CN105569653B - 直井井下湿蒸汽流量干度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了直井井下湿蒸汽流量干度测量装置及方法，包括数据采集电路、传感器电路连接头、温度传感器、压力探头、叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器，所述数据采集电路、传感器电路连接头相互连接后整体密封在绝热保温瓶中，所述绝热保温瓶底部设置绝热瓶堵头，而绝热瓶堵头再连接仪器密封座，所述仪器密封座内设置与传感器电路连接头连接的温度传感器、压力探头，所述仪器密封座底部还依次设置与传感器电路连接头连接的叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器。本发明测试精度高，测试数据准确，起下工艺方便。

Description

直井井下湿蒸汽流量干度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及稠油热采过程中注汽井筒及油层内蒸汽各种参数的测量技术，具体地说是直井井下湿蒸汽流量干度测量装置及方法。

背景技术

我国稠油储量十分丰富，利用注蒸汽开采稠油是热力采油的一种重要方法,其中注入蒸汽的流量和干度对油井增产和提高经济效益起着十分重要的作用。蒸气吞吐和蒸气驱是目前用于稠油开采的一种常用有效的开发方式，由注汽锅炉生产的湿蒸汽通过地面管线输送到热采井口，再由注汽隔热管柱输送到需要加热的油层，注蒸汽井的井下注汽温度、压力、流量、干度是随着井深变化而发生相应的变化，同时进入油层后蒸汽流量、干度等参数根据油层参数也发生相应的变化，因此动态掌握井筒热损失情况和进入各油层的吸汽情况可以有效提高稠油油藏的开发效果、动用程度和稠油的产量。

发明内容

本发明的目的在于提供直井井下湿蒸汽流量干度测量装置及方法，测试精度高，测试数据准确，起下工艺方便。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，直井井下湿蒸汽流量干度测量装置，包括数据采集电路、传感器电路连接头、温度传感器、压力探头、叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器，所述数据采集电路、传感器电路连接头相互连接后整体密封在绝热保温瓶中，所述绝热保温瓶底部设置绝热瓶堵头，而绝热瓶堵头再连接仪器密封座，所述仪器密封座内设置与传感器电路连接头连接的温度传感器、压力探头，所述仪器密封座底部还依次设置与传感器电路连接头连接的叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器。

所述蒸汽干度测量传感器包括多孔壁、持水率测试探头，所述持水率测试探头空套在多孔壁内部，且两者之间形成沉降室，所述持水率测试探头上端形成蒸汽通道，下端则为水通道。

所述蒸汽干度测量传感器下端还连接有导向扶正器，所述仪器密封座通过涡轮转速干簧管连接叶片涡轮传感器。

所述绝热保温瓶外部套有一个仪器外不锈钢保护壳。

所述绝热瓶堵头底部还连接一个压帽，绝热瓶堵头和仪器密封座之间具有锥面密封槽，槽内安装金属密封垫，所述压帽把绝热瓶堵头和仪器密封座压紧密封。

所述仪器外不锈钢保护壳上端通过丝堵连接绳帽。

所述数据采集电路包括用于接收压力传感器测得的压力值信号的压力采集模块、用于接收温度传感器所产生的温度信号的温度采集模块、用于接收蒸汽干度测量传感器测得的干度信号的进行干度测量的电容式持水率采集模块、用于接收叶片涡轮传感器测得的数据的涡轮式流量采集模块，涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，利用直井井下湿蒸汽流量干度测量装置进行测量参数的方法，其步骤为，将直井井下湿蒸汽流量干度测量装置下入井中，利用测量装置上纵向依次排列的用于测试不同纵向位置的压力传感器，和温度传感器，涡轮传感器和持水率探头实时将各自测得的数据传输至绝热保温瓶中的数据采集电路中，其中涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明包括绳帽、测量段、连接在测量段下部的保温段、连接在保温段下部的绝热段以及位于绝热段中的数据采集存储系统，所述测量段包括沿测试仪纵向依次排列的、用于测试不同纵向位置的压力传感器，和温度传感器，涡轮传感器和持水率探头，所述数据采集存储系统中包括用于接收其中一个压力传感器测得的压力值信号的压力采集模块；用于接收热电阻所产生的温度信号的温度采集模块；用于干度测量的靠重位差设计的新型液体电极电容式持水率采集模块；用于流量测量的是涡轮式流量采集模块，该涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量，而不是目前现场采用的依据两相流模型计算干度然后在换算干度的井下蒸汽流量、干度、温度、压力四参数测试技术和仪器。

