CN109025963A - 一种微波持水流量仪组合测井装置及其检测实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波持水流量仪组合测井装置，主要解决现有技术中存在的监测难度大、精度低等问题。该装置包括从上至下依次采用螺纹连接的温度压力磁定位器仪、微波持水流量仪和伞式集流器。本发明还公布了一种微波持水流量仪组合测井装置的检测实现方法，通过上述方案，本发明具有集成度高、结构简单、可靠性高、含水测量分辨率高、测量范围宽、低功耗等优点，在油田检测技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及油田检测技术领域，尤其是一种微波持水流量仪组合测井装置及其检测实现方法。
背景技术
油田水，是指油田在开发的过程中所使用和开采出来的水的总称，其主要包括地下水、地面水以及经处理后可以作为注入水源的其他水，如含油污水、生活污水、工业污水等。根据SY/T5523《油田水分析方法》的要求，规定了油田产出水、注入水的测定。为此，行业内出现了各种类型的油田检测装置。
目前，我国的大部分油田处于高含水期，监测油井分层含水率变得非常棘手，传统的监测油井含水率的手段在解决高含水期油田的分层含水率测量时存在监测难度大、精度低等问题，相关仪器所测量结果的准确性也有待提高。
因此，急需要寻找更精准更高效的油井动态监测仪器，以便提高测量数据的准确性，为相关专业地质部门分析油井分层含水率，提供更可靠的依据，制定更切合实际的开发方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波持水流量仪组合测井装置及其检测实现方法，主要解决现有技术中存在的监测难度大、精度低等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种微波持水流量仪组合测井装置，包括从上至下依次采用螺纹连接的温度压力磁定位器仪、微波持水流量仪和伞式集流器。具体来说，该温度压力磁定位器仪包括井温压力电路筒，与井温压力电路筒连接的第一三芯井温压力磁定位仪器头，设置在井温压力电路筒内、且从上至下依次连接的井温压力触点座、磁钢线圈护筒、线圈架、绝缘垫片、CCL磁钢和井温压力电路板架，设置在井温压力触点座内的三芯高温触点，设置在第一三芯井温压力磁定位仪器头内、且与所述三芯高温触点连接的三芯高温滑环，固定在温压力电路板架上的电源，与井温压力电路筒连接的井温压力电路板架座，设置在井温压力电路筒内、且连接在温压力电路板架与井温压力电路板架座之间的第一电路板，与井温压力电路板架座连接的传感器短接体，设置在传感器短接体内的压力传感器，设置在传感器短接体内的温度探头，与传感器短接体连接的第一密封堵头，与第一密封堵头连接的芯座，与芯座连接的连接帽，以及设置在连接帽内的高温四芯滑环。其中，所述第一三芯井温压力磁定位仪器头、井温压力触点座、磁钢线圈护筒、线圈架、绝缘垫片、温压力电路板架、井温压力电路筒、井温压力电路板架座、传感器短接体、第一密封堵头、芯座和连接帽均为中空结构。所述井温压力触点座的顶部与第一三芯井温压力磁定位仪器头连接。所述传感器短接体上开设有一与压力传感器连通的第一通孔，并且在传感器短接体上开设有至少一个与温度探头连通的第二通孔。所述三芯高温触点、电源、压力传感器和温度探头均与第一电路板连接。
所述微波持水流量仪包括与第一三芯井温压力磁定位仪器头连接的第二三芯井温压力磁定位仪器头，与第二三芯井温压力磁定位仪器头连接的含水电路筒，设置在含水电路筒内且与第二三芯井温压力磁定位仪器头接触的含水电路板架，与含水电路筒连接的电路板架座，设置在含水电路筒内、且与含水电路板架和电路板架座连接的第二电路板，与电路板架座连接的测量筒，设置在测量筒内、且与第二电路板电气连接的含水率传感器，与测量筒连接的连接体，与连接体连接的第一转套，以及与第一转套连接的涡轮外筒。其中，所述第二三芯井温压力磁定位仪器头、含水电路筒、测量筒、连接体和涡轮外筒均为中空结构。其中，所述第二电路板与第一电路板连接，用于将采集的含水率数据传输给第一电路板。
所述伞式集流器包括与涡轮外筒连接的集流器接头，与集流器接头连接的微波上座，套设在集流器接头与微波上座外表面边缘的护套，连接在集流器接头与微波上座之间的第二转套，与微波上座连接的转换接头，与转换接头连接的连接套筒，与连接套筒连接的滑套筒，设置在滑套筒内的差杆，与滑套筒连接的拉头，贯穿拉头设置、且一端与差杆连接的推杆，套设在推杆表面边缘的密封筒，设置在密封筒内、且依次连接的深沟球轴承、双拉板、滚珠丝杆、推力轴承和联轴节，设置在密封筒内、且与联轴节连接的直流电机，设置在密封筒与直流电机之间的电机固定筒，以及与密封筒连接的第二密封堵头。其中，所述推杆与深沟球轴承连接。
进一步地，所述温度压力磁定位器仪还包括与传感器短接体连接、且扣合在压力传感器上的压力探头压帽，设置在连接帽内的高温四芯滑环，以及设置在连接帽内、用于该高温四芯滑环振动缓冲的滑环垫。
更进一步地，所述温度压力磁定位器仪还包括设置在芯座与连接帽之间、用于密封封堵的第一O型圈，设置在第一密封堵头与芯座之间的第二O型圈，以及设置在传感器短接体与第一密封堵头之间的第三O型圈。
优选地，所述微波持水流量仪还包括设置在电路板架座内、且与含水率传感器连接的传感器上接头，设置在第二三芯井温压力磁定位仪器头与含水电路筒之间的第四O型圈，以及设置在第二三芯井温压力磁定位仪器头与连接帽之间的第五O型圈。
优选地，所述第一电路板上印制安装有型号为PIC18F2520的微处理器U3，分别与
