天然气水合物试采中分布式光纤测温(DTS)数据现场处理及可视化
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ISSN 1009-2722CN37-1475/P
海洋地质前沿
Marine Geology Frontiers
第36卷第2期
Vol 36No 2
万庭辉,邱海峻,陆敬安,等.天然气水合物试采中分布式光纤测温(DTS)数据现场处理及可视化[J].海洋地质前沿,2020,36(2):59-64.
天然气水合物试采中分布式光纤测温
(DTS)数据现场处理及可视化
万庭辉1,2,3,邱海峻1,2,陆敬安1,2,李占钊1,2,马 超1,2,王静丽1,2(1中国地质调查局广州海洋地质调查局,广州510760;2中国地质调查局天然气水合物工程技术中心,
广州510760;3东北石油大学,大庆163318,黑龙江)
摘 要:综合运用Matlab和Origin的优势功能,实现了海域天然气水合物试采过程中
DTS现场数据的快速处理和可视化。
相较于传统的二维温度数据成图,采用DTS(Dis-
tributed Fiber Optical Temperature Sensor)数据可视化方法高效直观,可综合分析全井
或局部温度随时间变化的趋势,有助于了解井筒内生产情况,进一步结合地温梯度曲线,
可辅助判断井筒附近水合物的分解和形成,有效提高生产优化和预测的分析效率。
关键词:天然气水合物试采;分布式光纤测温;数据处理;可视化
中图分类号:P618.13 文献标识码:A DOI:10.16028/j.1009-2722.2019.019
0 引言
天然气水合物又称“可燃冰”,分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,在高压低温条件下形成的类冰状化合物,其资源储量巨大,被认为是未来的重要能源。
至今,前苏联、加拿大、美国、日本等国家已在在冻土层或海域成功进行了水合物试验性开采。
2017年7月9日,由中国地质调查局组织实施的南海神狐海域天然气水合物试采工程取得圆满成功,实现了我国天然气水合物勘探开发的历史性突破。
水合物的形成和分解是一个动态的热力学过程,水合物的形成会释放热量,造成温度的升高;水合物的分解会吸收热量,造成温度的降低,而温
收稿日期:2019-01-21
资助项目:中国地质调查局天然气水合物项目(DD20189320);广东省促进经济高质量发展专项资金海洋经济发展项目(GDOE(2019)A39)
作者简介:万庭辉(1990—),男,工程师,主要从事天然气水合物数值模拟相关工作.E-mail:825848651@qq.com度的变化又反过来影响水合物的稳定性。
天然气水合物试采测试过程,伴随天然气水合物的分解和形成,井筒及井筒附近温度场也随之变化,因此在水合物试采过程中对温度的监测至关重要。
从20世纪90年代开始,分布式光纤温度传感器(DTS)广泛应用于油藏监测领域[1],改变了井筒测温只能通过生产测井作业获得的情况,测得的井筒温度也从单一时间剖面变为实时井筒温度剖面,可以更好地了解井筒内生产情况[2]。
为有效监测水合物试采过程中全井筒的温度变化,天然气水合物生产井在完井后下入测试管柱,一般会在测试管柱内布设DTS,以监测试采过程的温度变化[3]。
分布式温度传感器(DTS)数据的传统视图方式为二维视图,即以深度为Y轴,以温度为X轴作温度曲线图[4]。
利用这种视图分析温度随时间和深度的变化非常困难,如图1仅为3条温度曲线已经很难分析。
Matlab和Origin二者在图形可视化方面的功能都十分强大,且各有千秋。
Origin优点在于操作简单灵活,无需编写代码,但数据处理和分析
Marine Geology
Frontiers 海洋地质前沿 2020年2月 能力较弱;而Matlab绘图较为复杂,
需编写代码,但数据处理和分析能力较强[
5]。
图1 传统二维温度曲线图
Fig.1 Traditional two-dimensional temperature grap
h 本文综合运用Matlab和Orig
in的优势功能,实现了水合物试采中DTS现场数据的快速处理和可视化。
相较于传统的二维温度数据成图,DTS数据可视化方法高效直观,可综合分析全井或局部温度随时间变化的趋势,有助于了解井筒内生产情况,进一步结合地温梯度曲线和水合物相平衡曲线,可辅助判断井筒附近水合物的分解和形成,有效提高生产优化和预测的分析效率。
1 DTS数据处理
1.1 DTS数据简介
试采现场采集的分布式光纤测温(DTS)原始数据格式为逗号分隔值CSV文件(图2),文件头包含了数据格式版本、作业日期时间、井名、深度参考点、DTS光纤深度和温度单位等基本信息陈述。
1.2 DTS数据提取
利用Matlab或Orig
in绘图时需导入深度、时间、温度3列XYZ数据,
如表1所示。
首先需从DTS原始数据CSV文件中提取相应数据,形成以上格式的txt文本文件。
面对试采如此海量的数据,手工处理显然不现实,为此用Matlab编写了专门的数据提取脚本程序,
部分程图2 逗号分隔值DTS原始数据
Fig.2 Comma-separated value DTS orig
inal data表1 Matlab和Orig
in绘图数据格式Table 1 Format of Matlab and Origin plotting
data深度/m时间/min
温度/℃1 265.16 0 3.246 191 266.16
0 3.189
36…
…
…
序代码如下:
fid=fop
en('C:\Users\Administrator\Desk-top D
ata(1265-1552).txt','wt');%提取数据保存文件路径
namelist=dir('d:/DTSTemp/*.csv');n=leng
th(namelist)%获取文件夹内CSV文件个数
fileFolder=fullfile('d:/DTSTemp/');dirOutp
