CN107167200A - 低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计及系统，可控旋转式累积腔体、密封连接短接、前端连接头统一封装在外壳内部，所述可控旋转式累积腔体与密封连接短接进行密封连接，密封连接短接的另一端与电路筒连接，电路筒的另一端与前端连接头进行连接；可控旋转式累积腔体的左侧底部设有进液口、中部外壁套接密封圈、右侧底部设有出液口；在外壳上开设一个总出液口；在密封连接短接上与可控旋转式累积腔体连接部分的管壁横截面上垂直镶嵌n个阵列电导探针和n个阵列光纤探针，密封连接短接侧壁上有四个环形凹槽，凹槽中设有密封圈；所述电路筒内部设有电路系统和方位传感器。本发明具有测量效果显著、操作方便、实用性强等优点。

Description

低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计及系统

技术领域

本发明涉及油田测井技术领域，尤其涉及一种用于低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计及系统。

背景技术

在油气田开采过程中，准确了解各油井原油、天然气的产量，实时测量油井产出液中各组分的体积流量和流动速度，观测地层储油构造的变化，这些都需要对油气水多相流参数进行准确地测量，因此研究油气水多相流的基本规律以及准确测量油气水多相流流动参数具有十分重要的现实意义。

油井的油气水三相产物中各相的流量是油田采油过程中的基础数据，是监测控制油井和油藏动态特性的主要依据。传统油气水三相流量测量的方法有涡轮流量测量方法与电磁流量测量方法。在进行低产液水平井产出剖面测井时，由于油气水各相的密度不同，产生流体的流型为分层流，在这种特殊情况下，传统的方法不可避免产生以下问题：在低流量时，流体的速度不足以带动涡轮，使得涡轮无法正常工作，并且涡轮易受沙卡影响，使得涡轮流量计稳定性差；电磁流量测量方法是把导电液体看成导体，流体的流动看成导体做切割磁力线运动，而在油气水分层流特殊条件下，电磁流量计的电极之间可能出现非连续水相，使电极之间流体无法导电，电磁流量计则无法工作。国家知识产权局授权了一些关于测量油气水三相流量的发明专利。例如，“油气水三相流量连续计量系统”(CN200410018335.2)和“油气藏水平井动态模拟多功能实验装置”(CN201410006574.X)等都是对模拟水平井的油气水三相流量进行测量，由于这些装置结构复杂而不能用到井下，并且这些装置不能对油气水各相流量进行测量。因此，为测量低产液水平井分层流条件下的油、气流量，本发明设计一种用于低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计及系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构合理、操作简单、测量方便的低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计及系统。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述流量计主要包括可控旋转式累积腔体、密封连接短接、前端连接头和外壳，所述可控旋转式累积腔体与密封连接短接进行密封连接，密封连接短接的另一端与电路筒连接，电路筒的另一端与前端连接头进行连接，可控旋转式累积腔体、密封连接短接、前端连接头统一封装在外壳内部；所述可控旋转式累积腔体的左侧底部设有进液口、中部外壁套接密封圈、右侧底部设有出液口；在外壳上对应可控旋转式累积腔体的位置处开设一个总出液口；在密封连接短接上与可控旋转式累积腔体连接部分的管壁横截面上垂直镶嵌n个阵列电导探针和n个阵列光纤探针，密封连接短接侧壁上有四个环形凹槽，凹槽中设有密封圈；所述电路筒内部设有电路系统和方位传感器。

进一步的，所述n个阵列电导探针和n个阵列光纤探针按照平行方式进行设置，敏感区域均在可控旋转式累积腔体内，n个阵列电导探针与n个光纤探针的排列方向与可控旋转式累积腔体的进液口与出液口方向相互垂直；n个阵列电导探针和n个光纤探针与外壳之间的环形空间内镶嵌耐温耐压耐酸碱腐蚀的陶瓷；n个阵列电导探针的陶瓷外部套接金属套管。

进一步的，所述n个阵列光纤探针采用蓝宝石光纤探针。

本发明所述的测量系统，所述测量系统还包括多路程控开关电路、电导传感器驱动电路系统、光纤传感器驱动电路系统、曼彻斯特码传输模块及上位机；所述多路程控开关电路连接探针与驱动电路；所述电导传感器驱动电路系统包括压控交流恒流源、差分放大电路、交直流转换电路及压频转换电路；所述光纤传感器电路系统包括光源驱动电路、光电检测电路、运算放大电路及滤波整形电路。