微处理器U3、压力传感器、温度探头和含水率传感器连接的模数转换器U2，与模数转换器U2
连接的基准电压电路，以及与微处理器U3连接的时钟电路、电源电压转换电路、程序烧写口
J1、总线电路、流量采集控制电路和微波信号发生电路。所述模数转换器U2的型号为
AD7792，且模数转换器U2的引脚、DIN引脚、引脚、SCLK引脚与微处理器U3的RC4
引脚、RC5引脚、RA5引脚、RC3引脚一一对应连接。
其中，所述流量采集控制电路包括输出与微处理器U3的RA4引脚连接、具有两输入、且一输入接地的单路两输入异或门U5，以及与单路两输入异或门U5的另一输入连接的第一流量传感电路。所述第一流量传感电路与第二流量传感电路结构相同，且所述第一流量传感电路包括流量传感器U13，与流量传感器U13的电源输入端连接的电阻R14，以及与流量传感器U13的信号输出端连接的电阻R15和电阻R16。单路两输入异或门U5的一输入连接在电阻R15与电阻R16之间。
所述时钟电路包括型号为HXO-33B-24M、且输出端OUT与微处理器U3的OSCI引脚连接的时钟芯片Y1，以及连接在时钟芯片Y1的电源输入端VDD与接地端GND之间的电容C13；
所述电源电压转换电路包括一端与微处理器U3的引脚连接的电阻R12，以及引脚与电阻R12的另一端连接、且型号为ADM809的电源电源转换芯片U8。
所述基准电压电路包括OUT引脚与模数转换器U2的引脚连接、且型号为REF198ES的基准电源芯片U1，连接在基准电源芯片U1的引脚与GND引脚之间的电容C11，以及一端与基准电源芯片U1的OUT引脚连接、且另一端接地的电容C12。
进一步地，所述总线电路包括均与微处理器U3的RC6引脚连接的电阻R5和双频反相施密特触发器U4B，串联后一端与双频反相施密特触发器U4B的输出连接的电阻R9和电容C15，一端与电容C15连接、且另一端接地的电阻R10，栅极连接在电容C15与电阻R10之间、且漏极接地的场效应管V6，串联后与场效应管V6的源极连接的电阻R11和二极管V5，依次连接后一端与微处理器U3的RB3引脚连接的双频反相施密特触发器U4A、电阻R2、电容C14和二极管V4，一端连接在电阻R2与电容C14之间的电阻R3，并联后一端连接在电阻R2与电容C14之间、且另一端接地的C60和二极管V3，一端连接在电容C14与二极管V4之间、且另一端接地的电阻R4，输入分别与二极管V4的输入和二极管V5的输入连接的二极管V1，一端与二极管V1的输出连接、且另一端接地的电容C1，以及并联后一端与电容C1连接的电容C2、电容C5和二极管V2、电容C3、电容C6、电容C4和电容C7。
进一步地，所述微波信号发生电路包括与微处理器U3的RC2引脚连接的信号放大电路，以及与信号放大电路连接的电压信号输出电路和电流信号输出电路。
其中，所述信号放大电路包括一端与微处理器U3的RC2引脚连接的电阻R17，并联后一端与电阻R17的另一端连接、且另一端接地的电阻R19和电阻R18，一端连接在电阻R17与电阻R18之间的电容C16和电容C17，连接在电容C16与电容C17的另一端之间的电阻R20，输入负极连接在电容C17与电阻R20之间、且输入正极接地的比较器U6，一端与比较器U6的输出连接的电阻R21，并联后一端与电阻R21的另一端连接、且另一端接地的电阻R22和电阻R23，一端连接在电阻R21与电阻R23之间的电容C21和电容C20，连接在电容C20与电容C21的另一端之间的电阻R24，输入负极连接在电容C21与电阻R24之间、且输入正极接地的比较器U7，一端与比较器U7的输出端连接的电阻R25，输入正极与电阻R25的另一端连接的比较器U8，并联后连接在比较器U8的输入负极与输出端之间的电阻R26和电容C25，一端与比较器U8的输入负极连接的电阻R27，均与电阻R27的另一端连接的电阻R31、电阻R30、电容C30和电阻R29，串联后一端与比较器U8的输入正极连接的电容C24和电阻R28，输出端和输入负极均与电阻R28连接的比较器U9，连接在比较器U9的输入正极与比较器U8的输出端之间的电阻R32，以及一端与比较器U9的输入正极连接、且另一端与电压信号输出电路连接的电容C31。
优选地，所述电压信号输出电路包括型号为AD637-14的直流转换芯片U10，型号为AD620BR的比较器U12，串联后连接在直流转换芯片U10的CAV引脚与Denon INPUT引脚之间的电容C38和电阻R39，串联后连接在比较器U12的输出端与直流转换芯片U10的SIGNAL IN引脚之间的电容C37和电阻R38，串联后连接在电容C31和比较器U12的输入负极之间的电容C32和电阻R34，串联后连接在电容C31和比较器U12的输入正极之间的电容C33和电阻R35，一端连接在电容C32与电阻R34之间、且另一端接地的电阻R33，一端连接在电容C33与电阻R35之间、且另一端接地的电阻R36，依次连接、且一端与直流转换芯片U10的OUT引脚连接的电阻R40、电阻R41和电阻R42，一端连接在电阻R40与电阻R41之间、且另一端接地的电容C39，输入正极与电阻R42连接、且输入负极与输出端连接的比较器U11，一端与比较器U11的输入正极连接、且另一端接地电容C40，一端连接在电阻R41与电阻R42之间、且另一端与比较器U11的输出端连接的电容C41，以及输出与比较器U11的输出端连接、且输入接地的二极管V8。