流量测量范围0t/h-18t/h，精度优于6％；2、干度测量范围：0-100％，精度优于6％；3、压力测量范围0-22MPa，精度优于0.5％；4、温度测量范围：0-374℃，精度优于0.2％。

附图说明

图1为直井井下湿蒸汽流量干度测量装置及方法的结构示意图；

图2为蒸汽干度测量传感器结构示意图；

图3为数据采集电路模块原理连接框图。

图中，1、绳帽；2、丝堵；3、仪器外不锈钢保护壳；4、绝热保温瓶；5、数据采集电路；6、传感器电路连接头；7、仪器密封座；8、绝热瓶堵头；9、金属密封垫；10、压帽；11、温度传感器；12压力探头；13涡轮转速干簧管；14叶片涡轮传感器；15蒸汽干度测量传感器；16导向扶正器。

151、隔热油管或油层套管；152、多孔壁；153、沉降室；154蒸汽通道；155、持水率测试探头；156、水通道。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

参考图1、图2、图3所示，直井井下湿蒸汽流量干度测量装置，试井钢丝通过打绳结的方式固定于绳帽1里，然后将数据采集电路5连接于传感器电路连接头6处，然后将以上部分置于绝热保温瓶4中，该绝热瓶后端由绝热瓶堵头8密封，接着将以上部分在置于仪器外不锈钢保护壳3中，此时仪器密封座7与金属密封垫9通过压帽10进行压紧，从而将整体不耐温的采集电路、电池等部件密封与绝热保温瓶4中保护。仪器密封座7从压帽10部分延伸保护部分分别接有温度传感器11，压力探头12以及后端涡轮转速干簧管13和叶片涡轮传感器14、蒸汽干度测量传感器15和用于直井下入过程中导向和扶正作用的导向扶正器16，组成了新型的油田直井井下湿蒸汽温度、压力、流量、干度测试仪器。所述数据采集电路包括用于接收压力传感器测得的压力值信号的压力采集模块、用于接收温度传感器所产生的温度信号的温度采集模块、用于接收蒸汽干度测量传感器测得的干度信号的进行干度测量的电容式持水率采集模块、用于接收叶片涡轮传感器测得的数据的涡轮式流量采集模块，涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量。

其中蒸汽干度测量传感器属于核心创新部分，其测试原理和方法如下：

蒸汽干度测量：当油田注汽用湿蒸汽中的蒸汽和水流过15蒸汽干度测量传感器时，导电液体(导电相)一边与阳极表面的绝缘层接触，一边与液体电极电容持水率计外壳连接体相连通，此时阳极柱状金属、阳极板表面的绝缘层以及导电液体三者就组成了一个电容器。而湿蒸汽中的蒸汽相则不能形成相似的电容器，它们与阳极板接触所形成的电容对传感器的电容值几乎无贡献。由电容器原理，该电容器的有效极板面积就等于导电液体与阳极板表面绝缘层之间的接触面积，于是传感器的电容值为

式中ε为绝缘层的介电常数，A为水与阳极的总接触面积，d为绝缘层的厚度。由上式可以看出，由于绝缘层d非常小，所测的电容值达到纳法数量级，灵敏度高。设计加工过程中，阳极在流动方向上具有300mm长度，为测量电路留下了足够的响应时间，保证了测量精度和应用范围。根本上解决了湿蒸汽测量过程中干度测量难题，同时解决了零点漂移和抗干扰问题，测量的干度与湿蒸汽两相流在注汽井筒内流型和尺寸因素无关。

图2是用于注汽井筒井斜小于28℃时的一种测试仪器结构和方法。整个测量装置悬吊于钢丝上，可以在隔热油管或油层套管151内上下移动。持水率测试探头155位于蒸汽干度测量传感器的中心位置，而持水率测试探头155的外壁和多孔壁152的内壁之间的环形空腔则构成了沉降室153。持水率测试探头155与沉降室153之间通过蒸汽通道154和水通道156相连通。多孔壁152仍处于流道与沉降室153之间，同时还起测试仪器外壳的作用。另外多孔壁152上的开孔区域要比沉降室153的高度低一些，在上端和下端各留出一段不开孔的区域，以便于轻相蒸汽和重相水分别在沉降室153的上部和下部聚集。

