CN105927206A - 井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器 - Google Patents

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庄海军
袁智惠
刘慧东
周家强
贲亮
李楠
张勇余
吴恩明
高晗
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China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
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Daqing Oilfield Co Ltd
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/663—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by measuring Doppler frequency shift

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Abstract

本发明涉及一种井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器。主要解决了传统的测量不准确，井下原油会沾污裸露的探头表面的问题。所述的外筒（6）内部安装有超声波探头及反射体（4），所述的超声波探头上端中心突起顶部位置安装有圆形发射压电片（1）中心突起外围安装有环形接收压电片（2），在超声波探头下端的声导（3）下方配合安装有反射体（4），反射体（4）对应声导的一侧为锥角为80°的锥面，所述的外筒（6）与其内部的超声波探头、反射体（4）之间的空间填充有耦合液(5)。具有结构简单，方便实用，维护方便的特点。

Description

井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器
技术领域
本发明涉及油田测井领域，应用于产出剖面流体流量测量，具体是一种井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器。
背景技术
超声波遇到随流体一起运动的微小颗粒会被反射，反射波的频率与流体流速存在对应关系，因而广泛用于流体流量测量。名称为《超声探头》的实用新型专利（专利申请号：CN200920168427.7）公开了一种结构的用于井下多相流测量的超声探头。采用该探头结构，名称为《一种多相流的测量方法》的发明专利（专利申请号：CN200910160186.6）提供了一种井下三相流测量方法。由于该方法传感器探头与流体直接接触，并且探头的发射面与流体的流动方向相对，使得该方法存在两项缺陷，其一是，离散的油泡和气泡会直接撞击探头接收面，引起接收信号大幅升高，而该升高的信号幅度并不是流量增加引起的，是一虚假信号；其二是，在低水流量（１０m3/d）情况下，井下原油会沾污裸露的探头表面，使发射和接收信号幅度均降低，测量结果偏离正确值。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种发射和接收面与流体流动方向垂直，能够有效避免离散的油泡和气泡的直接撞击和油相的沾污的井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器。
技术方案：一种井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器，包括构成超声波探头的发射压电片（1）、接收压电片（2）、声导（3），还包括反射体（4）、外筒（6），所述的外筒（6）内部安装有超声波探头及反射体（4），所述的超声波探头上端中心突起顶部位置安装有圆形发射压电片（1）中心突起外围安装有环形接收压电片（2），在超声波探头下端的声导（3）下方配合安装有反射体（4），反射体（4）对应声导的一侧为锥角为80°的锥面，所述的外筒（6）与其内部的超声波探头、反射体（4）之间的空间填充有耦合液(5)。
有益效果是：通过采用本发明所采用的技术方案，与井下仪器为一体，发射和接收面与流体流动方向垂直，能够有效避免离散的油泡和气泡的直接撞击和油相的沾污，使测量更加准确，仪器维护更加简单。 附图说明
图1为本发明结构、原理示意图。
图中，1-发射压电片 2-接收压电片 3-声导 4-反射体5-耦合液6-外筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器，包括构成超声波探头的发射压电片（1）、接收压电片（2）、声导（3），还包括反射体（4）、外筒（6），所述的外筒（6）内部安装有超声波探头及反射体（4），外筒作为传感器的发射和接收面。发射面和接收面，超声波探头同时具备发射和接收功能，所述的超声波探头上端中心突起顶部位置安装有圆形发射压电片（1）中心突起外围安装有环形接收压电片（2），在超声波探头下端的声导（3）下方配合安装有反射体（4），使发射波束垂直射向反射体4，反射体（4）对应声导的一侧为锥角为80°的锥面，所述的外筒（6）与其内部的超声波探头、反射体（4）之间的空间填充有耦合液(5)，耦合液是纯净水，用于声波传导；外筒既是仪器壁，将探头封闭在仪器内部，与外界实现隔离，又作为传感器的发射面和接收面。
具体的，工作时传感器居于套管中央，超声探头发出连续的超声波，波束通过耦合液5垂直射向反射体，发射波传导到反射体4锥面后发生反射，以与水平夹角10o 左右的角度通过耦合液5向径向发射，发射波到达外筒时，经过两次折射后，依然以与水平夹角10o左右的角度在套管内向径向发射，当套管内的发射波遇到垂直向上流动的油泡或气泡时，声波发生反射，其中以与水平夹角10o 左右的角度反射的超声波沿着发射波相近的路径返回到超声探头，并被接收压电片2接收，接收信号的频率和幅度携带了流体流动信息，达到测量目的，传感器外径28毫米；外筒壁厚1.5毫米；超声探头发射频率2兆赫兹；反射体锥面夹角80o，材质是铝。

Claims (1)

1.一种井下封闭式超声波多普勒三相流流量测量传感器，包括构成超声波探头的发射压电片（1）、接收压电片（2）、声导（3），还包括反射体（4）、外筒（6），其特征在于：所述的外筒（6）内部安装有超声波探头及反射体（4），所述的超声波探头上端中心突起顶部位置安装有圆形发射压电片（1）中心突起外围安装有环形接收压电片（2），在超声波探头下端的声导（3）下方配合安装有反射体（4），反射体（4）对应声导的一侧为锥角为80°的锥面，所述的外筒（6）与其内部的超声波探头、反射体（4）之间的空间填充有耦合液(5)。
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