优选地，所述电流信号输出电路包括输入正极与比较器U8的输出端连接、输入负极与比较器U9的输入正极连接的比较器U15，型号为AD8436的真有效值芯片U13，输入负极与输出端连接的比较器U14，一端与比较器U15的输出端连接、且另一端接地的电容C46，串联后连接在比较器U15的输出端与真有效值芯片U13的RMS引脚之间的电容C47和电阻R44，串联后连接在真有效值芯片U13的OUT引脚与比较器U14的输入正极之间的电阻R45、电阻R46和电阻R47，一端连接在电阻R45与电阻R46之间、且另一端接地的电容C52，一端与比较器U14的输入正极连接、且另一端接地的电容C53，一端连接在电阻R46与电阻R47之间、且另一端与比较器U14的输出端连接的电容C54，以及输出端与比较器U14的输出端连接、且输入端接地的二极管V9。
一种微波持水流量仪组合测井装置的检测实现方法，采用所述的一种微波持水流量仪组合测井装置进行检测，其所述实现方法，包括以下步骤：
步骤S01，将所述温度探头、压力传感器、流量传感器、含水率传感器置于油井的油内。
步骤S02，利用温度探头、压力传感器、流量传感器分别检测油田的温度、油压、流量，并将检测结果反馈给模数转换器U2。利用微波信号发生电路向含水率传感器发送微波检测信号，并获得经油水传输介质的微波检测信号，并且该信号反馈给模数转换器U2。
步骤S03，所述模数转换器U2将温度探头、压力传感器、流量传感器、含水率传感器检测的模拟量转换成数字信号，并反馈给微处理器U3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过集成温度、压力、磁性定位、流量和含水的检测，实现依次性多参数检测的功能，并且本发明具有集成度高的特点。另外，微波持水流量仪与温度压力磁定位器仪之间采用螺纹连接，其连接简便。
（2）本发明在检测各项参数的同时，也提供了密封组件，使各部件密封连接可靠，有效地阻断油井内的油水进入仪器内，造成仪器损坏。
（3）本发明采用麦克韦伯电磁原理检测持水率，微波在微波在传输过程中，会在周围产生一个交变的电磁场，因此微波传输的速度和信号强度取决于传输过程中的介质的特性。油和水是两种完全不同的传输介质，介电常数差别较大，微波在油中传输速度快，衰减小，而在水中传输速度慢，衰减大，因此通过对微波传输天线两端的信号检测，可以检测出微波在传输作用范围内受介质影响的程度，从而检测出介质的持水率。
（4）本发明的磁性定位器的探测部分由两块极性相对的永久磁钢和测量线圈构成。当仪器在井中移动时，由于油（套）管接箍或其它井下工具的存在，仪器周围的导磁介质发生改变，通过线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电动势，电路上利用单片机及辅助电路完成信号的采集和处理。
（5）本发明的压力传感器采用恒流源方式供电，微控制器利用自带AD直接采集压力电压信号。它具有功耗低、长期稳定性好、测试精度高等特点。综上所述，本发明具有集成度高、结构简单、可靠性高、含水测量分辨率高、测量范围宽、低功耗等优点，在油田检测技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的温度压力磁定位器仪（下）结构示意图。
图2为本发明的温度压力磁定位器仪（上）结构示意图。
图3为本发明的微波持水流量仪（下）结构示意图。
图4为本发明的微波持水流量仪（上）结构示意图。
图5为本发明的伞式集流器（上）结构示意图。
图6为本发明的伞式集流器（下）结构示意图。
图7为 本发明的微处理器连接原理图。
图8为本发明的模数转换电路原理图。
图9为本发明的时钟电路原理图。
图10为本发明的基准电压电路原理图。
图11为本发明的电源电压转换电路原理图。
图12为本发明的程序烧写口。
图13为本发明的总线电路原理图。
图14为本发明的流量采集电路原理图。
图15为本发明的流量传感器接线原理图。
图16为本发明的信号放大电路原理图。
图17为本发明的电压信号输出电路原理图。
图18为本发明的电流信号输出电路原理图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-第一三芯井温压力磁定位仪器头，2-井温压力触点座，3-磁钢线圈护筒，4-线圈架，5-绝缘垫片，6-井温压力电路板架，7-井温压力电路板架座，8-压力探头压帽，9-传感器短接体，10-第一密封堵头，11-芯座，12-连接帽，13-高温四芯滑环，14-第一O型圈，15-第二O型圈，16-第三O型圈，17-温度探头，18-压力传感器，19-沉头螺钉，20-第一内六角圆柱头螺钉，21-六角螺母，22-第一波形弹簧垫圈，23-第一电路板，24-第二内六角圆柱头螺钉，25-第二波形弹簧垫圈，26-电源，27-CCL磁钢，28-三芯高温触点，29-三芯高温滑环，30-尾帽，31-护帽，32-滑环垫，33-井温压力电路筒，40-集流器接头，41-护套，42-第二转套，43-微波上座，44-转换接头，45-连接套筒，46-差杆，47-滑套筒，48-推杆，49-拉头，50-密封筒，51-深沟球轴承，52-双拉板，53-滚珠丝杆，54-推力轴承，55-联轴节，56-电机固定筒，57-直流电机，58-第二密封堵头，171-第二通孔，181-第一通孔， 201-护帽，202-第二三芯井温压力磁定位仪器头，203-含水电路筒，204-含水电路板架，205-电路板架座，206-传感器上接头，207-含水率传感器，208-测量筒，209-连接体，210-第一转套，211-涡轮外筒，212-十字槽沉头螺钉，213-第四O型圈，214-第五O型圈，215-第二电路板。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1至图18所示，本实施例提供了一种微波持水流量仪组合测井装置，包括从上至下依次采用螺纹连接的温度压力磁定位器仪、微波持水流量仪和伞式集流器。该仪器一次下井可完成温度、压力、磁性定位、流量和含水五个参数的测量，是一种多功能测井仪器。需要说明的是，本实施例中的“第一”、“第二”、“第三”..等次序用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中的“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等方位用语是基于附图说明的。
