CN102797453B - 一种测井密度计 - Google Patents

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Abstract

一种测井密度计属于测量仪器，用于石油钻井中的测井。包括一次表和二次表。一次表由一根弯成近似长椭圆形状的测量管（4），高压接头（1），端板（2），隔振板（3），两个检测器（5），辅助振板（7），激振器（8），铂电阻温度传感器（9）以及圆筒外壳和电缆插头（6）等部分组成。由二次表提供激振器（8）激励信号，使测量管（4）产生自激振荡。被测量液体由测量管一端（1）流入，从另一端流出。二次表将检测器（5）输出的信号经放大、滤波和整形，将相位差和周期转变为数字量。温度经AD采样变为数字信号。微控制器依据测量的相位差、周期和温度，经计算及温度补偿，得到质量流量，密度和温度。输出电路将质量流量、密度和温度转变为1kHz～10kHz脉冲输出。

Description

一种测井密度计
技术领域
本发明属于测量仪器，具体涉及一种用于石油钻井中测量井下液体密度，同时还能测量质量流量和温度等的专门测井仪器
背景技术
由于石油钻井的特殊工况，要求测井仪器体积小(直径不能大于钻井管道)，环境条件恶劣(温度150℃，压力160Mpa)，测量精度要求高。现有专利及目前使用的测井密度仪器，多数是利用放射源的射线穿透被测介质，通过探测器检测计算。还有部分专利采用其他的方法。如：
1、高温密度测井仪器，专利申请号：200720022988.7。其技术方案是包括放射性屏蔽和接收机构、贴井壁推靠机构、连接头组成。改进部分主要体现在：放射性屏蔽和接收机构位于仪器的中部，两端分别是贴井壁推靠机构和连接头。所述的贴井壁推靠机构至少包括一组弹簧偏心器，弹簧偏心器是在筒壁上预制弹簧片槽口，弹簧片的两端连接滑座后被卡在筒壁上。在屏蔽体内的晶体外套装金属保温瓶。本实用新型的特点是整个仪器的体积短小、成本降低、操控性提高；将屏蔽体组件与源室组件、线路组件整体组合为一起，保证源室与探测器之间的相对位置，并在此结构中使用金属保温瓶，因而进一步提高仪器的温度指标。
2、声波变密度测井仪器，专利申请号：200510044012.5。本发明涉及一种完全利用声波原理测量固井质量的新型声波变密度测井仪器。其技术方案是：包括声系、声波电子线路、伽玛仪、磁定位仪。声系是由发射器、隔声体、声幅测井仪(CBL)接收器、变密度测井仪(VDL)接收器组成，声波电子线路包括电源电路、逻辑电路、前置放大电路、发射电路、电缆驱动电路组成，伽玛仪包括闪烁探测器和机械部件组成，磁定位仪由一块电子线路板和机械部分组成。本发明的仪器信号组合方式即把仪器信号在时间上分开传输，直流供电，直流供电可以和交流信号共同使用同一根缆芯，相互不发生干扰。仪器在外径细化过程中，更容易选用从声学理论上较适用的晶体。这种声系结构不仅增大了声系发射能量和接收灵敏度，而且抗H2S气体腐蚀，提高了仪器的耐用性和灵敏度。
3、岩性密度测井仪，专利申请号：200510044017.8。本发明涉及一种石油测井仪器，利用它可以在裸井眼内定量测量地层物质密度及其岩性。仪器由推靠器和电子信号处理电路两部分硬件构成。推靠器是一个由电机驱动的推开/收拢装置。在摊靠器上布置了2个NaI闪烁晶体和相应的光电倍增管，一个源室、一个电机控制电路。电子信号处理电路是该仪器的核心部分，其功能是响应地面命令，控制仪器的工作状态，采集并上传伽马射线能量谱和其它信息。电子信号处理电路先装入金属保温瓶内，然后再密封在一个金属承压外壳内，以便适用于石油测井的高温高压地层环境。岩性密度测井仪器在地质研究方面，具有重要应用价值。
4、固井质量综合检测方法，专利申请号：200310107637.2。固井质量综合检测方法，它涉及油田油、水井固井质量检测方法的改进。本发明将声波测井仪和伽马一伽马密度测井仪分别从油井套管内放入井下，测量仪器周围介质的状态，测量的信号通过电缆传至地面仪器被记录下来，通过计算机对测量记录结果的分析，解释固井的质量：初至波到时大于Tut，自然伽马值大、ρ＞ρlt，判断II界面胶结良好；自然伽马值小、ρ＜ρlt，则判断为II界面胶结差；本发明多种测井资料得到综合，参与固井质量检测的信息从少到多，检测结果从单参数到多参数，对固井I界面微环、固井II界面胶结质量以及水泥环的抗压强度给出了准确结果，解决了固井质量检测中的多解性问题，与以往的检测方法相比对固井质量的检测更为准确、全面。
另外有些专利不适用于井下环境，只能在地面使用。如：
