CN103225504A

CN103225504A - 一种高粘度混合流体特性测量探头

Info

Publication number: CN103225504A
Application number: CN2013101380677A
Authority: CN
Inventors: 张涛; 柳贡慧; 李军
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-07-31

Abstract

本发明提供一种高粘度混合流体特性测量探头，所述高粘度混合流体特性测量探头由外电极、内电极、以及所述外电极和所述内电极之间的绝缘材料构成，其中，所述外电极呈圆管状，所述内电极呈圆柱状，所述外电极和所述内电极为相同轴心，所述外电极和所述内电极均为硬质金属材料；所述外电极的一端和所述内电极的一端在同一平面或同一曲面上，该端为测量端面，用于测量从该测量端面流过的被测介质的介电常数。该探头可测量介质的介电常数，其体积小，测量精度高、不受介质成分以及成分比例和粘度的影响。可工作在高温高压以及高频高强度振动的条件下的钻井作业中，可实时测量井筒中近钻头处钻井液成分变化情况，为预防和处理井下事故提供了有利时机。

Description

一种高粘度混合流体特性测量探头

技术领域

本发明涉及石油钻井过程中管道中单相或多相流体特性测量领域，更具体的涉及一种高粘度混合流体特性测量探头。

背景技术

在钻井过程中，常有溢流、气侵等复杂工况发生，如在早期不能及时发现且加以控制，有可能使事故进一步恶化，形成井涌甚至井喷等恶性钻井事故，甚至造成井毁人亡重大事故。溢流、气侵是地层流体进入井筒之中，由于地层流体与井筒中的钻井液介电常数不同，当溢流和气侵发生时必然引起井筒中钻井液介电常数的变化，因此只要实时测量井筒中介电常数的变化即可及时得知是否有溢流和气侵发生。

介电特性为电介质的固有特性，电介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数,又称诱电率。一般不同的物质具有不同的介电常数。如果某一电介质与混入其中的杂质介电常数有较大差别，可通过测量此介质的介电常数变化来判断其是否混入杂质。

如利用介电常数测量原油含水率、润滑油使用状况、油品生产质量等等。

目前测量介电常数常用传感器为平行板电极式和同轴电缆式，

钻井作业在工业工程中有其特殊性，因此对所使用测量仪器有一定特殊要求，主要表现为：

（1）井眼及钻具尺寸有限，这就要求所使用随钻测量仪器的体积不能过大；

（2）井下环境恶劣，所使用探头应能在高温高压环境中使用；

（3）钻具时刻处于高频高强度冲击之中，要求测量元件有一定抗冲击能力；

（4）钻井液粘度大，并且含有一定的岩屑，要求测量探头具有防堵塞能力；

（5）钻井液流速大，且含有固相颗粒，要求测量探头具有耐磨损能力；

现有技术存在一种高灵敏度液体介电常数测量探头，该探头采用同轴、开口、可伸缩的结构，不能满足上述最后三条的要求。现有技术还存在一种使用具有不同灵敏度深度的两个开端式同轴探头测量多相混合物中的液体的特性的系统和方法，其使用了旋动元件将多相流生成环形流，再使用了两种不同长度的探头测量器介电常数，然而其也不能完全满足（例如不能满足（2）-（5））上述井下测量的复杂条件要求。

综上所述，目前市面所有介电常数测量探头均不能用于钻井过程中复杂条件下的随钻实时测量。

发明内容

本发明实施例提供一种高粘度混合流体特性测量探头，以应用于钻井过程中复杂条件下的随钻实时测量。

为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种高粘度混合流体特性测量探头，所述高粘度混合流体特性测量探头由外电极、内电极、以及所述外电极和所述内电极之间的绝缘材料构成，其中，所述外电极呈圆管状，所述内电极呈圆柱状，所述外电极和所述内电极为相同轴心，所述外电极和所述内电极均为硬质金属材料；所述外电极的一端和所述内电极的一端在同一平面或同一曲面上，该端为测量端面，用于测量从该测量端面流过的被测介质的介电常数。

可选的，在本发明一实施例中，所述被测介质为单相或者多相混合物。

可选的，在本发明一实施例中，所述测量端面为未做绝缘处理的测量端面。

可选的，在本发明一实施例中，所述内电极的测量端面一端半径大于或等于所述外电极最小处的厚度，以适用于井底高压环境。

可选的，在本发明一实施例中，所述内电极的非测量端面半径小于该内电极的测量端面一端半径，以提高测量灵敏度。

可选的，在本发明一实施例中，所述绝缘材料比被测介质的介电常数低。

可选的，在本发明一实施例中，所述外电极的非测量端面的半径大于该外电极的测量端面一端的半径，以适用于外部安装。

可选的，在本发明一实施例中，所述外电极的非测量端面的半径小于该外电极的测量端面一端的半径，以适用于内部安装。

可选的，在本发明一实施例中，所述外电极为测量短节本体。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述高粘度混合流体特性测量探头由外电极、内电极、以及所述外电极和所述内电极之间的绝缘材料构成，其中，所述外电极呈圆管状，所述内电极呈圆柱状，所述外电极和所述内电极为相同轴心，所述外电极和所述内电极均为硬质金属材料；所述外电极的一端和所述内电极的一端在同一平面或同一曲面上，该端为测量端面，用于测量从该测量端面流过的被测介质的介电常数的技术手段，所以达到了如下的技术效果：高粘度多相流体特性测量探头可测量介质的介电常数，其体积小，测量精度高、不受介质成分以及成分比例和粘度的影响。可工作在高温高压以及高频高强度振动的条件下。应用在钻井作业中，可实时测量井筒中近钻头处钻井液成分变化情况，及时发现进入井筒中的地层流体，为预防和处理井下事故提供了有利时机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种高粘度混合流体特性测量探头结构示意图；