具体来说，温度压力磁定位器仪包括第一三芯井温压力磁定位仪器头1、井温压力触点2、磁钢线圈护筒3、线圈4、绝缘垫片5、井温压力电路板6、井温压力电路板架座7、压力探头压8、传感器短接体9、第一密封堵头10、芯座11、连接帽12、高温四芯滑环13、第一O型圈14、第二O型圈15、第三O型圈16、温度探头17、压力传感18、沉头螺钉19、第一内六角圆柱头螺钉20、六角螺母21、第一波形弹簧垫圈22、第一电路板23、第二内六角圆柱头螺钉24、第二波形弹簧垫圈25、电源26、CCL磁钢27、三芯高温触点28、三芯高温滑环29、尾帽30、滑环垫33、井温压力电路筒34、第二通孔171和第一通孔181。其单独存放、搬运时，在第一三芯井温压力磁定位仪器头1上还设置有一护帽32。其中，第一三芯井温压力磁定位仪器头1与井温压力电路筒33采用螺纹连接，井温压力触点座2、磁钢线圈护筒3、线圈架4、绝缘垫片5、CCL磁钢27和井温压力电路板架6从上至下依次连接、且设置在井温压力电路筒33内，三芯高温触点28设置在井温压力触点座2内的，三芯高温滑环29设置在第一三芯井温压力磁定位仪器头1内、且与所述三芯高温触点28连接，电源26固定在温压力电路板架6上，井温压力电路板架座7与井温压力电路筒33连接，第一电路板23设置在井温压力电路筒33内、且连接在温压力电路板架6与井温压力电路板架座7之间，传感器短接体9与井温压力电路板架座7连接，压力传感器18设置在传感器短接体9内，温度探头17设置在传感器短接体9内，第一密封堵头10与传感器短接体9连接，芯座11与第一密封堵头10连接，连接帽12与芯座11连接，高温四芯滑环13设置在连接帽12内，压力探头压帽8与传感器短接体9连接、且扣合在压力传感器18上，高温四芯滑环13设置在连接帽12内，滑环垫32设置在连接帽12内、用于该高温四芯滑环13振动缓冲。为了密封可靠，在芯座11与连接帽12之间设置用于密封封堵的第一O型圈14，在第一密封堵头10与芯座11之间设置有第二O型圈15，在传感器短接体9与第一密封堵头10之间设置有第三O型圈16。其中，所述第一三芯井温压力磁定位仪器头1、井温压力触点座2、磁钢线圈护筒3、线圈架4、绝缘垫片5、温压力电路板架6、井温压力电路筒33、井温压力电路板架座7、传感器短接体9、第一密封堵头10、芯座11和连接帽12均为中空结构。所述井温压力触点座2的顶部与第一三芯井温压力磁定位仪器头1连接。所述传感器短接体9上开设有一与压力传感器18连通的第一通孔181，并且在传感器短接体9上开设有至少一个与温度探头17连通的第二通孔171。所述三芯高温触点28、电源26、压力传感器18和温度探头17均与第一电路板23连接。在本实施例中，利用CCL磁钢27和线圈架4实现进行磁性定位，该定位的目的在于获取油田井任一位置的坐标，方便建立立体的数据曲线。在温度测量中，探测元件采用PT-1000高灵敏度铂电阻温度传感器，利用铂电阻阻值随温度变化而变化的原理进行测量。将温度传感器设置为测温电桥的一个测量臂，在温度传感器上施加恒流源，传感器上产生的电位差通过高精度运算放大器进行放大，然后利用单片机对电压进行采集。
另外，所述微波持水流量仪包括与第一三芯井温压力磁定位仪器头1连接的第二三芯井温压力磁定位仪器头202，与第二三芯井温压力磁定位仪器头202连接的含水电路筒203，设置在含水电路筒203内且与第二三芯井温压力磁定位仪器头202接触的含水电路板架204，与含水电路筒203连接的电路板架座205，设置在含水电路筒203内、且与含水电路板架204和电路板架座205连接的第二电路板215，与电路板架座205连接的测量筒208，设置在测量筒208内、且与第二电路板215电气连接的含水率传感器207，与测量筒208连接的连接体209，与连接体209连接的第一转套210，与第一转套210连接的涡轮外筒211，设置在电路板架座205内、且与含水率传感器207连接的传感器上接头206，设置在第二三芯井温压力磁定位仪器头202与含水电路筒203之间的第四O型圈213，以及设置在第二三芯井温压力磁定位仪器头202与连接帽12之间的第五O型圈214。其中，第二三芯井温压力磁定位仪器头（202）、含水电路筒（203）、测量筒（208）、连接体（209）和涡轮外筒（211）均为中空结构，并且第二电路板215与第一电路板23连接，用于将采集的含水率数据传输给第一电路板23。
在本实施例中，该伞式集流器包括与涡轮外筒211连接的集流器接头40，与集流器接头40连接的微波上座43，套设在集流器接头40与微波上座43外表面边缘的护套41，连接在集流器接头40与微波上座43之间的第二转套42，与微波上座43连接的转换接头44，与转换接头44连接的连接套筒45，与连接套筒45连接的滑套筒47，设置在滑套筒47内的差杆46，与滑套筒47连接的拉头49，贯穿拉头49设置、且一端与差杆46连接的推杆48，套设在推杆48表面边缘的密封筒50，设置在密封筒50内、且依次连接的深沟球轴承51、双拉板52、滚珠丝杆53、推力轴承54和联轴节55，设置在密封筒50内、且与联轴节55连接的直流电机57，设置在密封筒50与直流电机57之间的电机固定筒56，以及与密封筒50连接的第二密封堵头58。在本实施例中，该推杆与深沟球轴承连接。
