相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年2月19日遞交的美國專利申請no.14/626,265的優(yōu)先權，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。

本申請涉及可以從中回收碳氫化物的地下區(qū)域中的流體。

背景技術：

可以使用鉆入地下地層中的鉆井或井眼來從地下區(qū)域獲取碳氫化物(比如石油和天然氣)。在一些情況中，通過圍管來排列井眼，圍管通常是中空鋼管，其在每個生產(chǎn)區(qū)域穿孔，以從地下地層中提取流體。來自每個生產(chǎn)區(qū)域的進入井眼的流體被汲取到管道中并且導向地表。例如，流體從貯藏庫流到環(huán)形空間，并可以從此流到內(nèi)流控制設備并最終流向基管。由于氣體錐或水錐的侵入，井眼的幾何結(jié)構(gòu)(比如不均勻的排放系統(tǒng))可以導致多相流體。在碳氫化物鉆井操作中，常常會有兩種或更多種類型的流體流過位于延伸通過地下區(qū)域的井眼中的井下管道。例如，在生產(chǎn)期間，井眼中的流體趨于分為油、水、氣體和固體(例如，沙子)流的區(qū)域。

技術實現(xiàn)要素：

本說明書描述了與監(jiān)測地下鉆井中的段塞流和測量段塞流中的氣體含量有關的技術。

本文描述的主題的一些方面可以實現(xiàn)為包括以下內(nèi)容的方法：在一個時刻，發(fā)送聲學信號，穿過流動著包括氣態(tài)流體和液態(tài)流體的多相流體的管道的截面，以及在所述時刻，部分地基于被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量和所發(fā)送的聲學信號的總能量的至少一部分來確定通過所述管道的截面的氣態(tài)流體的第一量和液態(tài)流體的第二量。所述聲學信號的一部分由所述多相流體攜帶通過所述管道的截面。

這些方面和其它方面可以包括以下特征中的一個或多個。在多個后續(xù)時刻中的每個后續(xù)時刻，發(fā)送穿過所述管道的截面的后續(xù)聲學信號。所述后續(xù)聲學信號的一部分由所述多相流體攜帶通過所述管道的截面。部分地基于被攜帶通過所述截面的后續(xù)聲學信號的所述部分的能量和所發(fā)送的后續(xù)聲學信號的能量來確定通過所述管道的截面的氣態(tài)流體的第三量和液態(tài)流體的第四量。確定在所述時刻和所述多個后續(xù)時刻期間流過所述截面的所述多相流體的組成。發(fā)送所述聲學信號穿過所述管道的截面包括：將聲學信號發(fā)射器附接于所述管道的截面上的第一位置，以及將聲學信號發(fā)生器連接到所述聲學信號發(fā)射器，所述聲學信號發(fā)生器用于產(chǎn)生所述聲學信號。所述聲學信號發(fā)射器被附接以便范圍從大約5°到15°之間的波束角度來發(fā)送所述聲學信號。所述聲學信號發(fā)射器被配置為產(chǎn)生大約0.5mhz到2.0mhz之間的頻率范圍內(nèi)的聲學信號。所述聲學信號發(fā)生器被配置為產(chǎn)生電信號并將所述電信號發(fā)送到所述聲學信號發(fā)射器，其中，所述聲學信號發(fā)射器被配置為將所述電信號轉(zhuǎn)換成所述聲學信號。聲學信號接收器附接于所述管道的截面上的第二位置，以及聲學信號評估器連接到所述聲學信號接收器。所述聲學信號發(fā)射器和所述聲學信號接收器附接于所述管道的截面上徑向相對的兩端。所述聲學信號包括基于壓強與均值環(huán)境壓強的偏差來確定的幅值。在所述時刻，通過所述管道的截面的氣態(tài)流體的第一量和液態(tài)流體的第二量部分地基于被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量來確定，以及所發(fā)送的聲學信號的能量包括確定被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量。

