CN109973075A - 一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置包括冲洗系统、含水率实时测量系统和电路控制系统；冲洗系统利用两个电磁阀来更新全水测量管道内的水相；含水率实时测量系统通过测量电导传感器的输出电压，来计算得到持水率，再通过流量计校正得到含水率；电路控制系统主要用来控制电磁阀和激励传感器测量信号，对信号进行处理传输，实现含水率实时测量。本发明造价成本低、结构简单、体积小，能够满足陆面井口含水率实时测量的需要，适合大范围推广，且可以实现集数据采集、数据分析、远程监控及管理于一体的数字化油田组网工程。

Description

一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置

技术领域

本发明涉及石油生产陆面井口参数测量领域，特别涉及一种陆面井口动态阻抗油水两相流含水率测量装置。

背景技术

在石油生产中，油井开采出来的是一种含有石油、气、水和各种杂质的混合流体，将其中气体和其他杂质去除后剩下的为油水两相，其中水相含率是石油生产测井剖面评价测量的重要参数，对于提高油气产量，提高油气开采效率有着至关重要的作用。目前绝大部分陆面井口参数测量依靠人工定期取样化验，而该传统方法往往存在工作强度大、效率低、实时性差、测试数据不连续、影响因素多等弊端。

目前国外的石油生产陆面井口参数测量装置测量精度高，适用范围广，但是测量技术复杂，体积大，造价高。国内设备研制多以国外技术为蓝本，测量准确度、可靠性不及国外产品，部分产品仍处于发展研制阶段。

发明内容

本发明要解决的是陆面油田单井油水两相含水率实时在线测量且满足数字化油田建设要求的问题，提供一种体积小、成本低、易维护、安全可靠的的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，包括：冲洗系统、含水率实时测量系统和电路控制系统三个部分；

所述含水率实时测量系统包括出口管道和测量管道；所述测量管道与所述出口管道相连通；所述出口管道与石油主管道相连通；所述含水率实时测量系统用于测量含水率；

所述冲洗系统的第一端与所述石油主管道相连通；所述冲洗系统的第二端及第三端均与所述测量管道相连通；所述冲洗系统的第一端与所述测量管道之间设有上管道电磁阀；所述冲洗系统的第三端与所述测量管道之间设有下管道电磁阀；所述测量管道内部设有电导传感器；所述冲洗系统用于更新全水测量管道内的水相；

所述电路控制系统分别与所述上管道电磁阀、所述下管道电磁阀、所述电导传感器相连接；所述电路控制系统通过控制所述上管道电磁阀以及所述下管道电磁阀的开启或关闭，接收所述电导传感器的测量信号，并对信号进行处理传输。

可选的，所述冲洗系统具体包括：入口管道、冲洗管道和冲洗阀；

冲洗管道为方环管道，所述方环管道包括上管道、下管道、旁竖管道和所述测量管道中的全水测量管道；

所述入口管道一端与法兰焊接，所述入口管道的另一端与所述上管道、所述旁竖管道的一端通过等径三通焊接；其中，水平方向为所述入口管道和所述上管道，竖直方向为所述旁竖管道；所述旁竖管道的另一端与所述下管道的一端相连通；所述下管道的另一端与所述全水测量管道相连通；

所述上管道、所述测量管道中的混相测量管道以及所述全水测量管道通过等径三通焊接；其中，竖直方向为所述混相测量管道和所述全水测量管道，水平方向为所述上管道；所述上管道与所述混相测量管道的连接端为所述冲洗系统的第二端；所述下管道与所述全水测量管道的连接端为所述冲洗系统的第三端；冲洗阀包括上管道电磁阀和下管道电磁阀；所述上管道电磁阀螺纹在上管道内部，所述下管道电磁阀螺纹在下管道内部。

可选的，所述旁竖管道和所述下管道通过90度等径弯头焊接；其中，竖直方向为所述旁竖管道，水平方向为所述下管道；所述全水测量管道和所述下管道通过90度等径弯头焊接；其中，竖直方向为所述全水测量管道，水平方向为所述下管道。

可选的，所述含水率实时测量系统具体包括：出口管道和测量管道；

所述出口管道的一端与法兰焊接，所述出口管道的另一端通过90度等径弯头与所述测量管道中的混相测量管道焊接；

所述测量管道包括全水测量管道和混相测量管道；所述全水测量管道以及所述混相测量管道实时同步进行混相和全水测量。

可选的，所述电导传感器具体包括：全水电导传感器、混相第一电导传感器以及混相第二电导传感器；所述全水电导传感器设于所述全水测量管道的内部；所述混相第一电导传感器以及所述混相第二电导传感器设于所述混相测量管道的内部；所述电导传感器和所述测量管道均采用螺纹连接。

