CN106415252A - 用于产生表示在油井中流动的流体的局部相组成的信号的探针、探测仪和方法，探针包括具有电绝缘材料的末端的本体 - Google Patents
用于产生表示在油井中流动的流体的局部相组成的信号的探针、探测仪和方法，探针包括具有电绝缘材料的末端的本体 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于产生表示在井(51)中流动的流体(10)的局部相组成(O，W)的信号(u(t))的探针(11)，其包括：电绝缘材料的本体(13)，所述本体具有末端(15)，所述末端适于与所述流体(10)接触；至少两个导电材料的电极(14a，14b，14c，14d)，所述电极相对于本体(13)的中心轴线(XX’)位于所述本体(13)中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一侧上的流体(10)。
Description
技术领域
本发明涉及用于产生表示在井中流动的流体的局部相组成的信号的探针、探测仪和方法。本发明涉及通过局部测量来识别在井中流动的流体的相和电性质特征。特别地，本发明可以应用于通过局部测量来识别在油气井中流动的包含水的多相流体的相，还可以应用于注入井的背景，其中，在井中流动的流体包括注入的淡水和源自地下的盐水。
背景技术
在油气井中的多相流非常难以评估和测量，这是因为根据流体性质、保持率、速率，多相流会遭遇复杂的流态(例如气泡、段塞、雾或分离流)。因为油气井通常是斜井，有时高度倾斜乃至呈水平，所以构成在井中流动的流体的相(油、气体、水)的比例跨越井的给定区段并不均匀并且希望跨越该区段进行绘制。
为了绘制井区段，需要局部传感器以进行流体识别，即，评估井区段的每个位置处的相浓度。
现有技术公开了一种电阻率传感器，其用于确定在油气井中流动的流体内的局部相浓度。
文献US 3,792,347公开了使用多个针状感测尖电极。该文件描述了一种用于测量井内油/水混合物中油的百分比的工具。多个电极以大体共同延伸的阵列布置在产生的混合物的流动路径中的不同水平高度处。提供电极布置方案，因而可以基于接通/非接通集成有对给定时刻浸入在油中的电极数目的统计分析，电极在处于油中时绝缘或者在处于水中接地传导。被油滴如此绝缘的电极的数目被转换成模拟电信号。因水中的电阻和电流偏移电压变化导致的错误得到补偿。
文献US 5,661,237公开了一种包括多个局部电阻率探针的测量探测仪。该文献描述了用于在油气井中产生表示多相流体的局部流参数的信号的方法，该方法包括将至少一个局部传感器放置在流体中的步骤和产生信号的步骤，其中，所述信号的级表征传感器浸入其中的相，在峰值处产生信号，所述峰值的曲率半径小于100微米。该方法可以用于确定流体的不同相的保持率。
文献US 5,661,237中公开的电探针具有同轴结构。在图1a、1b、1c和1d中示出了根据现有技术的这种探针。探针1由外部金属管2和中心金属电极4构成，外部金属管和中心金属电极由绝缘体3分隔开。探针1的末端5成形为圆锥形，以便形成尖端从而有助于流体10界面穿刺。通过测量外部电极2(接地电极)和中心电极4之间的阻抗进行测量，所述阻抗与流体10的电阻率、电容率和探针几何结构有关。图1a是这种电极的外部视图。测量结果使得能够检测在油气井中流动的多相流体10中的水。图1b是针对这种电极的末端5构造的横截面图。图1c是示出了从探针末端大量延伸的电流线6的横截面图，探针末端对气泡/液滴尺寸和连续介质性质有较大敏感度。图1d示出了针对这种电探针(实线u1)和针对具有延伸的接地针的替代电探针(虚线u2)的运动流体界面的探针响应u(t)。运动流体界面对应于电极穿入水中的油滴。不同流体界面Fla(在穿入之前)、Flb(在末端端部处穿入)、Flc(末端穿入一半)和Fld(末端全部穿入)处的探针响应u(t)。
以下是这种探针结构的缺点：
·敏感度从探针末端向远延伸，从而导致多相条件中的不稳定测量。特别地，从水到油或气体的连续介质的变化对测量造成较大影响。
·测量取决于电极电阻率和金属与其浸入其中的流体之间的接触电阻。在高盐度盐水中，流体电阻率对信号的贡献会变得较小，从而导致测量结果不准确。
·外部电场能够在探针的外部管中产生寄生电流。特别地，在测量探测仪中产生的接地电流难以与探针的外部管隔离，并且在测量中产生噪音。
