CN101532384A - 井下低频介电法连续测量含水率计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下低频介电法连续测量含水率计。主要解决现有含水率计无法与集流器配套使用，完成对化学驱及压裂驱油的井下薄层及薄夹层油层进行连续测量含水率的问题。其特征在于：接线柱(1)固定于安装臂(16)上端，安装臂(16)下端依次连接金属密封套(8)及橡胶密封套(13)；橡胶密封套(13)内固定表面有电极绝缘套(15)的测量电极(14)，而测量电极(14)的上段连接外径置有绝缘套(11)的密封芯(10)，密封芯(10)上段与金属密封套(8)内孔配合，且其顶端穿出电极引线(5)依次与集成测量电路模块(4)及信号输出线(3)连接，信号输出线(3)与接线柱(1)连接。该连续测量含水率计可以安装在测井仪器任何位置，且95％以上特高含水率的分辨率可该达到1％。

Description

井下低频介电法连续测量含水率计

技术领域

本发明涉及油田生产井环空产出剖面连续测井组合仪中含水率测量功能短节，具体地说是涉及一种可以安装在新型产出剖面连续测井组合仪任何部位，且可进行连续测量含水率的井下低频介电法测量含水率计。

背景技术

环空产液剖面测井能够提供井下各产液层中各相流体的分层含量、流体参数及性质的变化等各项技术参数，为采油生产提供准确的分析数据。在油田水驱开发过程中，常用的是采用涡流流量计与持水率计一体化设计的集流型点测环空产出剖面测井仪器，在井下对应的油层上通过卡点测量，得到相应油层的含水数据。集流型点测环空产出剖面测井仪器，特别适合油水两相流系列的产出剖面测井，能够较为准确的提供油、水分层产出量数据，为油田开发提供了大量的产能资料，在油田采油动态监测中发挥了重要的作用。但随着油田对厚层和薄夹层油层的开发，绝大多数产出井都要求产出剖面要达到厚层层间层内的细分，形成薄层，而薄层及薄夹层无法卡点，这样现有的集流型点测环空产出剖面测井仪器就无法满足其要求。目前国内外产出剖面含水率测量的方法有许多，但是主要应用的是过流式含水率测量方法，而这种方法受井下液体矿化度的影响，且必须取测量点的全水值进行校正，而且这种方法也仅适用于集流型点测仪器，对于薄层及薄夹层因无法卡点不能直接测得各层的含水率值。

为此，我们曾研发了适合于油、气、水产出液测量的插入式低频介电连续测量含水率计，见附图1，它主要是由电极、电极引线、电路板组成的测量电路及该电路的密封组件共同构成的含水率计，整体插入电路筒中。该含水率计克服了卡点测量的局限性，与流量计配合，可对井下各层含油、气、水的产出液含水率进行连续测量。但随着油田开发方式的变化，采用聚合物驱、三元复合驱等三次采油技术的应用，使得原有油、气、水的产出液中增加了聚合物等驱油的物质成分，产出剖面的被测液体的黏度、成分及性质发生了非常大的变化；还有为了提高最终采收率，油田加大了压裂的力度，于是在提高油层渗透率的同时，也使得油层出砂问题严重，现有的测井仪器中与连续测量含水率计配套使用的流量计由于产出液粘度的变稠及经常出现砂卡问题，已严重影响测量数据的准确性，所以随着对现有流量计的更新换型为集流器，原插入式低频介电连续测量含水率计与集流器由于连接方式的变化而无法配套使用，无法完成对化学驱油、压裂驱油细分薄层及薄夹层环空产出剖面进行含水率的测量。

发明内容

为了解决现有含水率计无法与集流器配套使用的问题，本发明提供一种井下低频介电法连续测量含水率计，该连续测量含水率计可以灵活地安装在测井仪器任何位置，对各油层的化学产出液进行连续含水率的测量，且95％以上特高含水率的分辨率可达到1％。

本发明的技术方案是：一种井下低频介电法连续测量含水率计，包括接线柱及电极，所述的接线柱固定于安装臂上端，安装臂下端依次连接金属密封套及橡胶密封套；橡胶密封套内固定表面有电极绝缘套的测量电极，而测量电极的上段连接外径置有密封芯绝缘套的密封芯，密封芯上段与金属密封套内孔配合，且其顶端穿出的电极引线依次与集成测量电路模块及信号输出线连接，信号输出线与接线柱连接；所述的集成测量电路模块主要由时基UA555，二极管D₁、D₂，三极管Q₁，电阻(R₁，R₂，R₃，R₄)，电容(C₁，C₂，C₃)组成；其中时基UA555的管脚1直接接地；管脚3经电阻R₁、三极管Q₁的基极及集电极、经SIG、电阻R₄接信号输出线，Q₁的发射极接地；管脚4、8并联，经二极管D₁的截止端及导通端、SIG、电阻R₄接信号输出线，经R2接管脚7，管脚7经R3同时接管脚2、6；稳压二极管D₂的导通端及电容C₁、C₂、C₃的一端接地，而D₂及C₁的另一端与D₁的截止端连接，C₂的另一端接管脚5，C₃的另一端经CR后同时接管脚2、6及R3。