下面简要说明本实施例所使用的检测电路，其包括型号为PIC18F2520的微处理器
U3，分别与微处理器U3、压力传感器18、温度探头17和含水率传感器207连接的模数转换器
U2，与模数转换器U2连接的基准电压电路，以及与微处理器U3连接的时钟电路、电源电压转
换电路、程序烧写口J1、总线电路、流量采集控制电路和微波信号发生电路。其中，所述模数
转换器U2的型号为AD7792，且模数转换器U2的引脚、DIN引脚、引脚、SCLK引脚与
微处理器U3的RC4引脚、RC5引脚、RA5引脚、RC3引脚一一对应连接。所述时钟电路包括型号
为HXO-33B-24M、且输出端OUT与微处理器U3的OSCI引脚连接的时钟芯片Y1，以及连接在时
钟芯片Y1的电源输入端VDD与接地端GND之间的电容C13。所述电源电压转换电路包括一端
与微处理器U3的引脚连接的电阻R12，以及引脚与电阻R12的另一端连接、且型
号为ADM809的电源电源转换芯片U8。所述基准电压电路包括OUT引脚与模数转换器U2的引脚连接、且型号为REF198ES的基准电源芯片U1，连接在基准电源芯片U1的引脚与GND引脚之间的电容C11，以及一端与基准电源芯片U1的OUT引脚连接、且另一
端接地的电容C12。
在本实施例中，所述总线电路包括均与微处理器U3的RC6引脚连接的电阻R5和双频反相施密特触发器U4B，串联后一端与双频反相施密特触发器U4B的输出连接的电阻R9和电容C15，一端与电容C15连接、且另一端接地的电阻R10，栅极连接在电容C15与电阻R10之间、且漏极接地的场效应管V6，串联后与场效应管V6的源极连接的电阻R11和二极管V5，依次连接后一端与微处理器U3的RB3引脚连接的双频反相施密特触发器U4A、电阻R2、电容C14和二极管V4，一端连接在电阻R2与电容C14之间的电阻R3，并联后一端连接在电阻R2与电容C14之间、且另一端接地的C60和二极管V3，一端连接在电容C14与二极管V4之间、且另一端接地的电阻R4，输入分别与二极管V4的输入和二极管V5的输入连接的二极管V1，一端与二极管V1的输出连接、且另一端接地的电容C1，以及并联后一端与电容C1连接的电容C2、电容C5和二极管V2、电容C3、电容C6、电容C4和电容C7。
在集流的条件下，本实施例采用涡轮测量流量。涡轮传感器由外筒、涡轮叶片、顶尖、宝石、磁钢和霍尔元件组成。根据电磁感应定律，当涡轮旋转时在霍尔元件中产生一个类似正弦的交变信号，该信号的电动势频率就是涡轮的转数。在启动排量以上，涡轮转数与标准流量存在线性关系，通过标准流量和对应的记录涡轮转数，建立流量和涡轮转数关系曲线，从而完成流量测量。具体来说，该流量采集控制电路包括输出与微处理器U3的RA4引脚连接、具有两输入、且一输入接地的单路两输入异或门U5，以及与单路两输入异或门U5的另一输入连接的第一流量传感电路；所述第一流量传感电路与第二流量传感电路结构相同，且所述第一流量传感电路包括流量传感器U13，与流量传感器U13的电源输入端连接的电阻R14，以及与流量传感器U13的信号输出端连接的电阻R15和电阻R16；单路两输入异或门U5的一输入连接在电阻R15与电阻R16之间。
微波持水率测试原理：将微波探头插入待测液体中，微波信号生成器产生一定频率和幅度的微波信号，微波信号通过功分器分成相位和幅度相同的微波1支路和微波2支路，微波1支路直接送到相位解调器的一端，微波2支路通过微波探头后送到相位解调器的另一端，相位解调器比较这两路信号相位差，将相位差送到单片机计算出微波2支路探头的传播常数，从而确定混合液体的相对介电常数，进而计算出油、水的混合比例。在此，该微波信号发生电路包括与微处理器U3的RC2引脚连接的信号放大电路，以及与信号放大电路连接的电压信号输出电路和电流信号输出电路。所述信号放大电路包括一端与微处理器U3的RC2引脚连接的电阻R17，并联后一端与电阻R17的另一端连接、且另一端接地的电阻R19和电阻R18，一端连接在电阻R17与电阻R18之间的电容C16和电容C17，连接在电容C16与电容C17的另一端之间的电阻R20，输入负极连接在电容C17与电阻R20之间、且输入正极接地的比较器U6，一端与比较器U6的输出连接的电阻R21，并联后一端与电阻R21的另一端连接、且另一端接地的电阻R22和电阻R23，一端连接在电阻R21与电阻R23之间的电容C21和电容C20，连接在电容C20与电容C21的另一端之间的电阻R24，输入负极连接在电容C21与电阻R24之间、且输入正极接地的比较器U7，一端与比较器U7的输出端连接的电阻R25，输入正极与电阻R25的另一端连接的比较器U8，并联后连接在比较器U8的输入负极与输出端之间的电阻R26和电容C25，一端与比较器U8的输入负极连接的电阻R27，均与电阻R27的另一端连接的电阻R31、电阻R30、电容C30和电阻R29，串联后一端与比较器U8的输入正极连接的电容C24和电阻R28，输出端和输入负极均与电阻R28连接的比较器U9，连接在比较器U9的输入正极与比较器U8的输出端之间的电阻R32，以及一端与比较器U9的输入正极连接、且另一端与电压信号输出电路连接的电容C31。在此，由电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C16、电容C17、电容C20、电容C21、比较器U6和比较器U7共同构成2级带通电路。微处理器U3的RC2引脚输出方波滤波成正弦波，带通输出电路通过电阻R25的另一端连接恒流驱动电路，由电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R32、电容C24、电容C25、电容C30、电容C31、比较器U8和比较器U9组成恒流驱动电路、恒流驱动电路输出恒流正弦信号通过C31隔直后驱动至微波持水传感器。
