CN109184666A - 一种采气井的产出剖面测井仪 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种采气井的产出剖面测井仪，包括传感器骨架，并排安装在传感器骨架内的探针式持水探头和热式气体质量流量传感器；传感器骨架设置有气液交换腔，气液交换腔开设有用于气液交换的气液交换孔；探针式持水探头的探头和热式气体质量流量传感器的质量速度传感器和温度传感器的探头均位于气液交换腔内；本申请热式气体质量流量传感器利用探针式持水探头测量出的井下流体种类结果，精确的测量出井下流体的流速，避免因流体类型判断错误导致对流体流速的测量错误。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种采气井的产出剖面测井仪。
背景技术
目前,随着油田的天然气井开发数量的逐年增加，为确定天然气井生产状态，对天然气井进行动态监测日趋重要，因此，加快发展和应用天然气井产出剖面测井技术，发展天然气井动态监测技术已是石油科技人员尤为重视的技术领域。
在现有的采气井的产出剖面测井仪中，通常采用涡轮流量传感器测试流量，但是，由于在天然气井中，某些层段上残留有部分液体，而涡轮流量传感器无法判断出井下流体是液体还是气体，严重影响井下流体流量测量结果，无法判断出当前测量的井下流体是气体还是液体。
因此，需要一种采气井的产出剖面测井仪，能够判断出当前测量的井下流体是气体还是液体，从而得到准确井下流体流量测量结果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采气井的产出剖面测井仪，能够判断出当前测量的井下流体是气体还是液体，得到准确的井下流体流量测量结果。其具体方案如下：
一种采气井的产出剖面测井仪，包括传感器骨架，并排安装在所述传感器骨架内的探针式持水探头和热式气体质量流量传感器；
所述传感器骨架设置有气液交换腔，气液交换腔开设有用于气液交换的气液交换孔；
所述探针式持水探头的探头和所述热式气体质量流量传感器的质量速度传感器和温度传感器的探头均位于气液交换腔内。
可选的，所述探针式持水探头、所述热式气体质量流量传感器和所述气液交换腔均设置在所述传感器骨架的前端。
可选的，还包括安装在所述传感器骨架内用于测量油套管接箍的磁定位传感器。
可选的，还包括安装在所述传感器骨架内与各传感器相连、用于采集各传感器的采样信号的采样电路；
安装在所述传感器骨架内与所述采样电路相连用于处理各传感器的采样信号的处理器；
安装在所述传感器骨架内与所述处理器相连用于存储数据的数据存储器；
安装在所述传感器骨架内与所述处理器相连用于外部通信的通信接口；
安装在所述传感器骨架外壁上用于密封遮盖所述通信接口的密封盖。
可选的，还包括安装在所述传感器骨架外用于控制方向的扶正器。
可选的，还包括嵌在所述传感器骨架内与外界气液相接触用于测量压力的压力传感器。
可选的，所述热式气体质量流量传感器包括质量速度传感器、环境温度传感器和恒功率模块；
所述质量速度传感器包括温度传感器和加热体，所述温度传感器的探头表面附着有所述加热体，所述加热体用于加热周边流体，所述温度传感器用于测量所述加热体的温度；
所述环境温度传感器用于测量所述加热体周边的环境温度；
所述恒功率模块用于控制所述加热体恒功率加热。
可选的，所述气液交换腔开设有多个均匀分布的圆形气液交换孔。
可选的，所述气液交换腔开设有多组对称的中心线在一条倾斜线的气液交换孔。
可选的，所述气液交换腔底部中心开设有圆形气液交换孔，所述气液交换腔的顶部外壁开设有多个气液交换孔。
本发明中，采气井的产出剖面测井仪，包括传感器骨架，并排安装在传感器骨架内的探针式持水探头和热式气体质量流量传感器；传感器骨架设置有气液交换腔，气液交换腔开设有用于气液交换的气液交换孔；探针式持水探头的探头和热式气体质量流量传感器的质量速度传感器和温度传感器的探头均位于气液交换腔内。
本发明的采气井的产出剖面测井仪设置有并排安装的探针式持水探头和热式气体质量流量传感器，热式气体质量流量传感器利用探针式持水探头测量出的井下流体种类结果，精确的测量出井下流体的流速，避免因流体类型判断错误导致对流体流速的测量错误。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种采气井的产出剖面测井仪结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种采气井的产出剖面测井仪结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种采气井的产出剖面测井仪俯视图；