ut=dir(fullfile(fileFolder,'*'));filename={dirOutput.name}';%批量获取文件名
for
i=1:na=filename(i+2
)M=dlmread(char(a),',',[1285 0 1572 1])%循环读取1 285~1
572行,1~2列数据(对应DTS光纤深度1 265~1
552m的温度数据)M(:,3)=(i-1)*5;
%第3列输出时间,
间隔5分钟1个文件06
第36卷第2期 万庭辉,等:天然气水合物试采中分布式光纤测温(DTS)数据现场处理及可视化……
该脚本程序以试采某天6h的DTS原始数据为处理对象,运行后可提取该时间段DTS光纤深度1 265~1 552m的温度数据,对应CSV格式DTS原始文件1 285~1
572行,1~2列。
上述脚本程序提取数据非常方便实用,只需将某时间段的DTS原始文件放入指定文件夹并修改目标深度区间,运行脚本程序后便可快速的从海量CSV格式原始数据中提取指定时间段和深度区间的温度数据,并生成表1格式的txt文本文件,该文件可直接用于Matlab、Orig
in等软件进行绘图,如图3所示。
图3 生成文本文件的内容Fig.3 Generating
the text file2 DTS数据可视化
Matlab和Orig
in皆可绘制二维温度云图和三维温度曲面图,但Origin的数据处理能力较弱,因此本文主要使用Matlab完成二维温度云图、三维温度曲面图的绘制和温度数据动态回放。
Orig
in软件自带的Contour Profiles功能十分强大且操作简单灵活,本文主要使用Origin的Con-tour
Profiles功能完成温度剖面图和温度趋势曲线的绘制,下面以上述提取的温度数据为例,介绍DTS数据可视化方法。
2.1 二维温度云图和三维温度曲面图
使用Matlab绘制二维温度云图和三维温度
曲面图的部分程序代码如下,
可设置温度显示范围,生成三维温度曲面图后可使用工具条上的三
维旋转按钮,任意旋转查看[
6]
:Step
1读取并网格化数据clear
;fid=fop
en('Data(1265-1552).txt','r');mydata=repmat('%f',1,3);bb(:,:)=cell2mat(textscan(fid,my
data,20736
));fclose(fid
);x=bb(:,2);%第2列为时间y=b
b(:,1);%第1列为深度z=bb(:,3
);%第3列为温度
[X,Y]=meshgrid(min(x):max(x),min(y):max(y)
);%网格化数据
Z=griddata(x,y,z,X,Y,'cubic');%网格插值
Step
2绘制二维温度云图%Z(find(Z>30))=NaN;%指定显示温度范围%Z(find(Z<10))=NaN;
fig
ure(1)pcolor(X,Y,Z);shading interp;%绘制伪彩色图set(gca,'YDir','reverse')%将坐标轴Y反向fig
ure(2)[c,h]=contourf(X,Y,Z);%绘制二维云图……
运行上述脚本程序后生成的二维温度云图(图4),其中图4a和图4b为未设置温度显示范围的二维伪彩图和二维云图,图4c和图4d为设置温度显示范围后的二维伪彩图和二维云图(温度>30°或<10°
的数据设置为不显示):Step
3绘制三维温度曲面图%Z(find(Z>30))=NaN;%Z(find(Z<10))=NaN;
1
6
Marine Geology
Frontiers 海洋地质前沿 2020年2月 surf(X,Y,Z),shading interp;%绘制三维曲面图
……
图4 二维温度云图
Fig.4 Two-dimensional temperature cloud imag
e 读取并网格化数据后,运行以上程序代码即可绘制三维温度曲面图(图5)。
2.2 温度趋势曲线和温度剖面图
在分析DTS数据时希望查看指定深度的温度趋势曲线或指定时间的温度剖面图,Origin软件自带的Contour Profiles功能十分强大,可以快速查看指定深度的温度趋势曲线和指定时间的温度剖面图,且操作简单灵活,具体操作步骤如下:首先需读取xy
z格式的DTS数据并将Ori-g
in Worksheet数据表转换成Matrix,选择File->Open->ASCII(*.dat,*.csv,*.txt),选择相应的DTS数据文本文件进行导入;将时间所在列设置为x,深度所在列设置为y,温度所在列设置为z,如图6所示。
然后点击Worksheet->Convert to
Matrix->XYZ Gridding->Open Dialog,
Recaculat
e图5 三维温度曲面图
Fig.5 Three-dimensional temperature surface ma
p
图6 数据导入Fig.6 Data imp
or
t图7 将数据转换为Matrix
Fig
.7 Convert Data to Matrix中选择Auto,Gridding
Method and Parameters26
第36卷第2期 万庭辉,等:天然气水合物试采中分布式光纤测温(DTS)数据现场处理及可视化选择Random(Kriging
Correlation),点击ok数据网格化完毕。
最后点击Orig
in菜单栏上的Plot->con-tour->Contour
Profiles,即可显示指定深度的温度趋势曲线和指定时间的温度剖面图,如下图8所示
:
图8 温度趋势曲线和温度剖面图Fig.8 Temperature trend curve imag
eand temp
erature profile Contour
Profiles的强大之处在于二维温度云图上方和右侧的分别为从横向(深度)和纵向(时间)任意截取的温度趋势曲线和温度剖面图。
Contour
Profiles可以同时设置多条横向剖面线和纵向剖面线且可以任意移动,通过移动剖面线可获取二维温度云图横向和纵向剖面的温度趋势曲线和温度剖面图,温度趋势曲线和温度剖面图可随剖面线的移动实时更新在上方和右侧的视图上。
