的，所述电流监测电极组件的正负极形成交流电场，电场频率为50hz，电压大小为220v。

12、本发明还公开了一种双信号监测的化学剂窜流通道识别定位方法，利用上述的双信号监测的化学剂窜流通道识别定位装置，包括如下步骤：

13、s1、装置布设

14、将分布式振动传感光纤组件固定于套管外壁，电流监测电极组件安装于套管内壁对应各地层小层的位置，随套管下入目标井段并完成固井；

15、s2、信号标定

16、通过室内实验获取地层油、水和不同窜流量对应的振动频率与强度基准特征，以及不同化学剂浓度下地层水的电导率基准值；

17、所述室内实验包括振动频率与油水比例对应关系标定实验、强度基准特征与流量对应关系标定实验、化学剂浓度与含化学剂水相电导率对应关系标定实验；

18、油、水的密度、粘度、声速差异大，流动时诱发的脉动压力和振动特征完全不同。此外受地层水矿化度的影响，电流监测电极所输出的信号并不直接等同于化学剂浓度的物理量。因此通过室内实验进行标定，建立起振动频率与油水比例之间的对应关系，强度基准特征与流量之间的对应关系，化学剂浓度与含化学剂的水相电导率之间的对应关系σ水-化（c）；

19、s3、双信号同步采集

20、在化学剂注入过程中，利用分布式振动传感光纤组件实时采集各地层小层的振动信号，利用电流监测电极组件同步采集对应地层小层流体的电流信号；

21、s4、窜流识别判定

22、将各组电流监测电极组件对应的电流信号与分布式振动传感光纤组件在相同层段内采集的振动信号进行配准；

23、当第i个地层小层对应化学剂浓度值高于浓度设定阈值，且同一层段产液量高于产液量设定阈值，并且两类异常高值在预设时间窗口内同步持续出现时，判定第i个地层小层存在化学剂窜流通道；

24、s5、定位与量化

25、基于分布式振动传感光纤组件与电流监测电极组件的轴向坐标定位窜流通道的层位，通过振动强度反演窜流量大小，结合电流值量化化学剂窜流浓度。

26、本发明优选的，不同化学剂浓度下的电导率基准值通过实验室测量获得，配置不同浓度的离子型化学剂-地层水溶液，利用ddsj-308a型电导率仪测定电导率后拟合得到化学剂电导率系数，含化学剂的水相有效电导率计算公式如下：

27、（1）

28、式中，

σ水-化为含化学剂的水相有效电导率，s/m；

σ水为地层水电导率，s/m；

k为化学剂电导率系数（与化学剂类型相关，需室内实验测定），s·m-1·mol-1·l；

c为化学剂在水相中的浓度，mol/l。

29、本发明优选的，电流信号大小的计算方法如下：

30、（2）

31、式中，

i为电流大小（通过电流监测电极组件测得），a；

v为电流监测电极组件的电压大小，v；

σ混合为通过电流监测电极组件（2）的混合流体电导率，s/m。

32、本发明优选的，化学剂浓度量化的方法为通过电流大小得到混合电导率，进而得到化学剂浓度，其中混合电导率的计算方法为：

33、（3）

34、（4）

35、式中，水为水相体积分数，%；

σ油为油相电导率，s/m；油为油相体积分数，%；水和油可由分布式振动传感光纤组件得到；计算时忽略油相电导率。

36、本发明优选的，步骤s2中，振动频率与油水比例对应关系标定实验步骤为：将分布式振动传感光纤沿实验管段外壁固定，测量并记录无流体流动状态下的背景噪声基线；

37、固定总流量，改变含水率，每个含水率点稳定运行10-15分钟，同步采集分布式振动传感光纤数据，得到振动频率与油水比例之间的关系；

38、强度基准特征与流量对应关系标定实验步骤为：首先进行单相流下的实验标定，改变纯水流量，每个点流量稳定后采集分布式振动传感光纤数据，再利用地层纯油进行标定，采用同样的流量梯度进行标定实验，得到不同流量点的强度基准特征；

39、进行多相流流量标定，设定不同含水率的油水混合相，在每个含水率下改变总流量，同步记录分布式振动传感光纤信号强度，最终得到不同含水率不同流量下的强度基准特征和振动频率与油水比例对应关系；

40、化学剂浓度与含化学剂水相电导率对应关系标定实验步骤为：在地层温度下，向地层水样品中加入不同浓度的目标化学剂，每个浓度点充分搅拌溶解后，利用ddsj-308a型电导率仪测量含不同浓度化学剂含化学剂水相的电导率。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、本发明的装置结构简洁、施工便捷，可适配非均质性油藏工况，实现化学剂层间窜流通道的精准分层定位。

43、2、本发明基于分布式振动传感光纤组件和电流监测电极组件双传感协同原理，可精准量化化学剂窜流流量并关联化学剂浓度，通过精准监测窜流动态，可及时指导封堵作业，减少化学剂层间窜流损耗。