CN102767359B - 体积累积式低产液油井三相流测量装置 - Google Patents

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本发明提供了一种体积累积式低产液油井三相流测量装置，包括全密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置，集流器驱动用于将采集的流体通过集流器导流管充入集流器主体中；气相阀用于通过气相阀弹簧控制气相流入口的开启或关闭；阵列电极包括若干个电极，每个电极都用于根据连接的负载两端加载的恒定交变电压确定与电极接触的是水或油；换向阀驱动用于通过阀连杆控制上换向阀开启或关闭上进液口，通过阀连杆控制下换向阀开启或关闭下进液口。本发明根据依据油、气、水三相的密度差异，使三相实现重力分离，通过记录体积累计，从而测得油、气、水三相的体积流量。

Description

体积累积式低产液油井三相流测量装置
技术领域
本发明涉及一种体积累积式低产液油井三相流测量装置，属于油田测井技术领域。
背景技术
油田低产液油井单井产液一般介于1～10m3/d，含水50％或更低，并且普遍伴有脱气现象，因此油井内是油、气、水相并存，同时低产液井的另一特征是各相的产液不稳定，甚至是间歇产液。对于低产液井的流体状态，常规的速度型流量计及含水等的测量方法不能实现对油、气、水三相的正确测量。体积累积式低产液油井三相流测量方法及装置是根据依据油、气、水三相的密度差异，通过结构设计，使三相实现重力分离，通过记录体积累计，从而测得油、气、水三相的体积流量。
发明内容
本发明为解决现有的低产液井的流体状态测量技术中存在的常规的速度型流量计及含水等的测量方法不能实现对油、气、水三相的正确测量的问题，进而提供了一种体积累积式低产液油井三相流测量装置。为此，本发明提供了如下的技术方案：
体积累积式低产液油井三相流测量装置，包括全密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置，所述密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置依次固定连接；
所述全密封集流装置包括集流器驱动、流体出口、集流器导流管和集流器主体，所述集流器驱动用于将采集的流体通过所述集流器导流管充入所述集流器主体中，所述流体出口用于当所述集流器主体满载后排出流体；
所述气相累积控制装置包括中心管、气相流入口、气相阀和气相阀弹簧，所述气相阀用于通过所述气相阀弹簧控制所述气相流入口的开启或关闭，所述中心管设置在所述流体出口与所述气相流入口之间；
所述油水界面监测传感器包括阵列电极，所述阵列电极包括若干个电极，每个所述电极都用于根据连接的负载两端加载的恒定交变电压确定与所述电极接触的是水或油；
所述流体流向控制装置包括上换向阀、上进液口、下换向阀、下进液口、阀连杆和换向阀驱动，所述换向阀驱动用于通过所述阀连杆控制所述上换向阀开启或关闭所述上进液口，所述换向阀驱动还用于通过所述阀连杆控制所述下换向阀开启或关闭所述下进液口。
本发明具有如下有益效果：本发明根据依据油、气、水三相的密度差异，通过密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置的结构设计，使三相实现重力分离，通过记录体积累计，从而测得油、气、水三相的体积流量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式提供的体积累积式低产液油井三相流测量装置的结构示意图；
图2是本发明的具体实施方式提供的集流器主体中的三相分层示意图；
图3是本发明的具体实施方式提供的阵列电极的处理电路原理示意图；
图4是本发明的具体实施方式提供的阵列电极的处理电路输出曲线示意图；
图5是本发明的具体实施方式提供的气相释放时输出曲线特征示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本具体实施方式提供了一种体积累积式低产液油井三相流测量装置，如图1所示，包括全密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置，密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置依次固定连接；
全密封集流装置包括集流器驱动1、流体出口2、集流器导流管3和集流器主体4，集流器驱动1用于将采集的流体通过集流器导流管3充入集流器主体4中，流体出口2用于当集流器主体4满载后排出流体；
所述气相累积控制装置包括中心管5、气相流入口6、气相阀7和气相阀弹簧8，气相阀7用于通过气相阀弹簧8控制所述气相流入口6的开启或关闭，中心管5设置在流体出口2与气相流入口6之间；
油水界面监测传感器包括阵列电极11，阵列电极11包括若干个电极，每个电极都用于根据连接的负载两端加载的恒定交变电压确定与电极接触的是水或油；
流体流向控制装置包括上换向阀9、上进液口10、下换向阀12、下进液口13、阀连杆14和换向阀驱动15，换向阀驱动15用于通过阀连杆14控制上换向阀9开启或关闭上进液口10，换向阀驱动15还用于通过阀连杆14控制下换向阀12开启或关闭下进液口13。
具体的集流器主体4可采用高密封布球，由正反向泵驱动；阵列电极11可采用不锈钢圆环，绝缘材料是聚酰亚胺；换向阀驱动15可采用电机驱动。
本具体实施方式提供的体积累积式低产液油井三相流测量装置的原理包括：
1、阵列电极的工作原理