在一些實施例中，在所述時刻，通過所述管道的截面的氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量部分地基于被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量來確定。所發(fā)送的聲學信號的能量包括：確定被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量與所發(fā)送的聲學信號的能量實質(zhì)相等，以及確定多相流體包括的液態(tài)流體多于氣態(tài)流體。在一些實施例中，在所述時刻，通過所述管道的截面的氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量部分地基于被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量來確定。所發(fā)送的聲學信號的能量包括：確定被攜帶通過所述截面的聲學信號的所述部分的能量實質(zhì)小于與所發(fā)送的聲學信號的能量；以及確定多相流體包括的氣態(tài)流體實質(zhì)多于液態(tài)流體。

本文描述的主題的一些方面可以實現(xiàn)為用于分析管道中的多相流體的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：聲學發(fā)射器，附接于流動著包括氣態(tài)流體和液態(tài)流體的多相流體的所述管道的第一位置，所述聲學發(fā)射器用于發(fā)送具有第一能量的聲學信號，穿過流動著包括氣態(tài)流體和液態(tài)流體的多相流體的管道的截面。所述系統(tǒng)還包括：聲學接收器，附接于所述管道的第二位置，所述聲學接收器用于接收由所述多相流體攜帶的穿過所述管道的聲學信號的一部分，所述聲學信號的所述部分具有第二能量；以及聲學信號評估器，部分地基于所述第二能量和所述第一能量來確定通過所述管道的截面的氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量。

這些方面和其它方面可以包括以下特征中的一個或多個。所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生所述聲學信號的聲學信號發(fā)生器。所述聲學信號發(fā)生器連接到所述聲學信號發(fā)射器，其中，所述聲學信號發(fā)生器被配置為產(chǎn)生電信號并將該電信號發(fā)送到所述聲學信號發(fā)射器，其中，所述聲學信號發(fā)射器被配置為將所述電信號轉(zhuǎn)換成所述聲學信號。

在一些實施例中，所述聲學信號發(fā)射器附接于第一位置，以便以范圍從大約5°到15°之間的波束角度來發(fā)送所述聲學信號。所述聲學信號發(fā)射器被配置為產(chǎn)生大約0.5mhz到2.0mhz之間的頻率范圍內(nèi)的聲學信號。

本文描述的主題的一些方面可以實現(xiàn)為包括以下內(nèi)容的方法：發(fā)送聲學信號，穿過流動著包括氣態(tài)流體和液態(tài)流體的多相流體的管道的截面，接收由所述多相流體攜帶通過所述管道的截面的聲學信號，確定所接收的聲學信號的能量級別，以及部分地基于所接收的聲學信號的所確定的能量級別來確定所述多相流體的流體參數(shù)。

這些方面和其它方面可以包括以下特征中的一個或多個。發(fā)送所述聲學信號穿過所述管道的截面包括通過在第一位置附接于所述管道的外表面的聲學發(fā)射器來發(fā)送所述聲學信號，其中，接收由所述多相流體攜帶通過所述管道的截面的聲學信號包括在第二位置處的附接于所述管道的外表面的聲學接收器處接收所述多相流體攜帶的聲學信號，以及所述第一位置與所述第二位置在所述截面上徑向相對。所述流體參數(shù)包括以下中的至少一項：段塞速度、段塞頻率和段塞長度。所述段塞速度基于將在所述管道的兩個位置處接收的聲學信號相關聯(lián)以及所述兩個位置之間的行進時間來確定。

在附圖和以下描述中闡述了本說明書的主題的一個或多個實施例的細節(jié)。根據(jù)描述、附圖和權利要求，本主題的其他特征、方面和優(yōu)點將變得顯而易見。