图4为本发明实施例公开的另一种采气井的产出剖面测井仪结构示意图；
图5为本发明实施例公开的另一种采气井的产出剖面测井仪结构示意图；
图6为本发明实施例公开的一种采气井的产出剖面测井仪电子设备连接示意图；
图7为本发明实施例公开的一种气液交换腔结构示意图；
图8为本发明实施例公开的另一种气液交换腔结构示意图；
图9为本发明实施例公开的另一种气液交换腔结构示意图；
图10为本发明实施例公开的另一种气液交换腔结构示意图；
图11为本发明实施例公开的另一种气液交换腔结构示意图；
图12为本发明实施例公开的另一种气液交换腔结构示意图；
其中：1-探针式持水探头，2-质量速度传感器，3-环境温度传感器，4-压力传感器，5-磁定位传感器，6-加热体，7-恒功率模块，8-电源短接，9-数据存储器，10-通信接口，11-采样电路，12-处理器，13-热式气体质量流量传感器，14-气液交换孔，15-传感器骨架，16-线路，17-设备承载腔，18-气液交换腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种采气井的产出剖面测井仪，参见图1所示，该测井仪包括传感器骨架15，并排安装在传感器骨架15内的探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13；
传感器骨架15设置有开设有气液交换孔14、用于气液交换的气液交换腔18；
探针式持水探头1的探头和热式气体质量流量传感器13中质量速度传感器和温度传感器的探头均位于气液交换腔18内。
具体的，传感器骨架15即为整个采气井的产出剖面测井仪的外壳，传感器骨架15可以分为两部分，一部分为气液交换腔18，另一部分则包裹住各电气设备作为设备承载腔17。
其中，气液交换腔18内设置有探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的探头，当采气井的产出剖面测井仪深入井下时，液体或气体通过气液交换腔18腔壁上开设的气液交换孔14进入到气液交换腔18内部，与探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的探头进行接触，使得探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13能够测量出当前流体为液体或气体、气体质量和流量等相应的参数。
其中，设备承载腔17内部则安装有无需与气液直接接触的电子设备，用于保护各电子设备不被井下气液所损坏，例如，设备承载腔17内包括探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的非探头器件，设备承载腔17与气液交换腔18可以通过密封隔板隔离开，设备承载腔17中的探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的探头穿过密封隔板安装在气液交换腔18内，探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13与密封隔板之间嵌入式安装，安装完毕后，形成密封状态，气液无法进入设备承载腔17内，当然，设备承载腔17内部还可以安装多种电子设备，例如，电池或采样电路等等。
需要说明的是，规定采气井的产出剖面测井仪与外部吊装设备连接的方向为上方或末端，朝向井下的方向为前端或下方，气液交换腔18可以设置在传感器骨架15的最前端，即在采气井的产出剖面测井仪正常使用时，最先进入井内；但如果有特殊需求可以将气液交换腔18安装在传感器骨架15的中部或其余位置，参见图2所示，若气液交换腔18未安装在传感器骨架15的最前端或末端，则设备承载腔17将会被分为两个部分，两部分之间可以独立工作，若有电气连接，则可以在气液交换腔18的腔壁内布线实现连接。