初始状态时气相流入口6和上进液口10分别被气相阀7和上换向阀9封闭。当体积累积式低产液油井三相流测量装置到达目的层后，集流器驱动1工作，流体由导流管3流入集流器主体4，集流器主体4撑起，由于重力作用，如图2示意图所示，流体在集流器主体4的下方依次分层为气层、油层及连续的水相，存在气-油界面和油-水界面，流体由下进液口13流入，由流体出口2流出。随着油相累积体积的增加，油-水界面下移，并顺序通过阵列电极11的各个电极。阵列电极11的处理电路原理如图3所示(状态1表示四个电极均浸于水中；状态2表示仅电极1浸于油中；状态3表示仅电极1和电极2浸于油中；状态4表示仅电极4浸于水中；状态5表示四个电极均浸于油中)，阵列电极11的每个电极与一负载相连，每个负载加载恒定交变电压，电极与水相接时相当于开关闭合，则该电极对输出没有影响，电极与油相接时相当于开关断开，则该电极为输出提供一个增压，即电极在水中还是油中，处理电路输出不同电平，因此油-水界面每通过一个电极，输出便提高一个电平，形成如图4所示的阶梯形曲线，横轴是时间，纵轴是电平，阶梯形曲线台阶之间的时间间距To即是油-水界面通过两个电极所用的时间。由于电极间距确定，中心管5的截面积确定，体积累积式低产液油井三相流测量方法便是根据阶梯形曲线台阶之间的时间变化来确定油、气、水三相的体积流量。
2、气相体积流量(Qq)测量
气相累积控制装置是一种压差控制装置，随着气相累积体积的增加，气-油界面下移，气层高度增加，当到达上临界压差时，气相阀7打开，气相经气相流入口6流进装置内部，经流体出口2流出。随着气层高度减小，当到达下临界压差时，气相阀7关闭，气相释放过程结束。气-油界面的高度变化值由压差控制装置决定，是一个固定值，即每次气相体积释放量固定。当气-油界面的高度变化值设定为阵列电极的电极间距时，气相每释放一次，油-水界面向上移动一次，并经过一个电极，则处理电路输出电平降低一次，形成如图5所示的阶梯形曲线，记录单位时间电平降低次数则可得到气相体积流量。
3、油相体积流量(Qo)测量
由于在气相累积控制装置的控制下，油-气界面始终在阵列电极上方，保证了只有油相通过阵列电极。当流体中的气相含量很低，在测量过程中没有发生气相释放过程，可以忽略气相的存在，则油相通过阵列电极所测得的曲线形态如图4所示，截取两台阶之间的时间间隔To，电极间距确定，中心管5截面积确定，则油相体积流量Qo可以确定。当流体中的气相含量明显，在测量过程中出现气相释放过程，随着气相的释放，油-水界面上移，并越过一个电极，则通过阵列电极所测得的曲线形态如图5所示，表象为降低一个电平。To是油-水界面通过两电极所用时间，该时间由油相和气相的体积流量共同确定，计录为Qoq。
4、水相体积流量测量(Qw)
当气相和油相体积流量测量完成后，换向阀驱动15开始工作，在阀连杆14的作用下，上换向阀9和下换向阀12联动，上进液口10打开，下进液口13关闭，油-水界面在下方流体的推动下向上运动，与油相体积流量测量方式相同，记录油-水界面通过两电极之间的时间T，则可得到油-气-水三相的总流量Q。
设中心管5的截面积S1，测量装置的截面积S2，阵列电极的间距L，气-油界面的高度变化值L，气相释放引起的单位时间电平降低次数f，则：
气相体积流量：Qq＝(S1-S2)L×f(1)
油相体积流量： Q o = Q oq - Q q = ( S 1 - S 2 ) L × 1 T o - Q q - - - ( 2 )
水相体积流量： Q w = Q - Q o - Q q = ( S 1 - S 2 ) L × 1 T - Q o - Q q - - - ( 3 )
公式中f、To和T均由阵列电极处理电路输出曲线获得，三个参数明确后，即可得到油、气、水三相各自的体积流量。
由于f、To和T均由阵列电极处理电路输出曲线获得，而该曲线是建立在油相存在的前提下，因此体积累积式低产液油井三相流测量方法及装置的应用条件是油井必须产油。
采用本具体实施方式提出的全井眼多探针油气流量测量装置，根据依据油、气、水三相的密度差异，通过密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置的结构设计，使三相实现重力分离，通过记录体积累计，从而测得油、气、水三相的体积流量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.体积累积式低产液油井三相流测量装置，其特征在于，包括全密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置，所述密封集流装置、气相累积控制装置、油水界面监测传感器和流体流向控制装置依次固定连接；
所述全密封集流装置包括集流器驱动(1)、流体出口(2)、集流器导流管(3)和集流器主体(4)，所述集流器驱动(1)用于将采集的流体通过所述集流器导流管(3)充入所述集流器主体(4)中，所述流体出口(2)用于当所述集流器主体(4)满载后排出流体；
所述气相累积控制装置包括中心管(5)、气相流入口(6)、气相阀(7)和气相阀弹簧(8)，所述气相阀(7)用于通过所述气相阀弹簧(8)控制所述气相流入口(6)的开启或关闭，所述中心管(5)设置在所述流体出口(2)与所述气相流入口(6)之间；
所述油水界面监测传感器包括阵列电极(11)，所述阵列电极(11)包括若干个电极，每个所述电极都用于根据连接的负载两端加载的恒定交变电压确定与所述电极接触的是水或油；
所述流体流向控制装置包括上换向阀(9)、上进液口(10)、下换向阀(12)、下进液口(13)、阀连杆(14)和换向阀驱动(15)，所述换向阀驱动(15)用于通过所述阀连杆(14)控制所述上换向阀(9)开启或关闭所述上进液口(10)，所述换向阀驱动(15)还用于通过所述阀连杆(14)控制所述下换向阀(12)开启或关闭所述下进液口(13)。
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