CN108561124A - 一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器及其操作方法，包括上下流道及集流伞，集流伞上端与下流道上端连接，集流伞内部设置延伸至上流道的下流道，下流道上端与集流伞的传动机构连接，上端与上流道下端连接，内部被分为相互隔离的两个流道腔，一个流道腔的进液口在集流伞上端的流道壁，另一个流道腔的进液口在集流伞下端的流道壁，两个流道腔在下流道上端的出液口在同一平面，其上连接相控阀，上流道的侧壁设总出液口，上流道内连接相变检测传感器，感应端在总出液口和相控阀之间，相变检测传感器与控制电路连接，控制电路与相控阀连接，驱动相控阀交替密封覆盖两个流道腔的出液口。所述仪器，准确测量油、气和水分相流量。

Description

一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器及其操作方法

技术领域

本发明涉及石油三相流测量领域，具体涉及一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器及其操作方法。

背景技术

油井内产液多为油、气和水三相流，由于油井内流压低于气体的饱和压力造成油井内普遍存在着脱气现象，掌握井内油、气和水各层的分相产量对油田开发非常重要。由于三相流测量技术非常复杂，尤其在油井内测量三相流受到空间、温度和压力的制约，难度就更大了。目前，国内外还没有成熟的技术解决井下三相流测量问题，还处于发展阶段，甚至，在产气量不大的情况下，经常用油、水两相流测量方法来替代三相流测量，给测量结果带来了较大的误差，无法满足油田开发的需要。

在井下三相流测量领域，具有代表性的专利主要有以下四项：

中国专利公告号CN 102505931 A，公布日为：2012年6月20日，名称为‘气液分离及油水气三相流测量装置’中公开了一种气液分离方法，利用气体与油和水的密度及分子直径的差异实现气液分离；密度和分子直径小的气体直接从进气槽流入进液管和隔离管的管空空间内；密度和分子直径大的油、水液体很难通过进气槽，但由于液体和气体的分子直径都在纳米级，所谓进气槽是机械加工出的孔(或缝)，与分子的直径远远不在一个数量级上，因此这种结构无法达到专利中描述的效果。

中国专利公告号CN 102767359 A，公布日为：2012年11月7日，名称为‘体积累积式低产液油井三相流测量装置’中公开了一种依靠油气水在密度上的差异，实现流体在集流伞内自然分离，由于控制气相阀开关的压差较小和空间的限制，很容易受原油沾污、沙卡以及抽油机井冲程的影响，导致开关失效。

中国专利公告号CN 102913225 A，公布日为：2013年2月6日，名称为‘井下多相流气相分离及测量装置’中公开的技术与CN 102767359 A相似，并存在类似的技术缺陷。

中国专利申请公布号CN 103089255 A，公布日为：2013年5月8日，名称为‘一种全集流动态界面跟踪法多相流测井仪’，以界面测量传感器测量油气界面和油水界面向下移动的速度，计算出气和油的产量，由于装置结构复杂，受空间的限制，存在着流道小、导流联动机构易沙卡失效等问题。

对于油井三相流测量，除了上述专利中采用的方法外，还有早期应用的放射性低能源法，但是由于对人体存在放射性伤害，以及测量时对气流的稳定性要求较高等问题，该方法在生产测井领域已被淘汰。

并且，在产出剖面测井中，无论是两相流测量还是三相流测量，流量的测量普遍采用涡轮流量计，涡轮流量计在使用过程中存在易沙卡、启动流量高和K值受物性影响大等一直无法解决的弊端。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，简单实用，抗沙卡，不受原油沾污影响，在不使用涡轮流量计的情况下，直接准确测量油、气和水的分相流量。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，包括集流伞和流道，所述流道包括上流道和下流道，所述集流伞上端与所述下流道上端固定连接，所述集流伞内部设置延伸至所述上流道的下流道，所述下流道底端与集流伞的传动机构连接，所述下流道上端和上流道连接，所述下流道内部被分为相互隔离的两个流道腔，其中一个流道腔的进液口位于集流伞上端的流道壁，另一个流道腔的进液口位于集流伞下端的流道壁，所述两个流道腔在下流道上端的两个出液口处于同一平面，其上连接相控阀，所述上流道的侧壁开设总出液口，所述上流道内固定连接感应气、油和水信号的相变检测传感器，其感应端位于所述总出液口和相控阀之间的上流道内，所述相变检测传感器的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述相控阀连接，驱动所述相控阀交替密封覆盖所述两个流道腔的出液口。