可以理解的是，参见图4所示，为与外部吊装设备连接在传感器骨架15的末端可以安装用于与缆绳连接的固定装置，如绳帽19；为测量井下气液数据，仅需将探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13深入井下，其余信号处理装置和供电设备等设备可以设置在地面上，通过在设备承载腔17开设开口，将探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13采集的信号通过线路16连接到地表上的信号处理装置，其中，线路16中可以包括线路保护层、供电线和信号传输线，保护层与设备承载腔17上方的开口密切结合，密封连接，信号传输线与各传感器连接；还可以在采气井的产出剖面测井仪上设置配重，用于抵消流体产生的浮力对于采气井的产出剖面测井仪在井下位置造成的影响，同时有助于采气井的产出剖面测井仪的姿态稳定。
进一步的，上述的探针式持水探头1测量属于接触式测量，可以直接反映探针接触点的流体特性，根据油气水多相流体的特性差异对接触点流体进行持水率测量，在被测流体分别为气体相、油相和水相时，探针式持水探头1输出不同的电信号，转换成数字量之后即可识别出被测流体为气相或液相状态；其中，探针式持水探头1可以为电导式探针持水探头、电容式探针持水探头或光纤式探针持水探头。
进一步的，参见图4所示，上述的热式气体质量流量传感器13包括质量速度传感器2、环境温度传感器3和恒功率模块7；质量速度传感器2包括温度传感器和加热体6，温度传感器的探头表面附着有加热体6，加热体6用于加热周边流体，温度传感器用于测量加热体6的温度，恒功率模块7用于控制加热体6恒功率加热；环境温度传感器3用于测量加热体6周边的环境温度；质量速度传感器2的温度传感器和环境温度传感器3均可以为Pt1000铂电阻温度传感器。
其中，在热式气体质量流量传感器13测量时，热式气体质量流量传感器13浸入到被测的流体当中，同时对其中的加热体6进行供电加热，根据热扩散原理，加热物体被流体带走的热量与加热物体与流体的温差、流体的流速以及流体的性质有关，随着气体质量流速的增加，气流带走更多热量，质量速度传感器2中的加热体6的温度下降越多，若要维持加热体6与环境温度恒定的温度差，质量速度传感器2中的加热器的加热功率就要增大，根据热效应的金氏定律,移动的气体分子撞击热电阻时吸收带走热量，流量越大，接触热电阻的分子越多，吸收的热量越多，热吸收与某种气体的分子数，热学特性和流动特性有关，加热功率P、温度差△T＝(T1-T2)与质量流量Q有确定的数学关系式：
P/△T＝K1+K2×f(Q)K3；
式中，T1表示质量速度传感器2中的加热体6的温度，T2表示环境温度，K1、K2、K3是与被测流体物理性质有关的常数。
从以上公式中可以看出，加热功率P恒定时，温度差△T与质量流量相关，并与被测气体物理性质有关，由此，我们可以通过温度差△T来计算出气体的质量流量；当被测气体环境中出现液态流体时，由于热源热量传递转移效应和热量消散效应发生改变，温度差△T发生急剧变化，气体质量流量测量结果异常；结合探针式持水探头1的测量结果，可以清楚地识别出处于异常状态的液态相，从而在井下气体产出剖面测井解释成果图中，可以标注出严重影响气体产出剖面测井曲线并且使测井曲线异常的残留液体的具体位置，绘制出完整正确的井下气体产出剖面测井解释成果图。
其中，采气井的产出剖面测井仪的井下位置可以根据地表设备放线长度来判断采气井的产出剖面测井仪的井下深度；并排安装探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13，确保探针式持水探头1的探头和热式气体质量流量传感器13的探头在同一时间测量的是同一种流体，防止出现两种传感器测量的流体不同导致的测量错误。
可见，本发明实施例的采气井的产出剖面测井仪设置有并排安装的探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13，热式气体质量流量传感器13利用探针式持水探头1测量出的井下流体种类结果，精确的测量出井下流体的流速，避免因流体类型判断错误导致对流体流速的测量错误。
本发明实施例公开了一种具体的采气井的产出剖面测井仪，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图1、图3至图6所示，具体的：
本发明实施例中，采气井的产出剖面测井仪还可以包括安装在传感器骨架15内用于测量油套管接箍的磁定位传感器5，磁定位传感器5安装在传感器骨架15内的设备承载腔17中；由于井下同时安装有油管，油管之间通过油套管接箍连接，当采气井的产出剖面测井仪经过金属制成的油套管接箍时，磁定位传感器5便可以根据电磁感应生成位置信号，配合各油套管接箍位置，便可以估算出产出剖面测井在井下的位置；其中，油套管接箍位置可以根据记录有各油套管接箍位置的油管设计图得到。