在本实施例中，所述电压信号输出电路包括型号为AD637-14的直流转换芯片U10，型号为AD620BR的比较器U12，串联后连接在直流转换芯片U10的CAV引脚与Denon INPUT引脚之间的电容C38和电阻R39，串联后连接在比较器U12的输出端与直流转换芯片U10的SIGNAL IN引脚之间的电容C37和电阻R38，串联后连接在电容C31和比较器U12的输入负极之间的电容C32和电阻R34，串联后连接在电容C31和比较器U12的输入正极之间的电容C33和电阻R35，一端连接在电容C32与电阻R34之间、且另一端接地的电阻R33，一端连接在电容C33与电阻R35之间、且另一端接地的电阻R36，依次连接、且一端与直流转换芯片U10的OUT引脚连接的电阻R40、电阻R41和电阻R42，一端连接在电阻R40与电阻R41之间、且另一端接地的电容C39，输入正极与电阻R42连接、且输入负极与输出端连接的比较器U11，一端与比较器U11的输入正极连接、且另一端接地电容C40，一端连接在电阻R41与电阻R42之间、且另一端与比较器U11的输出端连接的电容C41，以及输出与比较器U11的输出端连接、且输入接地的二极管V8。另外，所述电流信号输出电路包括输入正极与比较器U8的输出端连接、输入负极与比较器U9的输入正极连接的比较器U15，型号为AD8436的真有效值芯片U13，输入负极与输出端连接的比较器U14，一端与比较器U15的输出端连接、且另一端接地的电容C46，串联后连接在比较器U15的输出端与真有效值芯片U13的RMS引脚之间的电容C47和电阻R44，串联后连接在真有效值芯片U13的OUT引脚与比较器U14的输入正极之间的电阻R45、电阻R46和电阻R47，一端连接在电阻R45与电阻R46之间、且另一端接地的电容C52，一端与比较器U14的输入正极连接、且另一端接地的电容C53，一端连接在电阻R46与电阻R47之间、且另一端与比较器U14的输出端连接的电容C54，以及输出端与比较器U14的输出端连接、且输入端接地的二极管V9。
下面简要说明本装置的检测工作过程：
首先，将所述温度探头、压力传感器、流量传感器、含水率传感器置于油井的油内。
然后，利用温度探头、压力传感器、流量传感器分别检测油田的温度、油压、流量，并将检测结果反馈给模数转换器U2。利用微波信号发生电路向含水率传感器发送微波检测信号，并获得经油水传输介质的微波检测信号，并且该信号反馈给模数转换器U2。
最后，所述模数转换器U2将温度探头、压力传感器、流量传感器、含水率传感器检测的模拟量转换成数字信号，并反馈给微处理器U3。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，包括从上至下依次采用螺纹连接的温度压力磁定位器仪、微波持水流量仪和伞式集流器；
所述温度压力磁定位器仪包括井温压力电路筒（33），与井温压力电路筒（33）连接的第一三芯井温压力磁定位仪器头（1），设置在井温压力电路筒（33）内、且从上至下依次连接的井温压力触点座（2）、磁钢线圈护筒（3）、线圈架（4）、绝缘垫片（5）、CCL磁钢（27）和井温压力电路板架（6），设置在井温压力触点座（2）内的三芯高温触点（28），设置在第一三芯井温压力磁定位仪器头（1）内、且与所述三芯高温触点（28）连接的三芯高温滑环（29），固定在温压力电路板架（6）上的电源（26），与井温压力电路筒（33）连接的井温压力电路板架座（7），设置在井温压力电路筒（33）内、且连接在温压力电路板架（6）与井温压力电路板架座（7）之间的第一电路板（23），与井温压力电路板架座（7）连接的传感器短接体（9），设置在传感器短接体（9）内的压力传感器（18），设置在传感器短接体（9）内的温度探头（17），与传感器短接体（9）连接的第一密封堵头（10），与第一密封堵头（10）连接的芯座（11），与芯座（11）连接的连接帽（12），以及设置在连接帽（12）内的高温四芯滑环（13）；其中，所述第一三芯井温压力磁定位仪器头（1）、井温压力触点座（2）、磁钢线圈护筒（3）、线圈架（4）、绝缘垫片（5）、温压力电路板架（6）、井温压力电路筒（33）、井温压力电路板架座（7）、传感器短接体（9）、第一密封堵头（10）、芯座（11）和连接帽（12）均为中空结构；所述井温压力触点座（2）的顶部与第一三芯井温压力磁定位仪器头（1）连接；所述传感器短接体（9）上开设有一与压力传感器（18）连通的第一通孔（181），并且在传感器短接体（9）上开设有至少一个与温度探头（17）连通的第二通孔（171）；所述三芯高温触点（28）、电源（26）、压力传感器（18）和温度探头（17）均与第一电路板（23）连接；