优选的，所述相控阀从下到上依次包括阀座、阀盖和阀控机构，所述阀控机构由阀控电机和阀控轴构成。

优选的，所述阀座底端与所述下流道上端固定连接，阀座外壁与上流道内壁紧密接触，阀座内部被隔板隔离为两个连通腔，两个连通腔分别与所述两个出液口相对应，所述隔板上设置轴坑，阀座上端两侧对称设置连接板，所述连接板上水平对称开设轴孔。

优选的，所述阀盖由相互垂直的两个平面构成，两个平面的夹角线两端分别伸出凸轴，所述凸轴分别对应卡接在所述轴孔内，所述阀盖以轴孔连线为中心呈90°自由翻转，当所述阀盖的任一平面处于水平位置时，将对应的所述连通腔密封覆盖；所述阀盖于夹角线中间位置与所述轴坑对应处开设连通孔。

优选的，所述阀控轴的上端与阀控电机的输出轴连接，阀控轴下端贯穿所述连通孔插在所述轴坑内，所述阀控轴在阀控电机的驱动下转动；

所述阀控轴下端一侧横向固定连接压杆，所述压杆紧压在所述阀盖的水平平面，所述压杆在阀控轴带动的转动过程中，控制所述阀盖在阀座上方以所述轴孔连线为中心呈90°自由翻转，交替密封覆盖所述两个流道腔的出液口。

优选的，所述相变检测传感器包括感应水信号的电导传感器和感应气信号的气敏传感器。

优选的，所述集流伞还包括设于所述集流伞内侧的导流层，所述导流层的下端固定连接于下流道底端上方的流道外壁，所述导流层的上端与所述集流伞的伞筋固定连接，所述另一个流道腔的进液口位于所述导流层上端的下方。

优选的，所述集流伞内侧于导流层上方倾斜设置由网状或有缝隙的条带构成的流阻层，所述流阻层下端与所述导流层上方集流伞的伞筋固定连接，流阻层上端固定连接于所述两个流道腔的进液口之间的流道外壁。

本发明的另一目的是提供所述的油井三相流测量仪器的操作方法，包括如下步骤：

(1)打开集流伞，旋转相控阀控制进液口位于集流伞下端的流道腔的出液口打开，进液口位于集流伞上端的流道腔的出液口关闭，记录时间t0；此时，气、油和水在集流伞内分层聚集，水、油水混合液、气油水混合液依次通过进液口位于集流伞下端的流道腔流入上流道，流经所述相变检测传感器的感应端，从总出液口流出，期间记录相变检测传感器感应油信号的起始时间t1和感应气信号的起始时间t2；

(2)旋转相控阀控制进液口位于集流伞下端的流道腔的出液口关闭，进液口位于集流伞上端的流道腔的出液口打开，记录时间t3；此时，气、油和水在集流伞内分层聚集，气体、油气混合液、气油水混合液依次通过进液口位于集流伞上端的流道腔流入上流道，流经所述相变检测传感器的感应端，从总出液口流出，期间记录相变检测传感器感应水信号的起始时间t4；

(3)将打开的集流伞上端到集流伞下端进液口的容积记为V，按照如下公式计算气、油和水的分相流量：

Qg＝V/(t2-t0)；

Qo＝V/(t1-t0)-Qg；

Qa＝V/(t4-t3)；

Qw＝Qa-Qg-Qo；

所述Qg表示气流量，经PVT校正后可得到地面标准气量；Qo为油流量，Qa为总流量，Qw为水流量。

和最接近的现有技术比，本发明的技术方案具备如下有益效果：

1、本发明提供的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，不使用涡轮流量计，通过检测相态的变化，可直接准确测量油、气和水的分相流量；简单实用，抗沙卡，不受原油沾污影响，。