1、自动测井系统及其操作方法，专利申请号：96198589.5。一种自动测井系统(20)利用将具有质量流量计和密度计两种功能的Coriolis流量计(66)与一种出水量(水含量)监测器(66)组合使用计算从测试分离器(24)中排出的呈混合的或两相的产物流的材料的体积流速和密度。修正油相密度值以便消除水成分的影响并将经过修正的油相密度值划分为质量流速读数，以便得到净油流速。系统的控制由一个利用气套系统(28)防止测试分离器内的气体释放的自动控制器(86)管理。
2、高精度流体密度在线测量仪，专利申请号：00225142.6。高精度流体密度在线测量仪由底座、流体进口管、流体出口管、进口端软管、出口端软管、流体流通管、测力传感器、中间传力件及测量指示表头连接构成。在施工现场使用时从流体进口管通入被测流体，经进口端软管、流体流通管、出口端软管，最后从流体出口管流出。该测量仪结构简单，性能可靠，测量精度高，制造成本低，适用各种不同流体密度的高精度测量，特别是高粘度和含悬浮颗粒的浆体(如水泥浆体、矿浆、纸浆等)的高精度测量。
3、差压式密度测量装置，专利申请号：00216445.0。本实用新型涉及一种差压式密度测量装置，包括检测部件以及相互贯通的进液管，待测管和出液管，检测部件平行设置在待测管一侧，它包括长、短测量管和差压传感器，待测管的上下两个检测口分别通过长、短测量管和差压传感器联接，进液管从待测管的上下检测口连线中部接入。本实用新型克服了普通差压式密度测量装置检测准确性低、成本高的缺陷，只需一个差压传感器且不需加大待测管的内径就能准确计算出流体密度，具有结构简单、检测成本低的优点。
现有的测井技术及专利存在着测量不准确、使用不方便和维护保养困难等问题。
发明内容
本发明涉及一种专用于石油钻井中通过钻井管道深入到井下测量的测井密度计，同时还能测量质量流量和温度。包括一次表(传感器)和二次表(变送器)。
所述的一次表如图1所示，由一根弯成近似长椭圆形状的测量管4，高压接头1，端板2，隔振板3，两个检测器5，辅助振板7，激振器8，铂电阻温度传感器9以及圆筒外壳和电缆插头6等部分组成。
所述的一次表其特征在于：由二次表提供经选频后的正反馈激励信号，送到安装在测量管4和辅助振板7中间的激振器8上，使测量管4产生自激振荡。被测量液体由测量管一端1流入，从测量管另一端流出。依据科里奥利(Coriolis)力原理，通过测量两个检测器5输出信号的相位差，可以得到质量流量，测量管道振动的周期计算出密度，利用管道上安装的铂电阻温度传感器测量温度。
所述一次表中的激振器8和检测器5其特征在于：是由高温稀土永磁体及线圈组成。检测器5也可采用其他位移测量技术的传感器，如光电位移测量技术等，但必须能承受150℃高温环境。
所述的一次表中的测量管4其特征在于：也可由一根直管或弯成任意形状的弯管制成。
所述一次表中的圆筒外壳其特征在于：为保证激振器8、检测器5和铂电阻温度传感器9的顺利安装，可在圆筒外壳的相关部位开孔，但不能破坏圆筒外壳的强度，确保其能起到稳固支撑作用。
所述的二次表原理框图如图2所示，其特征在于：由一次表两个检测器5输出的正弦波信号，分别经过放大、滤波和整形电路，送给相位差和周期检测电路，将相位差和周期转变为数字量，发送给微控制器。其中一路经过放大滤波后，形成正反馈激励信号，送给激振器，持续保持测量管的稳定振动。由PT100铂电阻测量的温度信号，经变换成电压并放大后，输出给微控制器的AD采样变换为数字信号。微控制器依据测量的相位差信号、周期信号和温度信号，经计算及温度补偿，得到质量流量，流体密度和温度。频率输出电路将质量流量、密度和温度转变为1kHz～10kHz脉冲输出。
所述的一种测井密度计其特征在于：若仅测量密度不测量质量流量，则一次表中只有一个检测器5，二次表中也相应减少一路放大、滤波和整形电路。
本发明采用机械结构的测量管为测量元件，测量结果稳定，重复性和线性好，经温度补偿后的准确度较高。彻底解决了现有测井仪器采用放射源测量密度时使用不方便和维护保养困难的问题。
附图说明
附图1，一种测井密度计一次表(传感器)结构图
附图2，一种测井密度计二次表(变送器)原理框图
具体实施方式
实施例1
所述的一次表为保证在井下恶劣环境中能正常工作，测量管4必须用一根无缝管冷弯成形，中间不许间断焊接，并且在组装过程中确保测量管4不能在弯曲、焊接等加工过程中受到损伤。一次表的组装焊接应保证变形小，确保测量管在正常环境和高温高压下都能自由振 动，不能刮蹭任何固定部分。
所述的二次表为保证在井下恶劣环境中能正常工作，所有电子元件均选用温度最高等级的器件，并经过150℃温度的通电老化筛选。