蒸汽流量测量：涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测.当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化.传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。通过本仪器上的持水率探头测量而换算的干度数据，结合仪器测量的压力数据，温度数据和管径能够得到此时蒸汽的两相质量流量。

压力测量：采用常用的油井井下压力传感器测量。

温度测量：采用热电阻温度计进行井下温度测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (5)

1.直井井下湿蒸汽流量干度测量装置，其特征在于，包括数据采集电路、传感器电路连接头、温度传感器、压力探头、叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器，所述数据采集电路、传感器电路连接头相互连接后整体密封在绝热保温瓶中，所述绝热保温瓶底部设置绝热瓶堵头，而绝热瓶堵头再连接仪器密封座，所述仪器密封座内设置与传感器电路连接头连接的温度传感器、压力探头，所述仪器密封座底部还依次设置与传感器电路连接头连接的叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器；

所述蒸汽干度测量传感器包括多孔壁、持水率测试探头，所述持水率测试探头空套在多孔壁内部，且两者之间形成沉降室，所述持水率测试探头上端形成蒸汽通道，下端则为水通道；

所述蒸汽干度测量传感器下端还连接有导向扶正器，所述仪器密封座通过涡轮转速干簧管连接叶片涡轮传感器；

所述数据采集电路包括用于接收压力传感器测得的压力值信号的压力采集模块、用于接收温度传感器所产生的温度信号的温度采集模块、用于接收蒸汽干度测量传感器测得的干度信号的进行干度测量的电容式持水率采集模块、用于接收叶片涡轮传感器测得的数据的涡轮式流量采集模块，涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量。

2.根据权利要求1所述的直井井下湿蒸汽流量干度测量装置，其特征在于，所述绝热保温瓶外部套有一个仪器外不锈钢保护壳。

3.根据权利要求1所述的直井井下湿蒸汽流量干度测量装置，其特征在于，所述绝热瓶堵头底部还连接一个压帽，绝热瓶堵头和仪器密封座之间具有锥面密封槽，槽内安装金属密封垫，所述压帽把绝热瓶堵头和仪器密封座压紧密封。

4.根据权利要求2所述的直井井下湿蒸汽流量干度测量装置，其特征在于，所述仪器外不锈钢保护壳上端通过丝堵连接绳帽。

5.利用直井井下湿蒸汽流量干度测量装置进行测量参数的方法，其步骤为，将直井井下湿蒸汽流量干度测量装置下入井中，利用测量装置上纵向依次排列的用于测试不同纵向位置的压力传感器，和温度传感器，涡轮传感器和持水率探头实时将各自测得的数据传输至绝热保温瓶中的数据采集电路中，其中涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量；

所述直井井下湿蒸汽流量干度测量装置包括数据采集电路、传感器电路连接头、温度传感器、压力探头、叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器，所述数据采集电路、传感器电路连接头相互连接后整体密封在绝热保温瓶中，所述绝热保温瓶底部设置绝热瓶堵头，而绝热瓶堵头再连接仪器密封座，所述仪器密封座内设置与传感器电路连接头连接的温度传感器、压力探头，所述仪器密封座底部还依次设置与传感器电路连接头连接的叶片涡轮传感器、蒸汽干度测量传感器；

所述蒸汽干度测量传感器包括多孔壁、持水率测试探头，所述持水率测试探头空套在多孔壁内部，且两者之间形成沉降室，所述持水率测试探头上端形成蒸汽通道，下端则为水通道；

所述蒸汽干度测量传感器下端还连接有导向扶正器，所述仪器密封座通过涡轮转速干簧管连接叶片涡轮传感器；

所述数据采集电路包括用于接收压力传感器测得的压力值信号的压力采集模块、用于接收温度传感器所产生的温度信号的温度采集模块、用于接收蒸汽干度测量传感器测得的干度信号的进行干度测量的电容式持水率采集模块、用于接收叶片涡轮传感器测得的数据的涡轮式流量采集模块，涡轮传感器测量结果结合干度测量数据能够实现质量流量的精确测量。

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