附圖說明

圖1a示出了用于監(jiān)測段塞流的示例鉆井系統(tǒng)。

圖1b示出了用于監(jiān)測段塞流的另一示例鉆井系統(tǒng)。

圖1c示出了用于監(jiān)測段塞流的示例鉆井系統(tǒng)的截面視圖。

圖2是用于監(jiān)測段塞流的示例過程的流程圖。

圖3是用于監(jiān)測段塞流的另一示例過程的流程圖。

各附圖中相似的附圖標記和標號表示相似的元件。

具體實施方式

本說明書涉及監(jiān)測地下鉆井中的流體。流過地下鉆井的流體可以包括油、水、氣體和固體(例如沙子)。不同類型流體的共存產(chǎn)生多相流體，這意味著流體組成可以在井眼內(nèi)各個點隨著壓力、溫度以及不同相之間的滑移而變化。多相流體可取決于許多因素，包括一種流體相對于另一種流體的相對密度比、流體之間的粘度差以及每種流體的速度(例如滑移)。地下鉆井中的多相流體可以在一個鉆井、或者在普通生產(chǎn)線中將流體混合的一組鉆井的生產(chǎn)壽命期間變化。例如，在含油地層的壽命期間，氣體的產(chǎn)量可能增加，特別是將氣體用作驅(qū)動流體來將原油推動到生產(chǎn)鉆井的情況更是如此。在這種情況下，氣體濃度增加，其他流體成分的濃度降低。

多相流體通常導致所謂的段塞流，其中，在連接到分離、處理和泵送設備的流動路線中發(fā)生液體段塞。在大范圍的油氣流動速率下，可能經(jīng)常遇到段塞流體系。液氣組合物中的段塞流可能影響石油生產(chǎn)系統(tǒng)的流動路線設計和機械完整性。因此，監(jiān)測液氣組合物中的段塞流可能是有用的。

本說明書中描述的主題的實現(xiàn)總體上涉及地下鉆井中的多相流體監(jiān)測。一些實施方案包括對地下鉆井中的段塞流的屬性集合的自動計算。段塞流是一種多相流體，可以從兩個不同的相開始，其中，氣相以例如被液體段塞分隔開的大氣泡形式存在。在一些示例中，每個氣體腔之后是位于液相中的構(gòu)成段塞尾部的一系列氣泡。段塞流可能在井眼內(nèi)部產(chǎn)生，并在管道中繼續(xù)，直到地表處理設備。了解段塞流參數(shù)(包括段塞的頻率、速度和長度)可以改善管道的有效設計和操作。

可以實現(xiàn)在本說明書中描述的主題的特定實施例，以便實現(xiàn)以下優(yōu)點中的一個或多個。所提出的用來監(jiān)測多相流體的方法的準確性和可靠性與氣體空隙率無關。該方法考慮到信號的聲學可變性和非穩(wěn)定性質(zhì)。所描述的方法中的任何一種可以與傳感器陣列耦合，從而可以檢測到段塞的先導條件，以防止段塞本身。所公開的系統(tǒng)被設計為段塞低計量解決方案，其可以安裝在地表應用中，作為頂部離岸或岸上位置，并且還可部署在井下，作為永久或可回收系統(tǒng)的一部分。系統(tǒng)特性允許對計量系統(tǒng)進行緊湊封裝，并且可以在低功率下有效工作。該方法被設計為具有低計算成本，并且系統(tǒng)可以以低成本開發(fā)。

如圖1a所示，可以實現(xiàn)示例鉆井系統(tǒng)100，其在鉆井生產(chǎn)期間監(jiān)測地下地層101中的段塞流。段塞流的測量可以支持鉆井生產(chǎn)的優(yōu)化。示例鉆井系統(tǒng)100包括形成有鉆探組件(未示出)的井眼104。鉆井組件可用于形成從地表面110延伸通過一個或多個地下地層106和/或108(或其他地下地層或區(qū)域)的垂直井眼部分。地下區(qū)域可以包括貯藏庫區(qū)120，其包含碳氫化物資源，例如石油、天然氣和/或其它碳氫化物資源。貯藏庫120可以包括含有液體和/或氣態(tài)碳氫化物(例如石油、水或其它液體)的多孔和可滲透巖石。貯藏庫120可以包括常規(guī)貯藏庫、非常規(guī)貯藏庫、氣密貯藏庫和/或其它類型的貯藏庫。鉆井系統(tǒng)100通過井眼104產(chǎn)生從貯藏庫120到地表110的駐留碳氫化物資源。