·由于上述限制，不能准确地测量流体的电性质。特别地，这种探针用于从油和气体中区分出水，从而给出数字类信号。特别地，其不能解释水盐度。
·化学和机电效应会导致金属表面处的绝缘层增长，从而降低探针的机械完整性并且改变测量结果。
·响应较慢，这是因为过渡需要探针完全浸入水中直到外部管金属接触以便限定电流的返电路径。
·探针的金属末端面向流，并且在其尖端处具有最大流速。因此，在高流量条件下，传感器的敏感元件因固体颗粒(例如流携带的砂砾)而受到磨损，从而导致随时间场中探针退化和信号改变。
·油或水滴会粘附在探针的末端，特别是粘附在绝缘体－金属界面处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于产生表示在管道中流动的流体的局部相组成的信号的探针和/或探测仪和/或方法，该探针和/或探测仪和/或方法客服了现有方法和/或设备的限制中的一个或多个。
根据一个方面，提供一种探针，其用于产生表示在井中流动的流体的局部相组成的信号，所述探针包括：电绝缘材料的本体，所述本体具有适于与流体接触的末端；至少两个导电材料的电极，所述电极相对于本体的中心轴线位于所述本体中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极具有端部，所述端部暴露于位于所述末端的任一侧上的流体。
探针可以包括同时作为激励电极和检测电极的两个电极，所述电极适于连接到测量电路，所述测量电路包括与测量模块并联的激励模块，由测量模块测量的电极中的信号与表示接触末端的流体的局部相组成的电参数有关。
探针可以包括第一对电极和第二对电极，所述第一对电极是激励电极并且位于第一平面中，所述第一平面与本体的中心轴线相交，所述第二对电极是检测电极并且位于第二平面中，所述第二平面与本体的中心轴线相交并且相对于第一平面成一角度，所述第一对电极适于连接到激励模块，所述第二对电极适于连接到测量模块。
激励模块可以包括通过第一分流电阻器连接到第一电极的第一交流电压发生器，和通过第二分流电阻器连接到第二电极的第二交流电压发生器，所述第一和第二交流电压发生器产生反相的激励信号。
探针可以包括金属管，所述金属管包围所述本体并且作为护罩。
每个电极可以具有绝缘材料的护套。
本体的末端可以呈圆锥形以便限定末端圆锥表面，暴露于流体的电极端部从本体露出在末端圆锥表面中、在末端端点的侧部。
本体的末端可以包括两个平表面，所述两个平表面相对于本体的中心轴线成不同角度，暴露于流体的电极端部从本体露出在平表面中、在末端端部线的侧部。
探针可以包括光学元件，所述光学元件位于本体的中心部分中，所述光学元件的端部部分形成探针末端的端部。
探针可以包括电子板，所述电子板连接到本体并且与测量电路和处理模块集成，以便在输出电缆上输送数字测量结果。
根据另一方面，提供一种测量探测仪，所述测量探测仪适于沿着井并在井中移位，所述测量探测仪包括多个根据本发明的探针，所述探针相对于测量探测仪的中心轴线位于成角度分布的位置处。
井是油气井，并且测量探测仪承载定中器，多个探针固定到定中器。
根据另一方面，提供一种用于产生表示在井中流动的流体的局部相组成的信号的方法，该方法包括以下步骤：
-将探针插入在井中，所述探针包括：电绝缘材料的本体，所述本体具有末端，所述末端适于与流体接触；至少两个导电材料的电极，所述电极相对于本体的中心轴线位于所述本体中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极具有端部，所述端部暴露于位于所述末端的任一侧上的流体；
-将激励信号施加在两个电极上，所述电极是激励电极；
-测量与表示接触两个电极上的末端的流体的局部相组成的电参数有关的检测信号，所述电极是检测电极。
根据另一方面，提供一种根据本发明的方法的应用，其用于产生表示在油气井中流动的多相流体的局部相组成的信号。
利用本发明，能够准确地测量流体的电性质，即从油和气体区分出水、解释水盐度，提高空间分辨，减小测量信号干扰等。相较于现有技术的探针，本发明的探针因其设计具有更高的机械完整性以及对流体的化学、机电和腐蚀效应更高的抵抗。这导致更高的准确度和更长的使用寿命。
通过本发明的下文描述，其它优势将变得显而易见。
附图说明
