CN106761676B - 一种杠杆式流量测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种杠杆式流量测量装置及其测量方法，该杠杆式流量测量装置包括：壳体(1)，指示部件(8)，驱动单元(15)，扭矩检测单元(14)，角度检测单元和控制单元(3)。该杠杆式流量测量装置及其测量方法能够根据井内流体流量的大小，通过自适应控制电路控制电机带动指示部件转动，并利用刻度盘内的传感器记录指示部件偏离基准面的角度变化情况，从而进一步得到流体的流量大小。

Description

一种杠杆式流量测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及石油测试技术领域，具体的是一种杠杆式流量测量装置，还是一种杠杆式流量测量装置的测量方法。

背景技术

流量计作为测量流体流量的专用设备已经广为人知。目前，在石油生产领域，用于测量油井产液量的仪器主要是涡轮流量计、浮子式流量计等，传统的流量计流道比较狭窄，当流体内有杂质、油井出砂或者井内流体为稠油时，容易造成传感器不工作而无法测量，这就需要一种新型的流量测量装置。

发明内容

为了解决现有的流量计在测量油井产液量时容易堵塞的问题，本发明提供了一种杠杆式流量测量装置及其测量方法，该杠杆式流量测量装置及其测量方法可以对油井各生产层进行产液量的测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种杠杆式流量测量装置，包括：

壳体，呈筒状；

指示部件，呈杆状或片状，指示部件位于壳体内，指示部件能够转动，指示部件的转动轴线与壳体的中心线垂直，指示部件的转动轴线穿过壳体的内腔，指示部件的一端到该转动轴线的距离大于指示部件的另一端到该转动轴线的距离；

驱动单元，能够驱动指示部件以该转动轴线为轴转动；

扭矩检测单元，能够检测出指示部件受到的扭矩；

角度检测单元，能够检测出指示部件转动的角度；

控制单元，驱动单元、扭矩检测单元和该角度检测单元均与该控制单元电连接。

壳体的中心线沿竖直方向设置，壳体的下部设有进液口，壳体的上部设有出液口，指示部件位于进液口和出液口之间，壳体外套设有集流伞，集流伞位于出液口的下方，进液口位于集流伞内或集流伞的下方。

壳体内含有转轴，指示部件与转轴连接固定，转轴的轴线与该转动轴线重合，驱动单元通过扭矩检测单元与转轴连接固定，驱动单元能够驱动转轴自转。

转轴的一端固定于壳体的内壁表面，驱动单元和扭矩检测单元均设置壳体内，驱动单元为电机，该电机的外壳与壳体连接固定，该电机的输出轴通过扭矩检测单元与转轴的另一端连接固定，扭矩检测单元还能够检测出指示部件受到的力的方向。

该角度检测单元能够根据指示部件的一端或指示部件的另一端的位置变化检测出指示部件转动的角度。

壳体内设有刻度盘，刻度盘呈弧形，该角度检测单元嵌设于刻度盘内，刻度盘的位置与指示部件的一端的位置相对应。

刻度盘所对应的圆心角为90°～120°，当内腔中的流体相对于壳体静止时，指示部件与壳体的中心线垂直。

控制单元能够控制该电机的输出轴的转动角度，扭矩检测单元能够将指示部件受到的扭矩发送给控制单元，该角度检测单元能够将指示部件转动的角度发送给控制单元。

一种杠杆式流量测量装置的测量方法，该杠杆式流量测量装置的测量方法采用了上述的杠杆式流量测量装置，该杠杆式流量测量装置的测量方法包括以下步骤：

步骤1、扭矩检测单元实时检测指示部件受到的扭矩，当扭矩检测单元检测到指示部件由于受到被测流体作用而产生的当前扭矩大于设定的基准扭矩时，进行下一步；

步骤2、控制单元通过驱动单元使指示部件转动，减小当前扭矩与该基准扭矩之间的差值，直至当前扭矩等于该基准扭矩；

步骤3、根据指示部件的转动角度随时间的变化情况计算出流量。

在步骤2和步骤3之间还包括以下步骤：

当扭矩检测单元检测到当前扭矩偏离所述基准扭矩时，控制单元通过驱动单元使指示部件转动，减小当前扭矩与该基准扭矩之间的差值，直至当前扭矩等于所述基准扭矩。

本发明的有益效果是：该杠杆式流量测量装置能够根据井内流体流量的大小，通过自适应控制电路控制电机带动指示部件转动，并利用刻度盘内的传感器记录指示部件偏离基准面的角度变化情况，从而进一步得到流体的流量大小。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述杠杆式流量测量装置的外部结构示意图。