鉆井系統(tǒng)100中的井眼104可以包括水平、垂直、傾斜、彎曲、鉸接、橫向、多側(cè)和/或能夠影響流體流過井眼的其它井眼幾何形狀的任何組合?？梢栽诰?04的垂直部分和/或其他井眼部分中的至少一部分中安裝一個或多個井眼圍管，例如導體圍管112、中間圍管114和生產(chǎn)圍管116。備選地，在一些實施例中，不能安裝圍管112、114和116中的一個或多個(例如，完成開孔)。

在一些實施例中，井眼104可以包括多處不連續(xù)(例如穿孔、斷裂或其它不連續(xù))。圖1a示出了示例性不連續(xù)122和斷裂118。不連續(xù)部分122可以包括從圍管116向貯藏庫結(jié)構(gòu)120創(chuàng)建的連通通道，由此生產(chǎn)油或氣。穿孔122的幾何結(jié)構(gòu)可以取決于用于創(chuàng)建穿孔122的方法，并且可以影響流體流過井眼。

在第一實施例中，系統(tǒng)100包括由發(fā)射器124和接收器126形成的聲學配對。發(fā)射器124和接收器126可以附接到井眼104(例如，附接到生產(chǎn)圍管116)，使得發(fā)射器124的表面和接收器126的表面與流動流體直接接觸。在一些實施方案中，可以使用系統(tǒng)的非侵入性配置(其中聲學發(fā)射器124和接收器126配對不與流動流體直接接觸)。在系統(tǒng)的非侵入性配置中，可以使用發(fā)射器124的表面與井眼104之間的耦合介質(zhì)并且使用接收器126的表面與井眼104之間的耦合介質(zhì)將聲學發(fā)射器124和接收器126配對夾持在管道上，從而形成不影響井眼104的結(jié)構(gòu)的可移除系統(tǒng)。

在一些實施方式中，如圖1a所示，發(fā)射器124和接收器126可以附接到管道的截面上徑向相對的兩端。在一些實施方式中，如圖1a、1b和1c所示，發(fā)射器124和接收器126偏離垂直于井眼104的縱軸截取的截面。發(fā)射器124和接收器126配對可以操作為在一個時刻或多個時刻處監(jiān)測多相流體。

在另一個實施例中，如圖1a所示，系統(tǒng)100包括由多個發(fā)射器124和相應數(shù)量的接收器126形成的多個聲學配對。每個聲學配對具有與第一實施例中的發(fā)射器124-接收器126配對相同的特性。每個發(fā)射器124-接收器126配對可以以不同的深度、位置和/或取向附接到井眼104，并且可以在一個或多個時刻監(jiān)測多相流體。第一實施例允許確定穿過管道的截面的多相流體簡檔(profile)，而第二實施例允許確定管道的長度上的流體簡檔。

在一些實施方案中，發(fā)射器124和接收器126可以定位在井口上以監(jiān)測來自鉆井的段塞流。發(fā)射器124和接收器126也可以在井下部署在井內(nèi)，以用于從井眼進行段塞流監(jiān)測。發(fā)射器124和接收器126可以是永久智能完成的一部分，或者是母孔或側(cè)孔中的可回收系統(tǒng)。發(fā)射器124和接收器126可以相對于彼此以任意角度定位(例如在該范圍：5°至15°)。在極端情況下，諸如氣泡流的某些多相流體可能產(chǎn)生強反射信號，從而使得在共位的發(fā)射器124和接收器126中產(chǎn)生困難，甚至使用單個收發(fā)器124和126時產(chǎn)生困難。多相流體的完整覆蓋范圍可能需要多個查詢角度。在特定情況下修改角度響應可以導致對流體體系的更準確測量。