通过示例阐释了本发明并且本发明并不局限于附图，在附图中相同的附图标记表示类似的元件，附图中：
图1a、1b、1c和1d示出了现有技术的电探针；
图2a、2b和2c是分别示出根据本发明的探针的第一和第二实施例的透视图和横截面图；
图3a、3b、3c和3d示出了适于联接到图2a和2b的探针的测量电路(作为等效电子电路)的多种实施例；
图4a、4b和4c示出了通过图2的探针产生的信号的示例；
图5示出了探针的末端的改变的几何结构，所述末端具有倾斜表面；
图6是示意性地示出了根据本发明的探针的第二实施例的透视图，所述探针具有高压引线以便集成在测井工具中；
图7a、7b和7c示意性地示出了测量探测仪，该测量探测仪包括根据上述实施例中的一个所述的探针；。
图8示出了根据本发明的探针的第三实施例，所述探针具有光学传感器；
图9示出了根据本发明的探针(右上方)和根据现有技术的探针(左上方)，并且示出了针对所述探针的油/水前缘传播和典型的探针响应(下方)；和
图10是示意性地示出了用于集成在生产测井工具的测量探测仪中的智能探针的透视图。
具体实施方式
通过参照附图作出的后文描述将理解本发明。
根据图2a、2b和2c的实施例，探针11包括两个(图2a)或四个(图2b)导电材料的丝状电极14a、14b、14c、14d，所述丝状电极位于电绝缘材料的细长本体13中、例如绝缘管13中。所述电极14a、14b、14c、14d(以成对电极)相对于细长本体13的中心轴线XX’位于细长本体13中的相对两侧上，以便彼此绝缘。
探针11的细长本体13具有末端15，该末端呈针状、例如圆锥状。末端15的端部17具有接触流体、更精确地具有刺穿流体10的功能。在油田工业的特殊背景中，该特征有有助于使末端15穿入到在水中流动的油或气泡中。
探针11包括外部金属管12，该外部金属管在本体的总长的至少一部分上包围本体13。金属管13用于机械地保护敏感元件并且电屏蔽信号，从而导致更加稳固和稳定的测量。能够适当地使用例如铬镍铁合金的高强度高耐化学性金属而没有涉及低导电性的问题。
在末端15处从本体13露出的电极14a、14b、14c、14d的端部限定电极接触表面。电极接触表面定位在流体10扫掠的末端表面16上，即绝缘管13的末端15的斜坡上。此外，电极接触表面定位成远离腐蚀区域，即末端15的端点17。因此，暴露于流体10的电极14a、14b、14c、14d端部从本体13露出在末端表面16中、在末端端点17的侧部。这分别确保了快速的响应时间和提高的耐腐蚀性。
根据图2a所示的两丝状电极实施例，两个丝状电极14a、14c定位在与本体的中心轴线XX’相交的第一平面P1中。这两个电极同时是激励电极和检测电极。
根据图2b所示的四丝状电极实施例，第一对丝状电极14a、14c定位在与本体的中心轴线XX’相交的第一平面P1中，第二对丝状电极14b、14d定位在也与本体的中心轴线XX’相交并相对于第一平面P1成一角度的第二平面P2中。在所示非限制性示例中，第一平面P1和第二平面P2互相垂直。
使用多通道陶瓷管(形成呈绝缘管13形状的细长本体)制造探针，由耐腐蚀金属(例如，铬镍铁合金)制成的金属丝(形成电极14a、14b、14c、14d)插入到所述探针中。陶瓷管安装在金属管12内部，所述金属管也由例如铬镍铁合金的高电阻金属制成。金属管内的金属丝段覆盖有绝缘材料，例如聚四氟乙烯。通过胶合或钎焊制成探针组件。然后，将陶瓷管磨削成针状并抛光。密封件30(在图6最佳可见)安装在所述管的基部，从而确保与承载探针的测量探测仪50(在图7a最佳可见)压紧相联并且允许金属丝连接到电子板80(在图10最佳可见)。密封件30可以焊接到管12或使用圆锥形套管31(例如由Swagelok或Parker公司商业化的圆锥形套管)卷曲(在图10最佳可见)。金属丝可以在其基部处覆盖有金或铜的薄膜，以便有助于焊接到电子板。可以使用电解方法进行沉淀。密封件30还可以装配有O型环32(在图6最佳可见)，以便与测量探测仪50防水连接。
图2c是示出了探针11的横截面图，其中电流线18位于探针末端15。这种探针即使在多相流条件下也允许准确地测量水的电阻率。此外，相较于现有技术的探针，该探针以更快的响应时间工作以便有更好的水保持率解释。