具体的，采气井的产出剖面测井仪还可以包括安装在传感器骨架15内用于对各电气设备供电的供电电源8，供电电源8可以选用耐150℃的耐高温电池组。
进一步的，为节省采气井的产出剖面测井仪与地表设备通信时使用的信号传输线路的成本，同时减少信号传输线路过长导致的信号失真，在采气井的产出剖面测井仪内安装在传感器骨架15内与各传感器相连、用于采集各传感器的采样信号的采样电路11，安装在传感器骨架15内与采样电路11相连用于处理各传感器的采样信号的处理器12，安装在传感器骨架15内与处理器12相连用于存储数据的数据存储器9，安装在传感器骨架15内与处理器12相连用于外部通信的通信接口10，安装在传感器骨架15外壁上用于密封遮盖通信接口10的密封盖。
其中，采样电路11包括放大电路和24位模数转换器，用于采集各传感器的信号并转换为数字量，以供处理器12运算；在利用通信接口10与外界通信时，打开密封盖与外界设备连接，在采气井的产出剖面测井仪进入井下工作时闭合密封盖，防止井下流体对通信接口10造成损坏，密封盖可以为可以旋转式的翻盖，其周边设置有密封橡胶圈用于密封。
具体的，为获得位置与井下状态更为精准的对应数据，同时为减少井下流体对采气井的产出剖面测井仪的干扰，还包括安装在传感器骨架15外用于控制方向的扶正器20，扶正器20包括顶部扶正器和底部扶正器，顶部扶正器和底部扶正器共同作用，确保采气井的产出剖面测井仪在井下的姿态正确，不会发生偏转或因磁定位传感器吸附至油套管上，，其中，底部扶正器可以安装在气液交换腔的下方如图5所示，底部扶正器也可以安装在气液交换腔的上方如图4所示。
具体的，为测量井下压力，采气井的产出剖面测井仪还可以安装嵌在传感器骨架15内与外界气液相接触用于测量压力的压力传感器4，压力传感器4表面的压力检测装置暴露在井下流体下，压力传感器4内部的电子零件则被保护在在设备承载腔17内。
可以理解的是，安装在传感器骨架15内的各电子设备均安装在设备承载腔17内，仅压力传感器4、探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的部分器件与井下流体相接触，其中，压力传感器4嵌入在设备承载腔17内，压力传感器4外表面与井下流体接触，以测量井下流体压力，探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的探头在气液交换腔18内与井下流体接触。
进一步的，由于探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的探头需要与气液交换腔18内的流体接触才能够得到测量结果，且热式气体质量流量传感器13的测量结果与流体接触情况有着密切相关，需要保证井下流体在气液交换腔18内的流动情况与外界相同，这样才能保证测量结果的准确，因此需要根据实际测量环境对气液交换腔18的气液交换孔14进行针对性的设计，参见图7至图9所示，例如，可以在气液交换腔18上开设多个均匀分布的圆形气液交换孔14，以保证井下流体能够平稳的进入气液交换腔18，还可以将气液交换孔14分为上下两排且上下两排对称设置，在下井时流体从下排气液交换孔14进入，从上排气液交换孔14排出，出井时则流体从上排气液交换孔14进入，从下排气液交换孔14排出，使流体在气液交换腔18内保持一定的流动性；同时，气液交换孔14的形状和大小均可单独设定，例如可以设置为气液交换孔14的形状可以为长方形，均匀设置在气液交换腔18四周，上述下排气液交换孔14可以小于上排气液交换孔14；其中，气液交换孔14不应设置过低，应高于传感器探头的感应区域，防止由气相进入液相时有剩余气体残留在气液交换腔18中，导致探头无法感应到液体。
进一步的，参见图10所示，气液交换腔18还可以开设有多组对称的中心线在一条倾斜线的气液交换孔14，，一组包括两个气液交换孔14，两个气液交换孔14分别在气液交换腔18的一侧，每组的两个气液交换孔14的大小和形状相同，同时，两个气液交换孔14一高一低，且带有倾角，能够引导流体快速的通过气液交换腔18，而不会引起扰流，确保采气井的产出剖面测井仪对于流体流量测量的准确性。