發(fā)射器124和接收器126可以在窄波束角度下(在該范圍：5°至15°)以固定高頻(例如，在范圍0.5-2mhz中)來工作。在不同的發(fā)射器124/接收器126配對中，一個配對可以與另一發(fā)射器124和接收器126配對以相同或不同的頻率工作。發(fā)射器124可以發(fā)送由信號發(fā)生器132產(chǎn)生并由放大器134放大的電信號驅(qū)動的聲學信號。信號發(fā)生器(例如，振蕩器)132可以產(chǎn)生以特定幅度、頻率和相位為特征的高頻(例如，0.5-2mhz)和低電壓(例如5-10v)的連續(xù)正弦波信號。在一些實現(xiàn)中，可以產(chǎn)生更復雜的波形，其中例如，輸入信號的頻率可以在固定的時間段內(nèi)從低頻啁啾到高頻，其可以用于覆蓋頻率空間。

可以使用啁啾或掃頻信號，其中頻率在固定時間段內(nèi)從低頻(低至100khz)線性或指數(shù)地掃描到高頻(2mhz)。這樣的信號可以提供關于全頻譜上穿過流體的聲學信號傳輸?shù)挠袃r值信息。啁啾或掃頻信號可以有助于提高測量精度?？赡苄枰环N復雜的處理方法來從所發(fā)送的掃頻信號中提取信息?？梢栽陔娦盘栔幸雓hz或更低頻率范圍的信號的低頻調(diào)制，并且可以實現(xiàn)鎖定放大器樣式測量以濾除測量中的噪聲。電信號可以被放大器134(例如，高壓運算放大器)放大到50-100v。放大的電信號被提供以驅(qū)動聲學發(fā)射器124。發(fā)射器124將電信號轉(zhuǎn)換成聲學信號，并產(chǎn)生連續(xù)的高頻(例如，0.5-2mhz)聲學信號。在一些實施方案中，增加發(fā)射信號強度以補償聲學信號在段塞流中的衰減。通過使用可編程增益放大器而不是固定增益放大器134來增加放大器的增益，可以增加發(fā)射信號強度。

可以實現(xiàn)幾種類型的發(fā)射器124。發(fā)射器124的一個示例可以是與接收器具有相似結(jié)構(gòu)的壓電收發(fā)器(或發(fā)射器)，其中通過使得壓電堆疊隨著對其施加的電場而膨脹和收縮來使用電壓信號調(diào)制聲波。壓電收發(fā)器可以調(diào)諧到窄的頻率范圍。發(fā)射器124的另一示例可以是諧振頻率在0.5-2.0mhz的額定工作頻率范圍內(nèi)的高q壓電收發(fā)器(或發(fā)射器)的陣列。在頻率空間中，選擇標準可以包括，對于相鄰收發(fā)機，與較低頻率收發(fā)器的上3db點相關聯(lián)的頻率與較高頻率收發(fā)器的下3db點重合。以選擇標準為特征的相鄰收發(fā)器可以產(chǎn)生連續(xù)頻率聲學信號。收發(fā)器比接收器或接收器陣列小?？梢暂斎雴蝹€電壓信號，然后將其路由通過并聯(lián)的放大器陣列，并且分別提供給陣列中的每個收發(fā)器。

在一些示例中，收發(fā)器(或發(fā)射器)的壓電元件致動器可以被由周圍線圈產(chǎn)生的磁場驅(qū)動的磁致伸縮材料替代。線圈可能需要電流供應，使得可以輸入電壓信號并通過電流放大器饋送以提供電流源?？梢酝ㄟ^使用磁致伸縮收發(fā)器陣列來改善收發(fā)器124的帶寬。收發(fā)機(或發(fā)射器)124的另一示例可以包括調(diào)諧以在高頻操作(考慮到帶寬)的機電揚聲器系統(tǒng)?？梢詫崿F(xiàn)非標準解決方案，以將機電揚聲器系統(tǒng)的操作從khz體系改變到mhz體系，例如通過元件質(zhì)量減小且適于在選定頻率范圍工作的基于mems(微機電系統(tǒng))的系統(tǒng)。收發(fā)機(或發(fā)射器)124的另一示例包括致動系統(tǒng)，其將電壓或電流形式的電能轉(zhuǎn)換到感興趣的頻率范圍(mhz范圍)中的某種形式的運動。