图10示出了用于集成在生产测井工具中的智能探针11。探针包括基于圆锥形套管的高压金属-金属密封连接件31(与圆锥形密封元件34相联的螺钉33，所述圆锥形密封元件联接到外部金属管12)和电子板80。电子板80还可以由防护壳体81保护。电子板80与测量电路20和处理模块82集成，所述处理模块在输出电缆83上输送数字信号。这种探针11以高数据速率输送完全校准的导电率测量结果。处理模块82可以是微型控制器，该微型控制器实时计算气泡计数、气泡尺寸分布、保持率并且用户可编程以便调整增益、激励频率和幅度等。所有这些计算数据均可作为输出电缆83上的数字信号用于后续处理。将在下文详细描述测量电路20。
探针管的典型尺寸为外径1/16”(43mm)、长10英寸(254mm)。探针末端的典型角度α为30°至90°。探针的典型直径为约1mm，电极的典型直径为100至300μm。
根据图3a所示的第一实施例，适于包括四个电极14a、14b、14c、14d的探针的测量电路20a包括交流电流发生器21。形成激励模块的交流电流发生器21以数千赫兹至数兆赫兹的频率操作，并且驱动数微安至数毫安的正弦电流i(t)。交流电流发生器21连接到激励电极14a、14d。形成测量模块的电压表22连接到检测电极14b、14d并且测量产生的电压u(t)。在所示示例中，外部管12接地23。测量模块可以包括放大部件，例如运算放大器(未示出)。
根据图3b所示的第二实施例，适于包括四个电极14a、14b、14c、14d的探针的测量电路20b包括两个交流电压发生器24a、24b。交流电压发生器24a、24b以反相操作u2(t)＝-u1(t)。交流电压发生器24a、24b分别通过分流电阻器25a、25b连接到探针电极14a、14c，并且形成激励模块21。形成测量模块的电压表22连接到检测电极14b、14d并且测量产生的电压u(t)。检测电极14b、14d可以连接到放大器和解调电路(未示出)。根据第二实施例，探针电极14b、14d上的平均电压因而在时间和空间上被抵消。反相驱动激励电极产生偶极子，该偶极子抵消了与探针末端相距较近距离处的电场。
根据探针设计、水导电率以及来自测量电路的驱动电流，测量到的典型电压在数微伏至数伏的范围内
虽然附图示出了连接到电路接地23的外部管12，但是替代地，外部管可以从电路接地浮动，以便避免电流通过其返回。
随后，使用同步检测电路或通过数字化后直接计算来解调高频信号u(t)(解调用于移除信号中的高频部分)。
图4a示出了在四个电极探针14a、14b、14c、14d和根据第二实施例的测量电路20b(图3b)的情况下观察到的信号u(t)。
在图4a中，信号Vee1(短虚线)表示施加在激励电极14a上的电压，所述激励电极通过分流电阻器25a连接到交流电压u1(t)发生器24a。信号Vee2(实线)代表施加在激励电极14c上的电压，所述激励电极通过分流电阻器25b连接到交流电压u2(t)发生器24b。交流电压u2(t)是交流电压u1(t)的反向电压，以便抵消远离末端的电场。信号Ved1(点线)和Ved2(交替长－双短虚线)分别表示施加在检测电极14b和14d上的电压。
图2a、3c和3d的实施例涉及仅包括两个丝状电极14a、14c而非图2b的实施例中的四个丝状电极的探针11。涉及图2b的探针的结构的描述也能适用。这个情况下的电路有所不同：不存在单独的电压检测电路。如在上述四金属丝实施例中的，测量电路可以包括反相的两个交流电压发生器，所述两个交流电压发生器通过分流电阻器连接到探针电极。两个电极同时具有激励电极和检测电极的角色。基于流经电极的电流的测量结果确定流体电阻率。
根据图3c所示的第三实施例，适于包括两个电极14a、14c的探针的测量电路20c包括交流电流发生器21。交流电流发生器21以数千赫兹至数兆赫兹的频率操作，并且驱动数微安至数毫安的正弦电流i(t)。交流电流发生器21连接到电极14a、14c。电压表22连接到电极14a、14c并且测量产生的电压u(t)。
根据图3d所示的第四实施例，适于包括两个电极14a、14c的探针的测量电路20d包括两个交流电压发生器24a、24b。交流电压发生器24a、24b以反相操作u2(t)＝-u1(t)。交流电压发生器24a、24b分别通过分流电阻器25a、25b连接到电极14a、14c。电压表22连接到电极14a、14c并且测量产生的电压u(t).