所述的集成测量电路模块与金属密封套间有地线；与密封芯配合的金属密封套的两端分别置有高压绝缘垫，且上端绝缘垫上还置有压帽；金属密封套外径与安装壁内孔间置有双道O型橡胶密封圈；连接臂与金属密封套及电极与密封芯间均为螺纹连接；金属密封套与橡胶密封套间为螺纹连接。

该井下低频介电法连续测量含水率计的有益效果是：由于采用了将测量传感器电路设计制造成直径仅为4mm的微型模块，使其封装后的尺寸小于电极封装后的尺寸，因而使该含水率计的整体外形规格较小，通过安装臂可以满足因测量不同参数的需要而灵活的安装在测量仪器内的任何位置与新型流量计配套使用；并使其封装后的尺寸小于电极封装后的尺寸，使该含水率计的整体外形规格较小，安装于测量仪器内使其有足够的液体流动空间，从而保证测量数据的准确性；并且在集成测量电路腔体的前后端采用多道密封，使该含水率计可承受40MPa压力及125℃的温度，满足井下测试时需承受压力的要求，提高了产出剖面测井资料的准确性和测井效率。

附图说明

附图1为背景技术中含水率计的结构示意图；

附图2为本发明的结构示意图；

附图3为附图2中序号4的电路图；

附图4附图2中序号16安装臂结构示意图。

附图5为本发明的安装示意图；

1-高压接线柱  2-测量电路腔体  3-测量信号输出引线  4-集成测量电路模块  5-电极引线  6-测量电路地线  7-密封芯绝缘压紧螺母  8-不锈钢密封套  9-双道“O”型密封圈  10-密封芯  11-密封芯绝缘套  12-高压绝缘垫  13-耐油氟橡胶密封套  14-测量电极15-测量电极绝缘套  16-安装臂  17-输出线  18-测量电路  19-测量通道  20-集流器  21-扶正器  22-动力及传动系统  23-尾帽  24-金属压紧环

具体实施方式

附图1背景技术中含水率计的结构示意图；

由附图2所示，该井下低频介电法连续测量含水率计包括接线柱1及集成测量电路模块4、连接臂16、电极14及其密封套(8，13)，接线柱1固定于安装臂16上端，安装臂16下端依次连接金属密封套8及橡胶密封套13；橡胶密封套13内固定表面有电极绝缘套15的测量电极14，而测量电极14的上段连接外径置有密封芯绝缘套11的密封芯10，密封芯10上段与金属密封套8内孔配合，且其顶端穿出的电极引线5依次与集成测量电路模块4及信号输出线3连接，信号输出线3与接线柱1连接；连接臂16与金属密封套8及电极14与密封芯10间可以根据实际需要采用密封的连接方式，本实施例为均为螺纹连接；橡胶密封套13插装与属密封套8、密封芯10及电极14的外径，使之与被测液体隔离。

由附图3所示，上述的集成测量电路模块4主要由时基UA555，二极管D₁、D₂，三极管Q₁，电阻R₁-R₄，电容C₁-C₃组成；其中时基UA555的管脚1直接接地；管脚3经电阻R₁、三极管Q₁的基极及集电极、经SIG、电阻R₄接信号输出线，Q₁的发射极接地；管脚4、8并联，经二极管D₁的截止端及导通端、SIG、电阻R₄接信号输出线，经R2接管脚7，管脚7经R3同时接管脚2、6；稳压二极管D₂的导通端及电容C₁、C₂、C₃的一端接地，而D₂及C₁的另一端与D₁的截止端连接，C₂的另一端接管脚5，C₃的另一端经CR后同时接管脚2、6及电阻R3。其中D1为D1IN4148型、D2为D2IN829A型、Q1为2SD1005型、R1为20K、R2为10K、R3为1M、R4为1K、C1为1μ、C2为0.01M、C3为可变电容、SIG为频率信号的输出端、CR为电容信号的输入端。

该含水率计通过无压差设计使被测流体的油、水流动形成串联分布状态，这种状态的流体具有含水率越高混合介电常数的分辨率越高的特性，因此特别适合特高含水井的测量，通过低频介电含水率计传感器将随着不同含水率变化而变化的混合介电常数转换成电容量C的变化，其激励频率不高于10KHz。在这样的激励下被测电容的响应不受井下矿化度的影响，只与被测流体的混合介电常数有关。频率信号通过时基UA555管脚3输出，经过R1输入给Q12SD1005放大器，并通过放大器的集电极放大输出到SIG端，接信号输出线3输出；电路中D1IN4148有两个作用：一是作为D2IN829A、C1组成的时基IC555供电电源的限流电阻；二是阻挡负干扰信号进入该电路系统，提高了该电路的抗干扰能力。可把它制作成直径为4mm的测量电路模块4，装在电极引线5和信号输出线3之间，消除了电极引线5对测量的影响；同时该测量电路模块4封装后的尺寸不能大于电极14封装后的规格，并且达到了直流供电和传感器响应频率信号的单芯传输，实现测量电极、测量电路的一体化。