2、本发明提供的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，即可用于三相流测井、也可用于两相流测井，适用范围宽，测量精度高，不需模拟井刻度，不受矿化度影响。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中，所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器的结构示意图；

图2为图1沿A-A的剖视图；

图3为图1沿B-B的剖视图；

图4为本发明一种实施方式中，所述阀座的结构示意图；

其中，1-集流伞，2-上流道，3-密封短节，4-相变检测传感器，5-下流道，6-控制电路，7-流道腔一，8-流道腔二，9-出液口一，10-出液口二，11-总出液口，12-伞筋，13-伞布，14-电机一，15-滑套，16-中心管，17-导流层，18-流阻层，19-进液口一，20-进液口二，21-阀盖，22-阀控机构，23-凸轴，24-阀座，25-阀控电机，26-阀控轴，27-压杆，28-轴坑，29-电导传感器，30-气敏传感器，31-隔板，32-连通腔，33-连接板，34-轴孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

如图1-4所示的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，包括集流伞1和流道，所述集流伞1包括伞筋12和伞布13，所述流道包括上流道2和下流道5；

所述伞筋12上端与下流道5上端固定连接，所述伞筋12下端与所述传动机构上端固定连接，所述伞筋12内侧上半部设有伞布13，伞布13下端与伞筋12固定连接，伞布13上端绑扎在所述下流道5的上端；

所述集流伞传动机构由电机一14驱动的丝杠，和与丝杠连接套设在中心管16外壁的滑套15构成，所述滑套15与所述伞筋12下端固定连接，在电机一14驱动丝杠的情况下，滑套15可延中心管16上下移动，实现撑开或收拢所述集流伞1；

所述下流道5垂直设于集流伞1的内部，下流道5上端延伸至所述上流道2，与所述上流道2下端连接，下流道5底端与所述中心管连接，下流道5内部被隔板(优选为金属隔板)劈分为相互隔离的流道腔一7和流道腔二8，流道腔一7的进液口一19位于集流伞1上端的流道壁上，流道腔二8的进液口二20位于集流伞1下端的流道壁上，两个流道腔在下流道5上端的出液口处于同一平面，其上连接相控阀，所述上流道2的侧壁开设总出液口11，所述上流道2内设置感应气、油和水信号的相变检测传感器4，所述相变检测传感器4通过密封短节3与所述上流道2固定连接，其感应端位于所述总出液口11和相控阀之间的上流道2内，所述相变检测传感器4的输出端与控制电路6的输入端连接，所述控制电路6的输出端与所述相控阀连接，驱动所述相控阀交替密封覆盖所述两个流道腔的出液口；

所述仪器的操作方法如下：

首先，打开集流伞1，驱动相控阀，关闭流道腔一7的出液口一9，打开流道腔二8的出液口二10，记录为t0时刻，此刻气、油和水在集流伞1内自然分层，从上到下依次为气、油和水，通过流道腔二8的进液口二20流入，出液口二10流出至上流道2，流经所述相变检测传感器4的感应端，从总出液口11流出，当油水界面未达到进液口二20，通过流道腔二8流出的全部为水，相变检测传感器4探测到的是水信号Sw；当油水界面下移到进液口二20时，通过流道腔二8流出的是油水两相流，相变检测传感器4探测到的是水信号Sw和油信号So，此刻记录为t1时刻；当油气界面下移到进液口二20时，通过流道腔二8流出的是油、水和气三相流，相变检测传感器8探测到的是水信号Sw、油信号So和气信号Sg，此刻记录为t2时刻；