图2是图1中沿A-A方向的剖视图。

图3是驱动单元与指示部件的连接示意图。

1、壳体；2、内腔；3、控制单元；4、第一电缆；5、第二电缆；6、出液口；7、刻度盘；8、指示部件；9、旋转机构；10、集流伞；11、进液口；12、流体方向；13、转轴；14、扭矩检测单元；15、驱动单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种杠杆式流量测量装置，包括：

壳体1，呈筒状，壳体1的中心线沿竖直方向设置；

指示部件8，呈杆状或片状，指示部件8位于壳体1内，指示部件8能够转动，指示部件8的转动轴线沿水平方向设置，指示部件8与壳体1的中心线垂直，指示部件8的转动轴线穿过壳体1的内腔2，指示部件8的一端到该转动轴线的距离大于指示部件8的另一端到该转动轴线的距离；

驱动单元15，能够驱动指示部件8以该转动轴线为轴转动；

扭矩检测单元14，能够检测出指示部件8受到的扭矩；

角度检测单元，能够检测出指示部件8转动的角度；

控制单元3，驱动单元15、扭矩检测单元14和该角度检测单元均与该控制单元3电连接，如图1所示。

在本实施例中，壳体1的中心线沿竖直方向设置，壳体1的下部设有进液口11，壳体1的上部设有出液口6，指示部件8位于进液口11和出液口6之间，进液口11和出液口6均开设于壳体1的侧壁上，壳体1外套设有集流伞10，集流伞10位于出液口6的下方，指示部件8位于集流伞10和出液口6之间，集流伞10的上下两端均与壳体1连接固定，进液口11位于集流伞10内或集流伞10的下方，优选进液口11位于集流伞10内，测量时流体在壳体1的内腔2中从下向上流动。集流伞10含有撑开和关闭状态，集流伞10的初始状态为关闭，该杠杆式流量测量装置在需要使用时，首先将该杠杆式流量测量装置下入至井筒内的设定部位，然后使集流伞10处于撑开状态，此时，集流伞10将封堵壳体1和井筒之间的环形空间，流体不能从壳体1和井筒之间再通过，迫使井内流体全部通过进液口11进入该杠杆式流量测量装置。即当该杠杆式流量测量装置通过电缆下放到固定层位时控制集流伞10打开，集流伞10起到封闭井筒，收集井内流体的作用。

在本实施例中，壳体1内含有转轴13，指示部件8与转轴13连接固定，转轴13的轴线与该转动轴线重合，即指示部件8以转轴13的轴线为轴旋转，驱动单元15通过扭矩检测单元14与转轴13连接固定，驱动单元15能够驱动转轴13自转，如图2和图3所示。转轴13、驱动单元15和扭矩检测单元14均设置壳体1的内腔2中，驱动单元15为电机，该电机的外壳与壳体1连接固定，该电机的输出轴通过扭矩检测单元14与转轴13的一端连接固定，扭矩检测单元14还能够检测出指示部件8受到的力的方向。从而可以判断出指示部件8的转动是源于自身重力的作用还是源于流体流动的作用，如图1所示，指示部件8为杆状，可以成为指示杆或指示针，当源于指示部件8自身重力的作用时，指示部件8将会逆时针旋转，当源于流体流动的作用时，指示部件8将会顺时针旋转。

在本实施例中，该角度检测单元能够根据指示部件8的一端或指示部件8的另一端的位置变化检测出指示部件8转动的角度。壳体1的内腔2中设有刻度盘7，刻度盘7固定于壳体1的内壁表面，刻度盘7呈弧形，刻度盘7的位置与指示部件8的一端的位置相对应。刻度盘7所对应的圆心角为90°～120°，该角度检测单元含有角度传感器，该角度检测单元的传感器(即角度传感器)嵌设于刻度盘7内，当内腔2中的流体相对于壳体1静止时，指示部件8与壳体1的中心线垂直。当指示部件8呈竖直状态时，指示部件8指向该杠杆式流量测量装置的最大量程。指示部件8的一端可以设有磁铁，该角度检测单元的传感器通过该磁铁的磁场感知指示部件8的一端的位置。