图4b示出了在两个电极探针14a、14b和根据第四实施例的测量电路20b的情况下观察到的信号u(t)。
信号u1(短虚线)代表施加在承担激励电极角色的电极14a上的激励电压，所述电极连接到交流电压u1(t)发生器24a。信号u2(实线)代表施加在承担激励电极角色的电极14b上的电压，所述电极连接到交流电压u2(t)发生器24b。信号Ve1(点线)代表施加在承担检测电极角色的电极14a上的电压。信号Ve2(交替长－双短虚线)代表施加在承担检测电极角色的电极14b上的电压。信号Vout(交替长－短虚线)代表解调后的测量电路输出。
测量原理是对探针末端处的流体的电参数的进行局部测量。测量信号在低频处与导电率有关，在高频处与电阻率有关。通常，水是导体而油/气体是绝缘体。因此，分析测量信号使得能够从代表油/气体的信号中区分出代表水的信号。
图4c示出了在电极14a和14c上的前述信号Ve1和Ve2以及在多相流动条件下的测量电路输出Vout。值约为1V的测量输出电压Vout被解释为水流W(小的信号幅度是高导电性或低电阻流体、即水的特征)。在特定时间段(平稳区段)内值约为1.2V的测量输出电压Vout的突然增加被解释为气体或油O泡经过(大的信号幅度是低导电性或高电阻流体、即油或气体的特征)。因此，测量的信号示出了从水W到气体或油O的过渡。基于这种局部测量信号，微型控制器能够计算与在管道中流动的流体有关的多种参数、即保持率(通过计算在限定的时间间隔内代表水的信号的持续时间vs代表气体/油的信号的持续时间)、气泡计数(通过计算在限定的时间间隔内平稳区段的数目)。
图5示出了具有非对称几何结构的末端15的另一实施例。末端15由平表面16a、16b构成，所述平表面将末端端部限定为末端端部线17a，所述表面相对于探针11的中心轴线XX’形成不同的角度β、θ。例如，角度β为30°，角度θ为45°。暴露于流体10的电极14a、14c端部从本体13露出在平表面16a、16b中、在末端端部线17a的侧部。
图7a、7b和7c分别是适于在油气生产井51中操作的测量探测仪50和测量探测仪50a、50c串的示意图。更确切地，图7a是示意性地示出了安装在测量探测仪50中的探针11的横截面图，所述测量探测仪形成用于油气井的生产评估的线缆工具。图7b是示意性地示出了用于油气井的生产评估的线缆工具的透视图，所述线缆工具除了例如压力、温度和流量传感器之外还包括若干探针11。每个探测仪50、50a、50b具有中心抗压刚性壳体52。探测仪50、50a、50b承载外部定中器53，该外部定中器适于与井51的生产管壁54接触。如上所述的多个探针11固定在定中器53的内表面上。探针11可以相对于测量探测仪50的中心轴线YY’位于成角度分布的位置处。这种分布的探针布置方案解决了非均质流体流中的测量代表性问题，这是因为，由多个局部探针测量的多个测量结果代表流入井51的管道中的总流体。每个探针11可以通过压力引线55连接到位于探测仪50、50a、50b的壳体52内的电子电路56。
图7c是示意性地示出了组装成串的两个测量探测仪50a、50b的透视图。使用至少两个探测仪允许对流体保持率进行互相关测量。油气井生产随时间发生波动，从而产生沿着井传播的液滴或气泡的段塞和/或云状物。使用安装在至少两个测量探测仪中的本发明的探针测量这些对应的变化允许推导出分散相速度并解释关键的生产参数，例如进入特定井区段的水、油、气体。
图7b和图7c所示的探测仪可以两端首尾相接地连接到承载其它类型的流体传感器的其它探测仪区段，所述流体传感器例如是压力传感器57、温度传感器58、流率传感器59和成像仪60。
图8示出了多电极探针11与光学元件70集成为一体的另一实施例。蓝宝石杆70适当地插入陶瓷管13的中心部分中并且连接到光纤(未示出)。蓝宝石杆70的末端17处的光反射与流体10的折射率有关。通常，气体的折射率根据成分、温度和压力在1至1.2之间，气体的折射率与液体的折射率不同，液体的折射率在1.3至1.5之间。因此，光学元件能够用于折射率和/或光谱测量。这种设计的主要优势在于能够在单个探针上同时检测气相和水，从而实现在单个探针上的真正的三相油-水-气体检测。从没有检测出水和气体的情况下推断油相检测。