聲學信號穿過段塞流被發(fā)送，并被聲學接收器126接收。聲學接收器126將聲學信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號。模擬電信號可以由前置放大器136(例如，固定增益運算放大器)預放大。使用帶通濾波器138對放大的信號進行濾波。帶通濾波器的截止頻率取決于聲學發(fā)射器124和接收器126的工作頻率和帶寬。使用高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)140，將經(jīng)濾波的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。adc140將數(shù)字信號發(fā)送到個人計算機(pc)或數(shù)字信號處理器(dsp)142，以進行處理。pc/dsp142由電池144供電。處理結(jié)果可以保存在存儲器146中。

如圖1a所示，發(fā)射器124和接收器126可以通過例如線路130可通信地耦合到計算系統(tǒng)102。計算系統(tǒng)102可以包括信號發(fā)生器132、放大器134、前置放大器136、帶通濾波器138、adc140、dsp142、電池144和存儲器146。在一些實施例中，如圖1b和1c所示，發(fā)射器124連接到信號發(fā)生器132和放大器134，而接收器126分開地連接到處理所接收的聲學信號的電子部件。接收器126可以包括記錄能力以評估和/或測量段塞流的性質(zhì)，包括流過鉆井128的流體的量和組成。測量可以在井下進行，存儲在固態(tài)存儲器中一段時間，并在之后傳輸?shù)接嬎阆到y(tǒng)102(例如，用于存儲和/或分析)。在一些實施例中，所接收的聲學信號可以被實時傳輸和/或傳送到地表處理系統(tǒng)，地表處理系統(tǒng)包括前置放大器136、帶通濾波器138、adc140、dsp142、電池144和存儲器146(例如，通過網(wǎng)絡130)。例如，如圖所示，這些屬性可以作為流屬性存儲在所示的存儲器146中。

發(fā)射器124包括將聲能轉(zhuǎn)換成電能的換能器。接收器126包括將電能轉(zhuǎn)換成聲能的換能器。當聲學換能器(發(fā)射器124和接收器126)與液體聲學接觸時，第一量的聲能可以通過流過井眼104不含氣體的流體從發(fā)射器124傳輸?shù)浇邮掌?26。小于第一量的聲能的第二量的聲能可以通過由流過井眼104的氣體和液體的混合物形成的流體從發(fā)射器124傳輸?shù)浇邮掌?26。小于第二量的聲能的第三量的聲能可以通過由流過井眼104的氣體形成的流體從發(fā)射器124傳輸?shù)浇邮掌?26。例如，當在井眼內(nèi)沒有氣體(例如，空氣或其它氣體)且流過井眼的介質(zhì)完全是液體時，最大聲能穿過流體，并且沒有任何聲能能夠穿過基本由氣體(如空氣或其他氣體)構(gòu)成的流體。由于空氣的聲學阻抗(～400rayl)與原油(1.3megarayl)或水(在20℃為1.48megarayl)差別很大，在液體中存在氣泡的情況下，液-空氣界面作為反射面，將散射和反射入射聲波。這種散射和/或反射引入混響和聲能損失。例如，當細長形氣泡在聲學發(fā)射器124和接收器126之間通過時，大部分傳輸聲能被液體/空氣界面反射，并且聲學接收器126不能接收到信號。

圖2是示出用于監(jiān)測多相流體的示例過程200的流程圖。在一些情況下，過程200用于監(jiān)測段塞流以幫助在井眼中產(chǎn)生流體。在202處，一個或多個聲學信號發(fā)射器附接到管道的截面上的第一位置。聲學信號發(fā)射器可以放置在需要測量段塞流的任何位置。例如，聲學信號發(fā)射器可以位于地面或井下。在地面上，位置可以在下游處理設備之前(從而可以相應地設計處理設備的操作)。在204處，聲學信號發(fā)射器連接到信號發(fā)生器。在206處，可以產(chǎn)生聲學信號。例如，聲學信號可以由聲學發(fā)射器(例如，圖1a-1c中的發(fā)射器124)產(chǎn)生。在208處，可以在一個時刻或多個時刻穿過多相流體所流過的管道的截面來發(fā)送聲學信號。多相流體可以包括氣態(tài)流體和液態(tài)流體，其可以通過管道的截面攜帶聲學信號的至少一部分。在一些實施方式中，穿過管道的截面來發(fā)送后續(xù)的聲學信號。