在本实施例中，控制单元3能够控制该电机的输出轴的转动角度，扭矩检测单元14能够将指示部件8受到的扭矩发送给控制单元3，该角度检测单元能够将指示部件8转动的角度发送给控制单元3，控制单元3中储存有设定的基准扭矩。转轴13、扭矩检测单元14和驱动单元15组成了旋转机构9。扭矩检测单元14通过第一电缆4与控制单元3电连接，该角度检测单元的传感器通过第二电缆5与控制单元3电连接。

下面介绍一种杠杆式流量测量装置的测量方法，该杠杆式流量测量装置的测量方法采用了上述的杠杆式流量测量装置，该杠杆式流量测量装置的测量方法包括以下步骤：

步骤1、扭矩检测单元14实时检测指示部件8受到的扭矩，当扭矩检测单元14检测到指示部件8由于受到被测流体作用而产生的当前扭矩大于控制单元3中设定的基准扭矩时，进行下一步；

步骤2、控制单元3通过驱动单元15使指示部件8转动，以减小当前扭矩与该基准扭矩之间的差值，直至当前扭矩等于该基准扭矩；

步骤3、根据指示部件8的转动角度随时间的变化情况计算出流量。

在步骤2和步骤3之间还包括以下步骤：当扭矩检测单元14检测到当前扭矩偏离所述基准扭矩时(如当前扭矩大于或小于所述基准扭矩时)，控制单元3通过驱动单元15使指示部件8转动，以减小当前扭矩与该基准扭矩之间的差值，直至当前扭矩等于所述基准扭矩。

在步骤3以前，扭矩检测单元14实时的将检测到的指示部件8受到的扭矩发送给控制单元3，该角度检测单元实时的将检测出指示部件8转动的角度发送给控制单元3。提前测量出壳体1过流面积，并建立起流速和指示部件8转动的角度之间的对应关系，控制单元3能够记录指示部件8的转动角度，再根据指示部件8转动的角度计算出当前的流速，控制单元3根据指示部件8的转动角度随时间的变化情况计算出流量，如流量＝壳体1的过流面积×流速。

在本发明中，由于设定的基准扭矩的不同，该杠杆式流量测量装置的最大流量测量值可能不同，当流量大于该杠杆式流量测量装置的最大流量测量值时，该杠杆式流量测量装置无法显示具体的流量。

下面介绍该杠杆式流量测量装置的工作过程：当液体体积流量为零时，旋转机构9上的扭矩传感器14测得指示部件8两端的扭矩为指示部件8自身重力差产生的扭矩，这一扭矩小于仪器测量电路中设定的基准扭矩(且方向为使指示部件8逆时针旋转，如图1所示)，此时，自适应控制电路(控制单元3)控制电机带动指示部件8顺时针转动，直到转至基准面(即指示部件8呈水平状态)，指示部件8的左端指向在刻度盘7上的读数为零。当井内某一流量的流体经集流伞10集流后，通过进液口11进入仪器的内腔2，作用在指示部件8上的扭矩增大，当这一扭矩大于设定的基准扭矩时，自适应电路(控制单元3)控制电机顺时针转动，直到旋转机构9上的扭矩传感器14测得的扭矩等于控制单元3中储存的基准扭矩时，电机停止转动，指示部件8就停留在一个相应的平衡位置上，通过刻度盘7和控制单元3记录整个测量过程指示部件8偏离角度变化情况。当井内流量继续增大时，自适应电路控制电机继续向顺时针方向转动，直到达到新的平衡位置时(即旋转机构9上的扭矩传感器14测得的扭矩等于控制单元3中储存的基准扭矩时)电机停止转动；当井内流量减小时，作用在指示部件8上的扭矩小于基准扭矩，自适应电路控制电机逆时针方向转动，直到达到设定值时(即旋转机构9上的扭矩传感器14测得的扭矩等于控制单元3中储存的基准扭矩时)电机停止转动。如此下去，随着油井产出流量变化，作用在指示部件8上的扭矩也产生相应变化，通过自适应电路控制的电机也随之围绕着设定的基准扭矩值转动，并通过刻度盘7和控制单元3记录整个测量过程中指示部件8偏离基准面的角度变化情况，并通过电缆将数据传至地面监控系统或控制单元3自己运算，由此可以反映出油井的产液量。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (6)