在t2时刻后驱动相控阀，关闭流道腔二8的出液口二10，打开流道腔一7的出液口一9，此刻记录为t3时刻，集流伞1内的气、油和水通过流道腔一7的进液口一9流入，出液口一9流出至上流道2，流经所述相变检测传感器4的感应端，从总出液口11流出，等到相变检测传感器4探测到水信号Sw时，记录为t4时刻，由于打开的集流伞1内部上方到进液口二20的容积是固定的，记为V，则各相流量为：

气流量Qg＝V/(t2-t0)，经PVT校正后可得到地面标准气量；

油流量Qo＝V/(t1-t0)-Qg；

总流量Qa＝V/(t4-t3)；

水流量Qw＝Qa-Qg-Qo。

作为一种优选的实施方式，为了使得相控阀在控制电路6的控制下，对所述两个流道腔的出液口实现交替密封覆盖，所述相控阀从下到上依次包括阀座24、阀盖21和阀控机构22，所述阀控机构22由阀控电机25和阀控轴26构成；

所述阀座24底端与所述下流道5上端固定连接，阀座24外壁与上流道2内壁紧密接触，阀座24内部被隔板31隔离为两个连通腔32，两个连通腔32分别与所述两个出液口相对应，所述隔板31上设置轴坑28，阀座24上端两侧对称设置连接板33，所述连接板33上水平对称开设轴孔34；

所述阀盖21由相互垂直的两个平面构成，两个平面的夹角线两端分别伸出凸轴23，所述凸轴23分别对应卡接在所述轴孔34内，所述阀盖21以轴孔34连线为中心呈90°自由翻转，当所述阀盖21的任一平面处于水平位置时，将对应的所述连通腔32密封覆盖；所述阀盖21于夹角线中间位置与所述轴坑28对应处开设连通孔；

所述阀控轴26的上端与阀控电机25的输出轴连接，阀控轴26下端贯穿所述连通孔插在所述轴坑28内，所述阀控轴26在阀控电机25的驱动下转动；

所述阀控轴26下端一侧横向固定连接压杆27，所述压杆27紧压所述阀盖21处于水平方向的平面，所述压杆27于阀控轴26带动的转动过程中，控制所述阀盖21在阀座24上方以所述轴孔34连线为中心呈90°自由翻转，交替密封覆盖所述两个流道腔的出液口。

作为一种优选的实施方式，为了实现所述相变检测传感器4对气、油和水信号的感应，所述相变检测传感器4包括感应油和水信号的电导传感器29和感应气信号的气敏传感器30。

作为一种优选的实施方式，采用所述装置对水流量测定时，为了防止从集流伞1下端进入的油和气通过进液口二20进入流道腔二8，从而影响气、油和水分相流量测定的准确性，所述集流伞1还包括设于所述集流伞1内侧的导流层17，所述导流层17和集流伞1一样，也是由伞筋和伞布构成，不同的是，导流层17的伞布设于伞筋内侧的下半部，所述导流层17的下端固定连接于下流道2底端上方的流道外壁，所述导流层17的上端与所述集流伞1的伞筋12固定连接，所述进液口二20位于所述导流层17上端的下方。

作为一种优选的实施方式，为了使得集流伞1的气、油和水分层界限清晰，所述集流伞1内侧于导流层17上方倾斜设置由网状或有缝隙的条带构成的流阻层18，所述流阻层18下端与所述导流层17上方集流伞1的伞筋12固定连接，流阻层18上端固定连接于所述两个流道腔的进液口之间的流道外壁。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，包括集流伞和流道，其特征在于，所述流道包括上流道和下流道，所述集流伞上端与所述下流道上端固定连接，所述集流伞内部设置延伸至所述上流道的下流道，所述下流道底端与集流伞的传动机构连接，所述下流道上端和上流道连接，所述下流道内部被分为相互隔离的两个流道腔，其中一个流道腔的进液口位于集流伞上端的流道壁，另一个流道腔的进液口位于集流伞下端的流道壁，所述两个流道腔在下流道上端的两个出液口处于同一平面，其上连接相控阀，所述上流道的侧壁开设总出液口，所述上流道内固定连接感应气、油和水信号的相变检测传感器，其感应端位于所述总出液口和相控阀之间的上流道内，所述相变检测传感器的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述相控阀连接，驱动所述相控阀交替密封覆盖所述两个流道腔的出液口。