图9示出了根据本发明的探针(右上方)与根据现有技术的探针(左上方)相比的油/水前缘的传播(交替长－短虚线)和典型的探针响应u(t)(下方)。针对不同时刻t1、t2、t3、t4、t5和t6分别示出相对于探针1的末端5和探针11的末端15的油/水前缘的传播。时刻t0对应于穿入之前的油/水前缘。时刻t0对应于末端端部处的油/水前缘。时刻t1对应于末端端部处的油/水前缘。时刻t2至t4对应于位于末端端部和末端穿入一半之间的油/水前缘。时刻t5和t6对应于末端完全穿入处的油/水前缘。信号PA(虚线)对应于用根据现有技术的探针1测量的信号。信号INV(实线)对应于用根据本发明的探针11测量的信号。
对于现有技术的探针1，当水相完全覆盖探针接地从而提供用于电流返回的最大表面时(即，t高于t3、优选地在t4附近或更高)达到最大信号。这导致缓慢的响应和不稳定的级，这是因为其取决于流体和流动条件(远离探针的流体分布)。这导致在多相环境中对水导电率的不正确测量。为了改进从碳氢化合物到水的过渡时间，现有技术的探针信号被放大，从而导致导电流体和数字类信号饱和。结果，不能对水性质进行解释，至少难以对水性质进行解释。此外，相保持率解释对检测阈值的选择十分敏感。在实践中，这是十分精细的事情，这是因为探针偏移水平取决于受多种不可控参数(例如，温度、探针材料老化、工具室内的湿度、电子漂移等)影响的电子偏压和电容耦合。不适当的阈值设定将导致错误的相解释。信号AS(点线)对应于放大的信号，阈值tTAS在t3和t4之间。
相反，根据本发明的探针11在末端的端部在时刻t1和t2之间穿入油/水前缘时立即提供令人满意的测量信号。因此，根据本发明的探针11在这种条件下具有快速且稳定的响应，因而即使在分散的多相条件下也允许精确的流体识别和水导电率测量。
前述附图及其描述阐释而非限制了本发明。
应当理解，本发明的实施例不局限于(离岸和陆上)油气井，这是因为本公开的测量方法/探针/探测仪可以应用在研究多相流体性质的多种工业领域中，例如化学工业、航空工业等。此外，尽管一些实施例具有示出水平井眼的视图，所述实施例还可以应用于竖直或倾斜井眼。在油田工业的框架下，本发明的所有实施例可以同等地应用于套管井和无套管井(裸井)，以及流体可以流动的其它类管道或设备(例如泵)。在其它类工业领域中，本发明的所有实施例可以直接地实施在流体介质中(即，不受管道的限制)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于产生信号的探针(11)，所述信号(u(t))表示在井(51)中流动的流体(10)的局部相组成(O，W)，其包括：电绝缘材料的本体(13)，所述本体具有末端(15)，所述末端适于与所述流体(10)接触；至少两个导电材料的电极(14a，14b，14c，14d)，所述电极相对于所述本体(13)的中心轴线(XX’)位于所述本体(13)中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一侧上的流体(10)。
2.根据权利要求1所述的探针(11)，其包括两个电极(14a，14c)，所述两个电极同时是激励电极和检测电极，所述电极(14a，14c)布置成连接到测量电路(20，20c，20d)，所述测量电路包括与测量模块(22)并联的激励模块(21)，由所述测量模块(22)测量的所述电极中的信号(u(t))与表示接触所述末端(15)的流体(10)的局部相组成(O，W)的电参数有关。
3.根据权利要求1所述的探针(11)，其包括第一对电极(14a，14c)和第二对电极(14b，14d)，所述第一对电极作为激励电极操作并且位于第一平面(P1)中，所述第一平面与所述本体(13)的所述中心轴线(XX’)相交，所述第二对电极作为检测电极操作并且位于第二平面(P2)中，所述第二平面与所述本体的所述中心轴线(XX’)相交并且相对于所述第一平面(P1)成一角度，所述第一对电极(14a，14c)布置成连接到激励模块(21)，所述第二对电极(14b，14d)布置成连接到测量模块(22)。
4.根据权利要求2和3中的任意一项所述的探针(11)，其中，所述激励模块(21)包括通过第一分流电阻器(25a)连接到第一电极(14a)的第一交流电压发生器(24a)，和通过第二分流电阻器(25b)连接到第二电极(14d)的第二交流电压发生器(24b)，所述第一交流电压发生器(24a)和所述第二交流电压发生器(24b)产生反相的激励信号(u1(t)，u2(t))。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的探针(11)，其还包括金属管(12)，所述金属管包围所述本体(13)并且作为护罩。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的探针(11)，其中，每个电极(14a，14b，14c，14d)具有绝缘材料的护套。