1.一种杠杆式流量测量装置，其特征在于，该杠杆式流量测量装置包括：

壳体(1)，呈筒状；

指示部件(8)，呈杆状或片状，指示部件(8)位于壳体(1)内，指示部件(8)能够转动，指示部件(8)的转动轴线与壳体(1)的中心线垂直，指示部件(8)的转动轴线穿过壳体(1)的内腔(2)，指示部件(8)的一端到该转动轴线的距离大于指示部件(8)的另一端到该转动轴线的距离；

驱动单元(15)，能够驱动指示部件(8)以该转动轴线为轴转动；

扭矩检测单元(14)，能够检测出指示部件(8)受到的扭矩；

角度检测单元，能够检测出指示部件(8)转动的角度；

控制单元(3)，驱动单元(15)、扭矩检测单元(14)和该角度检测单元均与该控制单元(3)电连接；

壳体(1)的中心线沿竖直方向设置，壳体(1)的下部设有进液口(11)，壳体(1)的上部设有出液口(6)，指示部件(8)位于进液口(11)和出液口(6)之间；

壳体(1)内含有转轴(13)，指示部件(8)与转轴(13)连接固定，转轴(13)的轴线与该转动轴线重合，驱动单元(15)通过扭矩检测单元(14)与转轴(13)连接固定，驱动单元(15)能够驱动转轴(13)自转；

驱动单元(15)和扭矩检测单元(14)均设置壳体(1)内，驱动单元(15)为电机，该电机的外壳与壳体(1)连接固定，该电机的输出轴通过扭矩检测单元(14)与转轴(13)的一端连接固定，扭矩检测单元(14)还能够检测出指示部件(8)受到的力的方向；

控制单元(3)能够控制该电机的输出轴的转动角度，扭矩检测单元(14)能够将指示部件(8)受到的扭矩发送给控制单元(3)，该角度检测单元能够将指示部件(8)转动的角度发送给控制单元(3)；

当扭矩检测单元(14)检测到指示部件(8)由于受到被测流体作用而产生的当前扭矩偏离设定的基准扭矩时，控制单元(3)能够通过驱动单元(15)使指示部件(8)转动，减小当前扭矩与所述基准扭矩之间的差值，直至所述当前扭矩等于所述基准扭矩。

2.根据权利要求1所述的杠杆式流量测量装置，其特征在于，壳体(1)外套设有集流伞(10)，集流伞(10)位于出液口(6)的下方，进液口(11)位于集流伞(10)内或集流伞(10)的下方。

3.根据权利要求2所述的杠杆式流量测量装置，其特征在于，该角度检测单元能够根据指示部件(8)的一端或指示部件(8)的另一端的位置变化检测出指示部件(8)转动的角度。

4.根据权利要求1所述的杠杆式流量测量装置，其特征在于，壳体(1)内设有刻度盘(7)，刻度盘(7)呈弧形，该角度检测单元嵌设于刻度盘(7)内，刻度盘(7)的位置与指示部件(8)的一端的位置相对应。

5.根据权利要求4所述的杠杆式流量测量装置，其特征在于，刻度盘(7)所对应的圆心角为90°～120°，当内腔(2)中的流体相对于壳体(1)静止时，指示部件(8)与壳体(1)的中心线垂直。

6.一种杠杆式流量测量装置的测量方法，其特征在于，该杠杆式流量测量装置的测量方法采用了权利要求1所述的杠杆式流量测量装置，该杠杆式流量测量装置的测量方法包括以下步骤：

步骤1、扭矩检测单元(14)实时检测指示部件(8)受到的扭矩，当扭矩检测单元(14)检测到指示部件(8)由于受到被测流体作用而产生的当前扭矩大于设定的基准扭矩时，进行下一步；

步骤2、当扭矩检测单元(14)检测到当前扭矩偏离所述基准扭矩时，控制单元(3)通过驱动单元(15)使指示部件(8)转动，减小当前扭矩与该基准扭矩之间的差值，直至当前扭矩等于该基准扭矩；

步骤3、根据指示部件(8)的转动角度随时间的变化情况计算出流量。

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