2.如权利要求1所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述相控阀从下到上依次包括阀座、阀盖和阀控机构，所述阀控机构由阀控电机和阀控轴构成。

3.如权利要求2所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述阀座底端与所述下流道上端固定连接，阀座外壁与上流道内壁紧密接触，阀座内部被隔板隔离为两个连通腔，两个连通腔分别与所述两个出液口相对应，所述隔板上设置轴坑，阀座上端两侧对称设置连接板，所述连接板上水平对称开设轴孔。

4.如权利要求3所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述阀盖由相互垂直的两个平面构成，两个平面的夹角线两端分别伸出凸轴，所述凸轴分别对应卡接在所述轴孔内，所述阀盖以轴孔连线为中心呈90°自由翻转，当所述阀盖的任一平面处于水平位置时，将对应的所述连通腔密封覆盖；所述阀盖于夹角线中间位置与所述轴坑对应处开设连通孔。

5.如权利要求4所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述阀控轴上端与阀控电机的输出轴连接，阀控轴下端贯穿所述连通孔插在所述轴坑内，所述阀控轴在阀控电机的驱动下转动；

所述阀控轴下端一侧横向固定连接压杆，所述压杆紧压所述阀盖的水平平面，所述压杆在阀控轴带动的转动过程中，控制所述阀盖在阀座上方以所述轴孔连线为中心呈90°自由翻转，交替密封覆盖所述两个流道腔的出液口。

6.如权利要求1所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述相变检测传感器包括感应水信号的电导传感器和感应气信号的气敏传感器。

7.如权利要求1所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述集流伞还包括设于所述集流伞内侧的导流层，所述导流层下端固定连接于下流道底端上方的流道外壁，所述导流层上端与所述集流伞的伞筋固定连接，所述另一个流道腔的进液口位于所述导流层上端的下方。

8.如权利要求7所述的一种利用相变检测法的油井三相流测量仪器，其特征在于，所述集流伞内侧于导流层上方倾斜设置由网状或有缝隙的条带构成的流阻层，所述流阻层下端与所述导流层上方集流伞的伞筋固定连接，流阻层上端固定连接于所述两个流道腔的进液口之间的流道外壁。

9.如权利要求1-8任一项所述的油井三相流测量仪器的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)打开集流伞，旋转相控阀控制进液口位于集流伞下端的流道腔的出液口打开，进液口位于集流伞上端的流道腔的出液口关闭，记录时间t0；此时，气、油和水在集流伞内分层聚集，水、油水混合液、气油水混合液依次通过进液口位于集流伞下端的流道腔流入上流道，流经所述相变检测传感器的感应端，从总出液口流出，期间记录相变检测传感器感应油信号的起始时间t1和感应气信号的起始时间t2；

(2)旋转相控阀控制进液口位于集流伞下端的流道腔的出液口关闭，进液口位于集流伞上端的流道腔的出液口打开，记录时间t3；此时，气、油和水在集流伞内分层聚集，气体、油气混合液、气油水混合液依次通过进液口位于集流伞上端的流道腔流入上流道，流经所述相变检测传感器的感应端，从总出液口流出，期间记录相变检测传感器感应水信号的起始时间t4；

(3)将打开的集流伞上端到集流伞下端进液口的容积记为V，按照如下公式计算气、油和水的分相流量：

Qg＝V/(t2-t0)；

Qo＝V/(t1-t0)-Qg；

Qa＝V/(t4-t3)；

Qw＝Qa-Qg-Qo；

所述Qg表示气流量，经PVT校正后可得到地面标准气量；Qo为油流量，Qa为总流量，Qw为水流量。