可选的，所述混相测量管道的侧壁上设有测量管道引线口。

可选的，所述电导传感器包括一个带有两个引线口的绝缘管和四个叠加的环状金属电极；所述环状金属电极嵌于所述绝缘管的管壁内部，通过所述引线口中的导线将所述环状金属电极连接到所述电路控制系统。

可选的，所述环状金属电极中最上端和最下端的两个电极为激励电极，中间的两个电极作为测量电极；所述激励电极用于建立敏感电流场；所述测量电极用于获取内部流体流场信息。

可选的，所述绝缘管的材质为有机玻璃；所述绝缘管用于防止所述环状金属电极与所述测量管道的不锈钢管壁接触，造成短路。

可选的，所述电路控制系统具体包括：主控制器、传感器激励模块、信号处理模块、定时工作模块以及无线传输接口模块；

所述传感器激励模块以及所述信号处理模块分别与所述电导传感器相连接；所述传感器激励模块产生激励恒流源激励所述电导传感器；所述信号处理模块接收所述电导传感器采集的信号，并对所述信号进行处理，将处理后的信号发送至所述主控制器；

所述无线传输接口模块以及所述定时工作模块分别与所述主控制器相连接；

所述传感器激励模块用于产生20KHz的激励恒流源；所述信号处理模块用于对所述测量电极的电压信号进行调理、压频转换以及脉宽调制；所述定时工作模块用于利用所述主控制器对传感器进行定时供电；无线传输模块用于采用低功耗局域网协议ZigBee自组网进行参数传输。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，通过电路控制系统控制所述冲洗系统内上管道电磁阀以及下管道电磁阀的开启或关闭，并接收含水率实时测量系统内电导传感器的测量信号，并对信号进行处理传输，从而实现陆面井口动态阻抗油水两相含水率的实时测量。本发明造价成本低、结构简单、体积小，能够满足陆面井口油水两相含水率实时测量的需要，适合大范围推广。

同时，本发明可以实现集数据采集、数据分析、远程监控及管理于一体的数字化油田组网工程，可在很大程度上实现油田生产指挥的一体化、统一化管理以及统筹协调优化整个油田的生产过程。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置三维结构示意图；

图2为本发明所提供的电导传感器三维结构示意图；

图3为本发明所提供的工作过程示意图。

其中，1-入口管道，2-上管道，3-下管道，4-旁竖管道，5-全水测量管道，6-入口法兰，7-混相测量管道，8-上管道电磁阀，9-下管道电磁阀，10-测量管道，11-出口管道，12-出口法兰，13-全水电导传感器，14-混相第一电导传感器，15-混相第二电导传感器，16-测量管道引线口，17-电导传感器第一引线口，18-电导传感器第二引线口，19-绝缘管，20-上激励电极，21-上测量电极，22-下测量电极，23-下激励电极，24-主管道阀门，25-入口管道阀门，26-出口管道阀门，27-电路控制系统，28-主管道，29-控制终端。

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。

本发明的目的是提供一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，体积小、成本低、易维护、安全可靠。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置三维结构示意图，如图1所示，一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，包括：冲洗系统、含水率实时测量系统和电路控制系统27三个部分；所述含水率实时测量系统包括出口管道11和测量管道10；所述测量管道10与所述出口管道11相连通；所述出口管道11与石油主管道28相连通；所述含水率实时测量系统用于测量含水率；所述冲洗系统的第一端与所述石油主管道28相连通；所述冲洗系统的第二端及第三端均与所述测量管道10相连通；所述冲洗系统的第一端与所述测量管道10之间设有上管道电磁阀8；所述冲洗系统的第三端与所述测量管道10之间设有下管道电磁阀9；所述测量管道10内部设有电导传感器；所述冲洗系统用于更新全水测量管道5内的水相；所述电路控制系统27分别与所述上管道电磁阀8、所述下管道电磁阀9、所述电导传感器相连接；所述电路控制系统27通过控制所述上管道电磁阀8以及所述下管道电磁阀9的开启或关闭，接收所述电导传感器的测量信号，并对信号进行处理传输。