图2为本发明应用实例适用于外部安装的探头结构示意图；

图3为本发明应用实例适用于外部安装的探头在测量短节中的安装方式示意图；

图4为本发明应用实例适用于内部安装的探头结构示意图；

图5为本发明应用实例适用于内部安装的探头在测量短节中的安装方式示意图；

图6为本发明应用实例测量短节本体作为外电极的探头设计示意图；

图7为本发明应用实例测量探头在井筒中的测量示意图；

图8为本发明应用实例测量探头气侵测试数据示意图。

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做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。

为了防止钻井井涌、井喷等重大事故发生，通过实时测量井下近钻头处环空流体介电常数，及时发现进入井筒中地层流体（油、气、水），从而为控制事故进一步发展赢得宝贵时间，如图1所示，为本发明实施例一种高粘度混合流体特性测量探头结构示意图，所述高粘度混合流体特性测量探头由外电极1、内电极2、以及所述外电极和所述内电极之间的绝缘材料3构成，其中，所述外电极1呈圆管状，所述内电极2呈圆柱状，所述外电极1和所述内电极2为相同轴心，所述外电极1和所述内电极2均为硬质金属材料；所述外电极1的一端和所述内电极2的一端在同一平面或同一曲面上，该端为测量端面4，用于测量从该测量端面4流过的被测介质的介电常数。

可选的，所述被测介质为单相或者多相混合物。可选的，所述测量端面4为未做绝缘处理的测量端面。可选的，所述绝缘材料3比被测介质的介电常数低。

可选的，所述内电极2的测量端面一端半径大于或等于所述外电极最小处的厚度，以适用于井底高压环境。为了增大探头的测量灵敏度，可将内电极2设计为测量端面一端半径大于所述外电极最小处的厚度，如图1所示。

可选的，所述内电极2的非测量端面半径小于该内电极的测量端面一端半径，以提高测量灵敏度。为了减小探头的整体体积并提高测量灵敏度，可将内电极2设计为非测量端半径较小。

外电极1的外形设计一般考虑实际的安装需求。此探头使用时可外部安装，也可内部安装，使用卡璜或螺纹固定，更换方便。

可选的，所述外电极的非测量端面的半径大于该外电极的测量端面一端的半径，以适用于外部安装。如图2所示，为本发明应用实例适用于外部安装的探头结构示意图；如图3所示，为本发明应用实例适用于外部安装的探头在测量短节中的安装方式示意图。

可选的，所述外电极的非测量端面的半径小于该外电极的测量端面一端的半径，以适用于内部安装。如图4所示，为本发明应用实例适用于内部安装的探头结构示意图；如图5所示，为本发明应用实例适用于内部安装的探头在测量短节中的安装方式示意图。

可选的，所述外电极可为测量短节本体。如图6所示，为本发明应用实例测量短节本体作为外电极的探头设计示意图，其中1表示测量短节本体作为外电极的设计。

如图7所示，为本发明应用实例测量探头在井筒中的测量示意图，其中包括：测量短节71，井壁72，测量探头73，钻井液74。如图8所示，为本发明应用实例测量探头气侵测试数据示意图，可见，本发明上述应用实例的高粘度混合流体特性测量探头，由不等径内电极，外电极和低介电常数绝缘材料组成。可在钻井过程中实时测量井底钻井液介电特性和导电特性，以及由此参数间接得到的其它参数。可在高温高压高频振动环境中使用，有助于及时发现溢流、气侵等事故。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述高粘度混合流体特性测量探头由外电极、内电极、以及所述外电极和所述内电极之间的绝缘材料构成，其中，所述外电极呈圆管状，所述内电极呈圆柱状，所述外电极和所述内电极为相同轴心，所述外电极和所述内电极均为硬质金属材料；所述外电极的一端和所述内电极的一端在同一平面或同一曲面上，该端为测量端面，用于测量从该测量端面流过的被测介质的介电常数的技术手段，所以达到了如下的技术效果：高粘度多相流体特性测量探头可测量介质的介电常数，其体积小，测量精度高、不受介质成分以及成分比例和粘度的影响。可工作在高温高压以及高频高强度振动的条件下。应用在钻井作业中，可实时测量井筒中近钻头处钻井液成分变化情况，及时发现进入井筒中的地层流体，为预防和处理井下事故提供了有利时机。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述高粘度混合流体特性测量探头由外电极、内电极、以及所述外电极和所述内电极之间的绝缘材料构成，其中，所述外电极呈圆管状，所述内电极呈圆柱状，所述外电极和所述内电极为相同轴心，所述外电极和所述内电极均为硬质金属材料；所述外电极的一端和所述内电极的一端在同一平面或同一曲面上，该端为测量端面，用于测量从该测量端面流过的被测介质的介电常数。

2.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述被测介质为单相或者多相混合物。

3.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述测量端面为未做绝缘处理的测量端面。

4.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述内电极的测量端面一端半径大于或等于所述外电极最小处的厚度，以适用于井底高压环境。

5.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述内电极的非测量端面半径小于该内电极的测量端面一端半径，以提高测量灵敏度。

6.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述绝缘材料比被测介质的介电常数低。

7.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述外电极的非测量端面的半径大于该外电极的测量端面一端的半径，以适用于外部安装。

8.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述外电极的非测量端面的半径小于该外电极的测量端面一端的半径，以适用于内部安装。

9.如权利要求1所述高粘度混合流体特性测量探头，其特征在于，所述外电极为测量短节本体。