工作过程大致如下：

采用阵列电导光纤探针与驱动电路系统相结合的方式，在低产液水平井油气水分层流条件下，流体通过集流器进入测井仪器内的可控旋转式累积腔体，由于流体流量小，流速低，气的密度最小，油的密度次之，水的密度最大，一定时间内流体会发生油气水分离，即最上层为气相，中间为油相，下层为水相，且随着时间的推移，当油气水混合流体进入腔体内后，气相与油相将会逐渐累积到可控旋转式累积腔体内，利用该系统分时依次获取n个电导探针及n个光纤探针在腔体内不同高度位置对应的响应值，根据响应值的变化特性确定可控旋转式累积腔体中油的液面高度与气的累积高度，进而计算油相与气相在腔体的累积量及累积时间即为油流量与气流量，从而实现对低产液水平井油气水分层流条件下的油、气流量的有效测量。当测量结束后，

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用阵列电导光纤探针与驱动电路系统相结合，分时依次获取n个电导探针及n个光纤探针在腔体内不同高度位置对应的响应值，根据响应值的变化特性确定油相与气相在腔体的累积量及累积时间即为油流量与气流量，从而实现对低产液水平井油气水分层流条件下的油、气流量的有效测量。

2、利用方位传感器，将可控旋转式累积腔体旋转180度，使得油、气全部通过总出液口流出，便于油、气流量的重复测量。

3、流量计及系统效果显著、操作及使用方便且实用性强，实现了对油、气流量的有效测量，适用于低产液水平井。

附图说明

图1为本发明流量计的结构示意图。

图2为本发明中阵列电导光纤探针排列分布截面图。

图3为本发明中电导探针剖面图。

图4为本发明中光纤探针剖面图。

图5为本发明测量系统的结构示意图。

附图标号：1-可控旋转式累积腔体，2-电导探针，3-光纤探针，4-密封连接短接，5-电路筒，6-前端连接头，7-外壳，8-进液口，9-出液口，10-密封圈，11-凹槽，12-总出液口，13-陶瓷，14-金属套管，15-多路程控开关电路，16-电导传感器驱动电路系统，17-光纤传感器驱动电路系统，18-曼彻斯特码传输模块，19-上位机，20-压控交流恒流源，21-差分放大电路，22-交直流转换电路，23-压频转换电路，24-光源驱动电路，25-光电检测电路，26-运算放大电路，27-滤波整形电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1：如图1所示，本发明所述流量计主要分为四个部分及封装外壳，包括可控旋转式累积腔体1、与可控旋转式累积腔体1连接的密封连接短接4、与密封连接短接4连接的电路筒5、与电路筒5连接的仪器前端连接头6及统一封装各短接的仪器外壳7。所述可控旋转式累积腔体1，在其底部设有进液口8和出液口9，水平排列分布，使得油气水三相流体通过进液口8进入可控旋转式累积腔体1，油相与气相累积在可控旋转式累积腔体1内，水相在出液口9流出。所述可控旋转式累积腔体1的中间部分与仪器外壳6之间的环形空间用密封圈10密封，防止流体通过，以保证流体全部流入可控旋转式累积腔体1。所述密封连接短接4，在与可控旋转式累积腔体1连接部分的管壁横截面上垂直镶嵌13个阵列电导探针2与13个阵列光纤探针3，另一侧与电路筒5相连。所述13个阵列电导探针2与13个阵列光纤探针3，其中，7个电导探针2与7个光纤探针3垂直镶嵌在管壁横截面的中间部分，其它6个电导探针2与6个光纤探针3分布在两侧，阵列电导光纤探针的排列分布图如图2所示，探针的敏感区域位于可控旋转式累积腔体1内，便于实时测量可控旋转式累积腔体1中油的液面高度与气的累积高度，所述13个阵列电导探针2与13个阵列光纤探针3的排列方向与可控旋转式累积腔体1的进液口8与出液口9的方向相互垂直。所述光纤探针3，采用蓝宝石光纤探针。所述电路筒5，设有该流量计的电路系统。所述仪器外壳7，其位于可控旋转式累积腔体1相同位置的仪器外壳7部分设有一个总出液口12。