参见图11所示，具体的，当气液交换腔18设置在传感器骨架的底部时，气液交换腔18还可以底部中心开设有圆形气液交换孔14，且气液交换腔18的顶部外壁开设有多个气液交换孔14用于将从底部气液交换孔14进入气液交换腔18的流体排出，还用于令流体从顶部的气液交换孔14进入气液交换腔18，流体再从气液交换腔18底部的圆形气液交换孔14排出，确保流体在气液交换腔18内能与传感器的探头充分接触，其中，气液交换腔18的顶部外壁的气液交换孔14其高度设置，应保证流体从顶部外壁的气液交换孔14排出前，流体能够充分接触传感器的探头，因此，气液交换腔18的顶部外壁的气液交换孔14的最低高度不应低于探针式持水探头1和热式气体质量流量传感器13的探头使用高度。
其中，如若气液交换腔18设置在传感器骨架的中部时，气液交换腔18的气液交换孔14可以如图12所示，在气液交换腔18的上下两端沿外壁的周向开设多个气液交换孔14，以确保流体能够与气液交换腔18内传感器的探头充分接触，还可以如图5所示，气液交换孔14为一个倾斜并贯通气液交换腔18的一个斜孔。
可以理解的是，气液交换腔18上开设的气液交换孔14其数量、形状、大小、位置和排列方式等均可根据实际应用需求进行设定，在此不做限定，但必须确保气液交换腔18内的流体能够与传感器的探头充分接触，确保传感器探头能够正常的测量。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的一种采气井的产出剖面测井仪进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，包括传感器骨架，并排安装在所述传感器骨架内的探针式持水探头和热式气体质量流量传感器；
所述传感器骨架设置有气液交换腔，所述气液交换腔开设有用于气液交换的气液交换孔；
所述探针式持水探头的探头和所述热式气体质量流量传感器的质量速度传感器和温度传感器的探头均位于气液交换腔内。
2.根据权利要求1所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，所述探针式持水探头、所述热式气体质量流量传感器和所述气液交换腔均设置在所述传感器骨架的前端。
3.根据权利要求1所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，还包括安装在所述传感器骨架内用于测量油套管接箍的磁定位传感器。
4.根据权利要求1所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，还包括安装在所述传感器骨架内与各传感器相连、用于采集各传感器的采样信号的采样电路；
安装在所述传感器骨架内与所述采样电路相连用于处理各传感器的采样信号的处理器；
安装在所述传感器骨架内与所述处理器相连用于存储数据的数据存储器；
安装在所述传感器骨架内与所述处理器相连用于外部通信的通信接口；
安装在所述传感器骨架外壁上用于密封遮盖所述通信接口的密封盖。
5.根据权利要求1所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，还包括安装在所述传感器骨架外用于控制方向的扶正器。
6.根据权利要求1所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，还包括嵌在所述传感器骨架内与外界气液相接触用于测量压力的压力传感器。
7.根据权利要求1所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，所述热式气体质量流量传感器包括质量速度传感器、环境温度传感器和恒功率模块；
所述质量速度传感器包括温度传感器和加热体，所述温度传感器的探头表面附着有所述加热体，所述加热体用于加热周边流体，所述温度传感器用于测量所述加热体的温度；
所述环境温度传感器用于测量所述加热体周边的环境温度；
所述恒功率模块用于控制所述加热体恒功率加热。
8.根据权利要求1至7任一项所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，所述气液交换腔开设有多个均匀分布的圆形气液交换孔。
9.根据权利要求1至7任一项所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，所述气液交换腔开设有多组对称的中心线在一条倾斜线的气液交换孔。
10.根据权利要求1至7任一项所述的采气井的产出剖面测井仪，其特征在于，所述气液交换腔底部中心开设有圆形气液交换孔，所述气液交换腔的顶部外壁开设有多个气液交换孔。
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