2.3 数据动态回放
在分析DTS数据时希望查看温度数据的动态变化过程,本文利用Matlab实现动态回放任意时间段和深度区间的温度数据回放,并生成动画,部分程序代码如下:
writerObj=VideoWriter('test.avi');%定义一个视频文件用来存动画
open(writerObj
);g
=xlsread('geothermalgradient.xlsx','sheet1','A1285:B1572'
);%读取地温梯度数据
d1=g(:,1
)%第2列为深度
t1=g(:,2
)%第3列为温度
namelist=dir('d:/DTSTemp/*.csv');n=leng
th(namelist);fileFolder=fullfile('d:/DTSTemp/');dirOutp
ut=dir(fullfile(fileFolder,'*'));filename={dirOutput.name}';b=filename(3)'
;%获取初始参考温度曲线文件名
C=dlmread(char(b),',',[1285 0 1572 1]);d2=C(:,1);t2=C(:,2);for
i=2:n%从第2条DTS温度曲线开始读取
a=filename(i+2)……
将脚本程序放在指定文件夹,并且将要回放的CSV格式DTS原始数据和xlsx格式的地温梯度曲线放入该文件夹,运行程序后可动态视回放数据并生成相应动画,如图9所示,其中绿色轨迹为地温梯度曲线,红色轨迹为初始参考曲线,蓝色轨迹为其余DTS温度曲线。
图9 数据动态回放
Fig.9 Dynamic play
back of data3 结论
Matlab和Orig
in二者在图形可视化方面的3
6
Marine Geology
Frontiers 海洋地质前沿 2020年2月 功能都十分强大,本文综合运用Matlab和Origin的优势功能,实现了对水合物试采DTS现场数据的快速处理和可视化,相较于传统的二维温度数据成图,本文采用的DTS数据可视化方法有以下特点和优点:
(1
)可查看指定时间段、指定深度区间和温度区间的二维温度云图和三维温度曲面图;(2
)可同时查看多条指定深度的温度趋势曲线和多个指定时间的温度剖面图;
(3
)可动态回放指定时间段和深度区间的DTS温度数据;(4)可同时显示初始参考温度曲线和地温梯度曲线,并生成动画。
综合运用以上数据可视化方法可综合分析全井或局部温度随时间变化的趋势,有助于了解井
筒内生产情况[7]
,进一步结合地温梯度曲线和水
合物相平衡曲线,可辅助判断井筒附近水合物的
分解和形成,有效提高生产优化和预测的分析效率。
参考文献:
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51.STUDY OF ON-SITE PROCESSING AND VISUALIZATION OFDTS DATA FROM CHINA’S FIRST OFFSHORE NATURAL
GASHYDRATE PRODUCTION TEST IN SOUTH CHINA
SEAWAN Tinghui 1,2,
3,QIU Haijun1,
2,LU Jingan1,
2,LI Zhanzhao1,
2,MA Chao1,
2,WANG Jing
li 1,
2
(1Guangzhou Marine Geological Survey,China Geological Survey,Guang
zhou 510760,China;2Engineering Technology
Center of Natural Gas Hydrate,China Geological Survey,Guangzhou 510760,China;3Northeast University of Petroleum,Daqing
163318,Heilongjiang,China)Abstract:This paper synthesizes the advantages and functions of using Matlab and Origin to realizingrapid processing and visualization of DTS field data in Offshore Natural Gas Hydrate Production Testby
China in the South China Sea.Compared with the traditional two-dimensional temperature datamapping,the DTS(Distributed Fiber Optical Temperature Sensor)data visualization method used inthis paper is more efficient and intuitive,and can comprehensively
analyze the trend of the whole wellor the local temperature with time,which is helpful to know the production in the wellbore.The situ-ation,combined with the geothermal gradient curve,can assist in judging the decomposition and for-mation of hydrates near the wellbore,effectively improving the efficiency of production optimizationand p
rediction.Key words:natural gas hydrate production;distributed temperature sensing;data processing;visual-ization
46。