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的探针(11)，其中，所述本体(13)的所述末端(15)呈圆锥形以便限定末端圆锥表面(16)，暴露于所述流体(10)的所述电极(14a，14b，14c，14d)的端部从所述本体(13)露出在所述末端圆锥表面(16)中、在末端端点(17)的侧部。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的探针，其中，所述本体(13)的所述末端(14)包括两个平表面(16a，16b)，所述两个平表面相对于所述本体(13)的所述中心轴线(XX’)成不同角度(β,θ)，暴露于所述流体(10)的所述电极(14a，14c)的端部从所述本体(13)露出在所述平表面(16a，16b)中、在末端端部线(17a)的侧部。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的探针(11)，其还包括光学元件(70)，所述光学元件位于所述本体(13)的中心部分中，所述光学元件(70)的端部部分形成所述探针的所述末端(15)的端部(17)。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的探针(11)，其还包括电子板(80)，所述电子板连接到所述本体(13)并且与所述测量电路(20，20a，20b，20c，20d)和处理模块(82)集成，以便在输出电缆(83)上输送数字测量结果。
11.一种适于沿着井(51)并在井内移位的测量探测仪(50，50a，50b)，其包括多个根据权利要求1至10中的任意一项所述的探针(11)，所述探针相对于所述测量探测仪(50，50a，50b)的中心轴线(YY’)位于成角度地分布的位置处。
12.根据权利要求11所述的测量探测仪(50，50a，50b)，其中，所述井(51)是油气井，并且其中，所述测量探测仪(50，50a，50b)承载定中器(53)，所述多个探针(11)固定到所述定中器(53)。
13.一种信号产生方法，所述信号(u(t))表示在井(51)中流动的流体(10)的局部相组成(O，W)，所述方法包括以下步骤：
-将探针(11)插入在所述井(51)中，所述探针包括：电绝缘材料的本体(13)，所述本体具有末端(15)，所述末端适于与所述流体(10)接触；至少两个导电材料的电极(14a，14b，14c，14d)，所述电极相对于所述本体(13)的中心轴线(XX’)位于所述本体(13)中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一侧上的流体(10)；
-将激励信号(i(t))施加在两个电极(14a，14b，14c，14d)上，所述电极是激励电极；
-测量与表示接触两个电极(14a，14b，14c，14d)上的末端(15)的流体(10)的局部相组成的电参数有关的检测信号(u(t))，所述电极是检测电极。
14.一种根据权利要求13所述的信号产生方法的应用，其用于产生表示在油气井中流动的多相流体(10)的局部相组成(O，W)的信号(u(t))。
Claims (14)
1.一种用于产生表示在井(51)中流动的流体(10)的局部相组成(O，W)的信号(u(t))的探针(11)，其包括：电绝缘材料的本体(13)，所述本体具有末端(15)，所述末端适于与所述流体(10)接触；至少两个导电材料的电极(14a，14b，14c，14d)，所述电极相对于所述本体(13)的中心轴线(XX’)位于所述本体(13)中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一侧上的流体(10)。
2.根据权利要求1所述的探针(11)，其包括两个电极(14a，14c)，所述两个电极同时是激励电极和检测电极，所述电极(14a，14c)适于连接到测量电路(20，20c，20d)，所述测量电路包括与测量模块(22)并联的激励模块(21)，由所述测量模块(22)测量的所述电极中的信号(u(t))与表示接触所述末端(15)的流体(10)的局部相组成(O，W)的电参数有关。