所述微波持水流量仪包括与第一三芯井温压力磁定位仪器头（1）连接的第二三芯井温压力磁定位仪器头（202），与第二三芯井温压力磁定位仪器头（202）连接的含水电路筒（203），设置在含水电路筒（203）内且与第二三芯井温压力磁定位仪器头（202）接触的含水电路板架（204），与含水电路筒（203）连接的电路板架座（205），设置在含水电路筒（203）内、且与含水电路板架（204）和电路板架座（205）连接的第二电路板（215），与电路板架座（205）连接的测量筒（208），设置在测量筒（208）内、且与第二电路板（215）电气连接的含水率传感器（207），与测量筒（208）连接的连接体（209），与连接体（209）连接的第一转套（210），以及与第一转套（210）连接的涡轮外筒（211）；所述第二三芯井温压力磁定位仪器头（202）、含水电路筒（203）、测量筒（208）、连接体（209）和涡轮外筒（211）均为中空结构；
所述第二电路板（215）与第一电路板（23）连接，用于将采集的含水率数据传输给第一电路板（23）；
所述伞式集流器包括与涡轮外筒（211）连接的集流器接头（40），与集流器接头（40）连接的微波上座（43），套设在集流器接头（40）与微波上座（43）外表面边缘的护套（41），连接在集流器接头（40）与微波上座（43）之间的第二转套（42），与微波上座（43）连接的转换接头（44），与转换接头（44）连接的连接套筒（45），与连接套筒（45）连接的滑套筒（47），设置在滑套筒（47）内的差杆（46），与滑套筒（47）连接的拉头（49），贯穿拉头（49）设置、且一端与差杆（46）连接的推杆（48），套设在推杆（48）表面边缘的密封筒（50），设置在密封筒（50）内、且依次连接的深沟球轴承（51）、双拉板（52）、滚珠丝杆（53）、推力轴承（54）和联轴节（55），设置在密封筒（50）内、且与联轴节（55）连接的直流电机（57），设置在密封筒（50）与直流电机（57）之间的电机固定筒（56），以及与密封筒（50）连接的第二密封堵头（58）；所述推杆（48）与深沟球轴承（51）连接。
2.根据权利要求1所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述温度压力磁定位器仪还包括与传感器短接体（9）连接、且扣合在压力传感器（18）上的压力探头压帽（8），设置在连接帽（12）内的高温四芯滑环（13），以及设置在连接帽（12）内、用于该高温四芯滑环（13）振动缓冲的滑环垫（32）。
3.根据权利要求1或2所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述温度压力磁定位器仪还包括设置在芯座（11）与连接帽（12）之间、用于密封封堵的第一O型圈（14），设置在第一密封堵头（10）与芯座（11）之间的第二O型圈（15），以及设置在传感器短接体（9）与第一密封堵头（10）之间的第三O型圈（16）。
4.根据权利要求1所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述微波持水流量仪还包括设置在电路板架座（205）内、且与含水率传感器（207）连接的传感器上接头（206），设置在第二三芯井温压力磁定位仪器头（202）与含水电路筒（203）之间的第四O型圈（213），以及设置在第二三芯井温压力磁定位仪器头（202）与连接帽（12）之间的第五O型圈（214）。
5.根据权利要求1所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述第一电
路板（23）上印制安装有型号为PIC18F2520的微处理器U3，分别与微处理器U3、压力传感器
（18）、温度探头（17）和含水率传感器（207）连接的模数转换器U2，与模数转换器U2连接的基
准电压电路，以及与微处理器U3连接的时钟电路、电源电压转换电路、程序烧写口J1、总线
电路、流量采集控制电路和微波信号发生电路；所述模数转换器U2的型号为AD7792，且模数
转换器U2的引脚、DIN引脚、引脚、SCLK引脚与微处理器U3的RC4引脚、RC5引
脚、RA5引脚、RC3引脚一一对应连接；
所述流量采集控制电路包括输出与微处理器U3的RA4引脚连接、具有两输入、且一输入接地的单路两输入异或门U5，以及与单路两输入异或门U5的另一输入连接的第一流量传感电路；所述第一流量传感电路与第二流量传感电路结构相同，且所述第一流量传感电路包括流量传感器U13，与流量传感器U13的电源输入端连接的电阻R14，以及与流量传感器U13的信号输出端连接的电阻R15和电阻R16；单路两输入异或门U5的一输入连接在电阻R15与电阻R16之间；
所述时钟电路包括型号为HXO-33B-24M、且输出端OUT与微处理器U3的OSCI引脚连接的时钟芯片Y1，以及连接在时钟芯片Y1的电源输入端VDD与接地端GND之间的电容C13；
所述电源电压转换电路包括一端与微处理器U3的引脚连接的电阻R12，以及引脚与电阻R12的另一端连接、且型号为ADM809的电源电源转换芯片U8；
所述基准电压电路包括OUT引脚与模数转换器U2的引脚连接、且型号为REF198ES的基准电源芯片U1，连接在基准电源芯片U1的引脚与GND引脚之间的电容C11，以及一端与基准电源芯片U1的OUT引脚连接、且另一端接地的电容C12。