在210處，在一個時刻或多個時刻，附接到管道的截面上的第二位置處、與聲學信號評估器相連的聲學信號接收器可以接收聲學信號的一部分。接收的聲學信號包括基于壓強與均值環(huán)境壓強的偏差來確定的幅值。在212處，可以在一個時刻確定通過管道的截面的氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量。在一些實施方式中，通過計算系統(tǒng)(例如，圖1a中的計算系統(tǒng)102)可以確定通過管道截面的氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量。氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量可以部分地基于被攜帶通過截面的聲學信號的部分的能量和所發(fā)送的聲學信號的能量來確定?？梢圆糠值赝ㄟ^確定被攜帶通過截面的聲學信號的部分的能量和所發(fā)送的聲學信號的能量實質(zhì)相等以及通過確定多相流體包括的液態(tài)流體比氣態(tài)流體更多，來確定通過管道的界面的氣態(tài)流體的量和液態(tài)流體的量。時間連續(xù)聲學信號x(t)的能量可以定義為：

可以使用能夠處理下式的pc/dsp(例如，圖1a中的計算系統(tǒng)102)來確定聲學信號的能量：

其中，es是攜帶通過截面的聲學信號的部分的能量，δt是采樣間隔，xn是電壓，n是采樣數(shù)。測量從時間t＝0開始，采樣間隔為δt，包括總共n次測量，電壓可表示為：

xn＝x(n.δt)，1≤n≤n

可以針對所接收的聲學信號的每1000個周期計算能量對于在中心頻率為1mhz的0.5-2mhz范圍內(nèi)工作的系統(tǒng)(發(fā)射器和接收器)，可以每1000個周期計算能量，這等于是每秒進行1000次能量測量。每50次測量可以一起平均，這產(chǎn)生每秒20次的平均測量。在一些實施方式中，通過gui與計算系統(tǒng)交互的用戶可以選擇平均參數(shù)。

在214處，可以在一個時刻處確定在所述時刻和所述多個后續(xù)時刻期間流過截面的多相流體的組成。在一些實施方式中，多相流體的組成可以由計算系統(tǒng)(例如，圖1a中的計算系統(tǒng)102)確定。例如，在兩相流體中，也可以根據(jù)接收的聲學信號的能量來確定液體保持(holdup)的近似測量。接收的聲學信號的能量可以存儲為數(shù)據(jù)點es的時間序列?？梢栽诖笥诙稳麜r長的足夠長的測量窗口上執(zhí)行傅立葉變換。傅里葉變換可以將能量測量es的時間序列轉(zhuǎn)換為以每根赫茲的能量為單位的數(shù)據(jù)點的頻譜，并且可以將其定義為esm。索引m表示使用上述參數(shù)每0.001s發(fā)生一次的測量。段塞流的特征頻率可以表現(xiàn)為由傅里葉變換產(chǎn)生的頻譜內(nèi)的一個或多個頻率峰值?？梢酝ㄟ^簡單的閾值方法或通過更復雜的峰值擬合算法(如高斯峰值查找算法)來檢測這些峰值。

可以通過連續(xù)獲取移動采樣窗口或通過連續(xù)獲取能量數(shù)據(jù)來獲得連續(xù)頻譜。可以將段塞頻譜的演變來監(jiān)測。峰值追蹤算法可以用于監(jiān)測作為時間的函數(shù)的段塞流的演變。穿過不含氣體的液體的聲學信號具有最大聲能，其可以等于對應于0損耗的歸一化值1。對于100％液體情況，接收的聲學信號的能量可以定義為：

emax＝max(esm)