3.根据权利要求1所述的探针(11)，其包括第一对电极(14a，14c)和第二对电极(14b，14d)，所述第一对电极是激励电极并且位于第一平面(P1)中，所述第一平面与所述本体(13)的所述中心轴线(XX’)相交，所述第二对电极是检测电极并且位于第二平面(P2)中，所述第二平面与所述本体的所述中心轴线(XX’)相交并且相对于所述第一平面(P1)成一角度，所述第一对电极(14a，14c)适于连接到激励模块(21)，所述第二对电极(14b，14d)适于连接到测量模块(22)。
4.根据权利要求2和3中的任意一项所述的探针(11)，其中，所述激励模块(21)包括通过第一分流电阻器(25a)连接到第一电极(14a)的第一交流电压发生器(24a)，和通过第二分流电阻器(25b)连接到第二电极(14d)的第二交流电压发生器(24b)，所述第一交流电压发生器(24a)和所述第二交流电压发生器(24b)产生反相的激励信号(u1(t)，u2(t))。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的探针(11)，其还包括金属管(12)，所述金属管包围所述本体(13)并且作为护罩。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的探针(11)，其中，每个电极(14a，14b，14c，14d)具有绝缘材料的护套。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的探针(11)，其中，所述本体(13)的所述末端(15)呈圆锥形以便限定末端圆锥表面(16)，暴露于所述流体(10)的所述电极(14a，14b，14c，14d)的端部从所述本体(13)露出在所述末端圆锥表面(16)中、在末端端点(17)的侧部。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的探针，其中，所述本体(13)的所述末端(14)包括两个平表面(16a，16b)，所述两个平表面相对于所述本体(13)的所述中心轴线(XX’)成不同角度(β,θ)，暴露于所述流体(10)的所述电极(14a，14c)的端部从所述本体(13)露出在所述平表面(16a，16b)中、在末端端部线(17a)的侧部。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的探针(11)，其还包括光学元件(70)，所述光学元件位于所述本体(13)的中心部分中，所述光学元件(70)的端部部分形成所述探针的所述末端(15)的端部(17)。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的探针(11)，其还包括电子板(80)，所述电子板连接到所述本体(13)并且与所述测量电路(20，20a，20b，20c，20d)和处理模块(82)集成，以便在输出电缆(83)上输送数字测量结果。
11.一种适于沿着井(51)并在井内移位的测量探测仪(50，50a，50b)，其包括多个根据权利要求1至10中的任意一项所述的探针(11)，所述探针相对于所述测量探测仪(50，50a，50b)的中心轴线(YY’)位于成角度地分布的位置处。
12.根据权利要求11所述的测量探测仪(50，50a，50b)，其中，所述井(51)是油气井，并且其中，所述测量探测仪(50，50a，50b)承载定中器(53)，所述多个探针(11)固定到所述定中器(53)。
13.一种用于产生表示在井(51)中流动的流体(10)的局部相组成(O，W)的信号(u(t))的方法，所述方法包括以下步骤：
-将探针(11)插入在所述井(51)中，所述探针包括：电绝缘材料的本体(13)，所述本体具有末端(15)，所述末端适于与所述流体(10)接触；至少两个导电材料的电极(14a，14b，14c，14d)，所述电极相对于所述本体(13)的中心轴线(XX’)位于所述本体(13)中的相对两侧上并且相互绝缘，所述电极(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一侧上的流体(10)；
-将激励信号(i(t))施加在两个电极(14a，14b，14c，14d)上，所述电极是激励电极；
-测量与表示接触两个电极(14a，14b，14c，14d)上的末端(15)的流体(10)的局部相组成的电参数有关的检测信号(u(t))，所述电极是检测电极。
14.一种根据权利要求13所述的方法的应用，其用于产生表示在油气井中流动的多相流体(10)的局部相组成(O，W)的信号(u(t))。
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