6.据权利要求5所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述总线电路包括均与微处理器U3的RC6引脚连接的电阻R5和双频反相施密特触发器U4B，串联后一端与双频反相施密特触发器U4B的输出连接的电阻R9和电容C15，一端与电容C15连接、且另一端接地的电阻R10，栅极连接在电容C15与电阻R10之间、且漏极接地的场效应管V6，串联后与场效应管V6的源极连接的电阻R11和二极管V5，依次连接后一端与微处理器U3的RB3引脚连接的双频反相施密特触发器U4A、电阻R2、电容C14和二极管V4，一端连接在电阻R2与电容C14之间的电阻R3，并联后一端连接在电阻R2与电容C14之间、且另一端接地的C60和二极管V3，一端连接在电容C14与二极管V4之间、且另一端接地的电阻R4，输入分别与二极管V4的输入和二极管V5的输入连接的二极管V1，一端与二极管V1的输出连接、且另一端接地的电容C1，以及并联后一端与电容C1连接的电容C2、电容C5和二极管V2、电容C3、电容C6、电容C4和电容C7。
7.根据权利要求5所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述微波信号发生电路包括与微处理器U3的RC2引脚连接的信号放大电路，以及与信号放大电路连接的电压信号输出电路和电流信号输出电路；
所述信号放大电路包括一端与微处理器U3的RC2引脚连接的电阻R17，并联后一端与电阻R17的另一端连接、且另一端接地的电阻R19和电阻R18，一端连接在电阻R17与电阻R18之间的电容C16和电容C17，连接在电容C16与电容C17的另一端之间的电阻R20，输入负极连接在电容C17与电阻R20之间、且输入正极接地的比较器U6，一端与比较器U6的输出连接的电阻R21，并联后一端与电阻R21的另一端连接、且另一端接地的电阻R22和电阻R23，一端连接在电阻R21与电阻R23之间的电容C21和电容C20，连接在电容C20与电容C21的另一端之间的电阻R24，输入负极连接在电容C21与电阻R24之间、且输入正极接地的比较器U7，一端与比较器U7的输出端连接的电阻R25，输入正极与电阻R25的另一端连接的比较器U8，并联后连接在比较器U8的输入负极与输出端之间的电阻R26和电容C25，一端与比较器U8的输入负极连接的电阻R27，均与电阻R27的另一端连接的电阻R31、电阻R30、电容C30和电阻R29，串联后一端与比较器U8的输入正极连接的电容C24和电阻R28，输出端和输入负极均与电阻R28连接的比较器U9，连接在比较器U9的输入正极与比较器U8的输出端之间的电阻R32，以及一端与比较器U9的输入正极连接、且另一端与电压信号输出电路连接的电容C31。
8.根据权利要求7所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述电压信号输出电路包括型号为AD637-14的直流转换芯片U10，型号为AD620BR的比较器U12，串联后连接在直流转换芯片U10的CAV引脚与Denon INPUT引脚之间的电容C38和电阻R39，串联后连接在比较器U12的输出端与直流转换芯片U10的SIGNAL IN引脚之间的电容C37和电阻R38，串联后连接在电容C31和比较器U12的输入负极之间的电容C32和电阻R34，串联后连接在电容C31和比较器U12的输入正极之间的电容C33和电阻R35，一端连接在电容C32与电阻R34之间、且另一端接地的电阻R33，一端连接在电容C33与电阻R35之间、且另一端接地的电阻R36，依次连接、且一端与直流转换芯片U10的OUT引脚连接的电阻R40、电阻R41和电阻R42，一端连接在电阻R40与电阻R41之间、且另一端接地的电容C39，输入正极与电阻R42连接、且输入负极与输出端连接的比较器U11，一端与比较器U11的输入正极连接、且另一端接地电容C40，一端连接在电阻R41与电阻R42之间、且另一端与比较器U11的输出端连接的电容C41，以及输出与比较器U11的输出端连接、且输入接地的二极管V8。
9.根据权利要求7所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，其特征在于，所述电流信号输出电路包括输入正极与比较器U8的输出端连接、输入负极与比较器U9的输入正极连接的比较器U15，型号为AD8436的真有效值芯片U13，输入负极与输出端连接的比较器U14，一端与比较器U15的输出端连接、且另一端接地的电容C46，串联后连接在比较器U15的输出端与真有效值芯片U13的RMS引脚之间的电容C47和电阻R44，串联后连接在真有效值芯片U13的OUT引脚与比较器U14的输入正极之间的电阻R45、电阻R46和电阻R47，一端连接在电阻R45与电阻R46之间、且另一端接地的电容C52，一端与比较器U14的输入正极连接、且另一端接地的电容C53，一端连接在电阻R46与电阻R47之间、且另一端与比较器U14的输出端连接的电容C54，以及输出端与比较器U14的输出端连接、且输入端接地的二极管V9。
10.一种微波持水流量仪组合测井装置的检测实现方法，其特征在于，采用权利要求1~9任一项所述的一种微波持水流量仪组合测井装置，所述实现方法，包括以下步骤：
步骤S01，将所述温度探头（17）、压力传感器（18）、流量传感器、含水率传感器（207）置于油井的油内；
步骤S02，利用温度探头（17）、压力传感器（18）、流量传感器分别检测油田的温度、油压、流量，并将检测结果反馈给模数转换器U2；利用微波信号发生电路向含水率传感器（207）发送微波检测信号，并获得经油水传输介质的微波检测信号，并且该信号反馈给模数转换器U2；
步骤S03，所述模数转换器U2将温度探头（17）、压力传感器（18）、流量传感器、含水率传感器（207）检测的模拟量转换成数字信号，并反馈给微处理器U3。
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