为了提高准确度、避免仪器外壳7内的液体进入密封连接短接4里，所述密封连接短接4，侧壁上有四个环形凹槽11，凹槽11中分别设有密封圈10，其中密封圈10用于密封。

为了便于流量计的循环测量，所述电路筒5，设有方位传感器，一方面使得该流量计进入到水平井后，进液口8与出液口9位于可控旋转式累积腔体1的最底部；另一方面，当油气流量测量结束之后，此时油相与气相充满可控旋转式累积腔体1无法流出，利用方位传感器将可控旋转式累积腔体1旋转180度把油相与气相放出，可控旋转式累积腔体1内的油相与气相通过总出液口12流出，以便于重复测量。

为了保证13个阵列电导探针2与13个阵列光纤探针3的准确测量，如图3和图4所示，在电导探针2和光纤探针3与外壳之间的环形空间内镶嵌耐温耐压耐酸碱腐蚀的陶瓷13，陶瓷13一方面起到与密封连接短接4密封的作用，另一方面起到与密封连接短接4绝缘的作用；电导探针2的陶瓷13外部套接金属套管14，在电导探针2工作时，电导探针2作正极，金属套管14作负极。

图5为测量系统结构示意图，该系统包括用于低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计，还包括多路程控开关电路15、电导传感器驱动电路系统16、光纤传感器驱动电路系统17、曼彻斯特码传输模块18及上位机19。所述电导传感器驱动电路系统16，包括压控交流恒流源20、差分放大电路21、交直流转换电路22及压频转换电路23。所述光纤传感器驱动电路系统17，包括光源驱动电路24、光电检测电路25、运算放大电路26及滤波整形电路27。考虑到油井井下仪器工作空间的限制，本发明的阵列电导光纤流量计采用一套电导传感器驱动电路系统16与一套光纤传感器驱动电路系统17进行串行供电工作，由于需要分时驱动各个探针传感器进行工作，因此在探针与驱动电路系统之间加入一个多路程控开关电路15，多路程控开关电路15由单片机和模拟开关组成，负责循环定时接通14个探针传感器和驱动电路系统。对于电导传感器驱动电路系统16，采用压控交流恒流源20激励电导探针2，接通之后的响应信号将携带腔体内被测区域流体流动信息，经差分放大电路21、交直流转换电路22及压频转换电路23利用曼彻斯特码传输模块18传输至上位机19。对于光纤传感器驱动电路系统17，利用光源驱动电路24驱动光纤探针3内部的红外光源发出功率恒定的光，再利用光电检测电路25检测经蓝宝石探头反射回的光，并根据回光强度输出幅值不等的电压信号；将输出的电压信号经运算放大电路26和滤波整形电路27利用曼彻斯特码传输模块18传输至上位机19。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计，主要包括可控旋转式累积腔体、密封连接短接、前端连接头和外壳，其特征在于：所述可控旋转式累积腔体与密封连接短接进行密封连接，密封连接短接的另一端与电路筒连接，电路筒的另一端与前端连接头进行连接，可控旋转式累积腔体、密封连接短接、前端连接头统一封装在外壳内部；所述可控旋转式累积腔体的左侧底部设有进液口、中部外壁套接密封圈、右侧底部设有出液口；在外壳上对应可控旋转式累积腔体的位置处开设一个总出液口；在密封连接短接上与可控旋转式累积腔体连接部分的管壁横截面上垂直镶嵌n个阵列电导探针和n个阵列光纤探针，密封连接短接侧壁上有四个环形凹槽，凹槽中设有密封圈；所述电路筒内部设有电路系统和方位传感器。

2.根据权利要求1所述的低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计，其特征在于：所述n个阵列电导探针和n个阵列光纤探针按照平行方式进行设置，敏感区域均在可控旋转式累积腔体内，n个阵列电导探针与n个光纤探针的排列方向与可控旋转式累积腔体的进液口与出液口方向相互垂直；n个阵列电导探针和n个光纤探针与外壳之间的环形空间内镶嵌耐温耐压耐酸碱腐蚀的陶瓷；n个阵列电导探针的陶瓷外部套接金属套管。

3.根据权利要求1所述的低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量计，其特征在于：所述n个阵列光纤探针采用蓝宝石光纤探针。

4.一种基于权利要求1的低产液水平井油气水三相流累积式电导光纤流量测量系统，其特征在于：所述测量系统还包括多路程控开关电路、电导传感器驱动电路系统、光纤传感器驱动电路系统、曼彻斯特码传输模块及上位机；所述多路程控开关电路连接探针与驱动电路；所述电导传感器驱动电路系统包括压控交流恒流源、差分放大电路、交直流转换电路及压频转换电路；所述光纤传感器电路系统包括光源驱动电路、光电检测电路、运算放大电路及滤波整形电路。