为了不影响流量测量，含水率计组合体采用小直径，留出足够的流道空间，保证测量数据的准确性；为了使含水率及在井下测试时可承受40MPa流体压力，对整体测量电极采用两部分密封，一是集成测量电路腔体2的密封，前端采用了高压密封接线柱1与连接臂16螺纹连接密封，在密封的同时将信号输出线3引出；后端采用密封组件，除了密封电路腔体2外，还要把电极14测量的信息传递给测量电路，通过连接臂16的下端与Φ6mm的不锈钢密封套8间的螺纹连接，且连接面装有双道“0”耐油耐高温的密封圈9，对测量电路腔的后端密封；含水率计的中间是2mm的密封芯10，它通过密封芯绝缘套11和上下两个绝缘压垫12与密封套13绝缘，顶部通过引线5和测量电路模块4相连，底部通过螺纹和带有测量电极绝缘套15的测量电极14相接，且密封芯10的上部与不锈钢密封套8间有密封芯绝缘压紧螺母7螺纹固定密封；二是采用耐油氟橡胶密封套13内孔与密封芯10、密封套8与电极14的外径插接的形式形成面接触进行密封，使测量电极14及密封芯10与被测液体完全隔离，且在密封芯10的变径处高压绝缘垫12密封，解决了目前该领域井下测量的瓶颈问题。

为了使该含水率计的使用安装方便，如附图4所示，在测量电路密封腔的顶部按120度设计了三个安装臂16，可以通过压紧环24(如附图5)按照需要安装在任何测量流道里，应用十分方便灵活。

测量含水率时，如附图5所示，将连续含水率计居中在套管中心，由动力与传动系统22同时打开集流器20和扶正器21，扶正器由十二根扶正片组成，具有变径及收缩功能，且扶正片不受高温的影响，保证流量计在井下测量时始终处于井筒轴线位置，最大程度上消除因流量计处于井筒径向不同位置所导致的流量测量误差。在集流器20的作用下套管内大部分介质通过集流器20中的进液口进入测量通道19，传输给由测量电极14和测量电路18组成的含水率计传感器，通过测量流经传感器的被测流体的介电常数不同来确定含水率的变化，测量信号通过传输线17进入下一级电路，和其他信号组合一起传输到地面。在连续测井时通过尾帽23连接的加重杆在绞车的作用下就可获得井下不同深度的连续含水率数据。

该低频介电连续含水率计应用简单方便，可以安装在新型产出剖面连续测井组合仪的任何需要的部位，同时具有含水率越高仪器分辨率越高的特点，因此特别适合于高含水井的含水率测量，在95％以上的特高含水率段仪器分辨率能够达到1％。由于含水率计中传感器的响应只和被测流体的含水率有关，和被测流体导电性无关，因此也不受矿化度的影响，所以不需要进行井下取样校证，不仅提高了测井效率，而且满足了连续测量含水率的要求，提高了产出剖面测井资料的准确性，具有测量范围广、不受矿化度影响、含水率越高仪器分辨率越高等优点。

Claims (4)

1、一种井下低频介电法连续测量含水率计，包括接线柱(1)及电极(14)，其特征在于：接线柱(1)固定于安装臂(16)上端，安装臂(16)下端依次连接金属密封套(8)及橡胶密封套(13)；橡胶密封套(13)内固定表面有电极绝缘套(15)的测量电极(14)，而测量电极(14)的上段连接外径置有绝缘套(11)的密封芯(10)，密封芯(10)上段与金属密封套(8)内孔配合，且其顶端穿出的电极引线(5)依次与集成测量电路模块(4)及信号输出线(3)连接，信号输出线(3)与接线柱(1)连接；所述的集成测量电路模块包括时基UA555，二极管(D₁、D₂)，三极管Q₁，电阻(R₁，R₂，R₃，R₄)，电容(C₁，C₂，C₃)组成；其中时基UA555的管脚1直接接地；管脚3经电阻R₁、三极管Q₁的基极及集电极、SIG、电阻R₄接信号输出线，Q₁的发射极接地；管脚4，8并联，经二极管D₁的截止端及导通端、SIG、电阻R₄接信号输出线，经R2接管脚7，管脚7经R3同时接管脚2、6；稳压二极管D₂的导通端及电容C₁、C₂、C₃的一端接地，而D₂及C₁的另一端与D₁的截止端连接，C₂的另一端接管脚5，C₃的另一端经CR后同时接管脚2、6及R3。

2、根据权利要求1所述的井下低频介电法连续测量含水率计，其特征在于：集成测量电路模块(4)与金属密封套(8)间有地线(6)。

3、根据权利要求1所述的井下低频介电法连续测量含水率计，其特征在于：与密封芯(10)配合的金属密封套(8)的两端分别置有高压绝缘垫(12)，且上端绝缘垫(12)上还固定绝缘压紧螺母(7)。

4、根据权利要求1所述的井下低频介电法连续测量含水率计，其特征在于：金属密封套(8)外径与安装壁(16)内孔间置有双道0型橡胶密封圈(9)。

Images