Claims (7)

1.一种测井密度计，包括一次表和二次表，所述的一次表由一根弯成近似长椭圆形状的测量管(4)，高压接头(1)，端板(2)，隔振板(3)，两个检测器(5)，辅助振板(7)，激振器(8)，铂电阻温度传感器(9)以及圆筒外壳和电缆插头(6)组成；其特征是专用于石油钻井中通过钻井管道深入到井下测量，测量管能承受160MPa压力，一次表和二次表能在150℃环境下长期工作。
2.根据权利要求1所述的测井密度计，所述的一次表将二次表提供经选频后的正反馈激励信号，送到安装在测量管(4)和辅助振板(7)中间的激振器(8)上，使测量管(4)产生自激振荡；被测量液体由测量管一端高压接头(1)流入，从测量管另一端流出；依据科里奥利(Coriolis)力原理，通过测量两个检测器(5)输出信号的相位差，可以得到质量流量，测量管道振动的周期计算出密度，利用管道上安装的铂电阻温度传感器测量温度。
3.根据权利要求1所述的测井密度计，所述的一次表中的测量管(4)由一根直管或弯成任意形状的弯管制成。
4.根据权利要求1所述的测井密度计，所述一次表中的激振器(8)和检测器(5)其特征在于：是由高温稀土永磁体及线圈组成；检测器(5)采用其他位移测量技术的传感器，如光电位移测量技术，需能承受150℃高温环境。
5.根据权利要求1所述的测井密度计，所述一次表中的圆筒外壳，为保证激振器(8)、检测器(5)和铂电阻温度传感器(9)的顺利安装，在圆筒外壳激振器(8)、检测器(5)和铂电阻温度传感器(9)的部位开孔，但不能破坏圆筒外壳的强度，确保其能起到稳固支撑作用。
6.根据权利要求1所述的测井密度计，所述的二次表将一次表两个检测器(5)输出的正弦波信号，分别经过放大、滤波和整形电路，送给相位差和周期检测电路，将相位差和周期转变为数字量，发送给微控制器；其中一路经过放大滤波后，形成正反馈激励信号，送给激振器，持续保持测量管的稳定振动；由PT100铂电阻测量的温度信号，经变换成电压并放大后，输出给微控制器的AD采样变换为数字信号；微控制器依据测量的相位差信号、周期信号和温度信号，经计算及温度补偿，得到质量流量，流体密度和温度；频率输出电路将质量流量、密度和温度转变为1kHz～10kHz脉冲输出。
7.根据权利要求1所述的测井密度计，其特征在于：若仅测量密度不测量质量流量，则一次表中只有一个检测器(5)，二次表中也相应减少一路放大、滤波和整形电路。
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