接收的聲學信號的能量隨著氣體量的增加而減小。在發(fā)射器和接收器之間的整個區(qū)域充滿氣體的情況下，接收的聲學信號的能量減小到0，損耗最大(歸一化為1)。在任何中間狀態(tài)下，發(fā)射器和接收器之間的流體包括液體和氣體的混合物，能量在0和1之間?？梢噪S時間來繪制任何中間狀態(tài)下的接收的聲學信號的能量，并使用以下關系計算：

接收的聲學信號的能量和損耗可用于確定井眼中的流體的組成，例如氣體體積分數(shù)。為了計算指示氣體分數(shù)的值，計算以下量：

1-es，normalized

接收的聲學信號的歸一化能量可以表現(xiàn)出與測得的氣體分數(shù)的單調(diào)相關性。通過實驗，可以校準相關性以提供對流體中的氣體量的估計。

對井眼中流體的組成的計算還可以包括井眼的幾何結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，計算系統(tǒng)(例如，圖1a中的計算系統(tǒng)102)可以在更長的時間段(例如20-30次或更多次測量)上平均所確定的參數(shù)，并因此提高能量測量和流體組成確定的精度。過程200可以包括在訓練算法和流程控制硬件的優(yōu)化中，這可以使流程最小化。過程200還可以與傳感器陣列耦合，從而可以檢測到段塞的先導條件，以防止段塞本身。

圖3是示出用于監(jiān)測段塞流的示例過程300的流程圖。在302處，信號發(fā)生器(例如，圖1b中的信號發(fā)生器132)可以產(chǎn)生電信號。在304處，電信號被轉(zhuǎn)換成聲學信號，并且被發(fā)送穿過多相流體流過的管道的截面。信號轉(zhuǎn)換以及穿過管道的截面發(fā)送聲學信號可以包括：通過附接于管道外表面的第一位置處的聲學發(fā)射器(如圖1a所示)來發(fā)送聲學信號。

在306處，聲學接收器接收聲學信號。接收由多相流體攜帶通過管道的截面的聲學信號可以包括：附接于管道外表面的第二位置處的聲學接收器處接收多相流體攜帶的聲學信號，所述第二位置與第一位置在截面上徑向相對。在308處，計算系統(tǒng)(例如，圖1a中的計算系統(tǒng)102)確定接收的聲學信號的能量級別。在310處，計算系統(tǒng)(例如，圖1a中的計算系統(tǒng)102)確定井眼中的流量參數(shù)。流體參數(shù)可以包括段塞的頻率、速度和長度。

在一些實施方式中，可以基于液體段塞體ls的長度和細長氣泡lb的長度來確定流體參數(shù)。液體段塞體ls的長度和細長氣泡lb的長度可以從時間能量圖來計算。單元的總長度被認為是：ls+lb?？梢允褂霉?/(ls+lb)計算段塞的頻率。對于包括彼此相距d的至少2個聲學發(fā)射器-接收器配對(如圖1a所示)的系統(tǒng)配置，可以通過將這2個配對接收到的聲學信號相關聯(lián)并計算段塞從一個聲學配對行進到另一聲學配對所需的時間來計算段塞流的速度?？梢允褂霉絭＝d/δt來計算段塞速度。在一些實施方式中，可以應用類似的關聯(lián)方法，使用在第一個和最后一個元件處接收分隔信號的線性陣列換能器來計算段塞速度。在一些實施方式中，所確定的流體參數(shù)還可以包括一種流體相對于另一種流體的相對密度比、流體之間的粘度差和每個流體的速度(滑移)。

本說明書中描述的主題和操作中的實施例可以在數(shù)字電子電路中或在計算機軟件、固件或硬件中實現(xiàn)，其包括在本說明書中公開的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)等效物、或其一個或多個的組合。在本說明書中描述的主題的實施例可以被實現(xiàn)為在計算機存儲介質(zhì)上編碼的一個或多個計算機程序，即計算機程序指令的一個或多個模塊，用于被數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行或者控制數(shù)據(jù)處理裝置的操作。