冲洗系统具体包括：入口管道1、冲洗管道和冲洗阀组三部分；冲洗管道是一个方环管道，由上管道2、下管道3、旁竖管道4和全水测量管道5四部分组成；入口管道1一端与入口法兰6焊接，一端与上管道2、旁竖管道4通过等径三通焊接，其中水平方向为入口管道1和上管道2，竖直方向为旁竖管道4；上管道2、混相测量管道7和全水测量管道5通过等径三通焊接，其中竖直方向为混相测量管道7和全水测量管道5，水平方向为上管道2；旁竖管道4和下管道3通过90度等径弯头焊接，其中竖直方向为旁竖管道4，水平方向为下管道3；全水测量管道5和下管道3通过90度等径弯头焊接，其中竖直方向为全水测量管道5，水平方向为下管道3；冲洗阀组由上管道电磁阀8和下管道电磁阀9两部分组成；上管道电磁阀8螺纹连接在上管道2，下管道电磁阀9螺纹连接在下管道3；当需要进行含水率测量时上管道电磁阀8开启，下管道电磁阀9关闭，油水两相由入口管道1进入上管道2，再由上管道2进入测量管道10；当需要进行全水测量管道水相更新时，上管道电磁阀8关闭，下管道电磁阀9开启，油水两相由入口管道1进入旁竖管道4，再由旁竖管道4进入全水测量管道5，进行冲洗。

含水率实时测量系统具体包括：出口管道11和测量管道10两部分；出口管道11一端与出口法兰12焊接，一端通过90度等径弯头与测量管道10焊接；测量管道10包括全水测量管道5和混相测量管道7两部分来实时同步进行混相和全水测量；全水测量管道安装有全水电导传感器13，混相测量管道7安装有混相第一电导传感器14和混相第二电导传感器15，电导传感器和测量管道10均采用螺纹固定；混相测量管道7侧壁开有测量管道引线口16，用来连接系统电路。

图2为本发明所提供的电导传感器三维结构示意图，如图2所示，电导传感器由一个带有电导传感器第一引线口17和电导传感器第二引线口18的绝缘管19和上激励电极20、上测量电极21、下测量电极22和下激励电极23组成；绝缘管19材质为有机玻璃，目的是防止金属电极与测量管道10的不锈钢管壁接触，造成短路；四个环状金属电极镶嵌在绝缘管19管壁内部，通过引线口中的导线将四个环状金属电极连接到系统电路；上激励电极20和下激励电极23为激励电极，上测量电极21下测量电极22为测量电极；激励电极建立敏感电流场，测量电极获取内部流体流场信息；

电路控制系统27主要由传感器激励模块、信号处理模块、定时工作模块以及无线传输接口模块组成；传感器激励模块利用波形发生器和运放产生20KHz的激励恒流源；信号处理模块对所述测量电极的电压信号进行调理、压频转换、脉宽调制等处理；定时工作模块利用STM8主控制器对电导传感器进行定时供电和上下电磁阀定时开关；无线传输模块采用ZigBee自组网进行参数传输。

由电导法测量原理可知，在水为连续相条件下，电导传感器两测量电极间输出电压幅度与传感器内部流体的电导率成反比；设流过传感器测量电极间油水两相流混相电导为G_m，连续水相电导为G_w，混合相电导率为σ_m，连续水相电导率为σ_w，混相时传感器输出电压为V_m(混相值)，连续水相时输出电压为V_w(全水值)，则有

σ_m与σ_w之比由Maxwell公式给出

式(2)中，β为两相流中连续导电相的体积分数，在油水两相流中为持水率；持水率是指井筒某处流体中水相所占的体积分数，持水率可通过流量计获取的流量校正为含水率；式(1)中全水值F_w与混相值F_m之比称为仪器相对响应；混相值在混相测量部分油水两相流体流过电导传感器时测得，全水值在全水测量部分待油水两相分离后获得。

图3为本发明所提供的工作过程示意图，如图3所示，当需要进行含水率测量时，关闭主管道阀门24，打开入口管道阀门25和出口管道阀门26；电路控制系统27中定时工作模块开启上管道电磁阀8，关闭下管道电磁阀9；油水由入口管道1经过上冲洗管道流入测量管道10；此时在测量管道10内，由于油水密度的差异，水会逐渐向下分离，等到全水测量区全是水相后，电路控制系统27中传感器激励模块开启，信号处理模块对所述测量电极的电压信号进行调理、压频转换、脉宽调制等处理；全水电导传感器13输出电压为V_w，此时混相测量区混相第一电导传感器14输出电压为V_m1混相第二电导传感器15输出电压为V_m2；以混相第一电导传感器14为例，由电导法测量原理可知，在水为连续相条件下，电导传感器两测量电极间输出电压幅度与传感器内部流体的电导率成反比，则有：

式(3)中，σ_m与σ_w分别为混合相电导率和连续水相电导率；

σ_m与σ_w之比由Maxwell公式给出：

式(4)中，β为两相流中连续导电相的体积分数，在油水两相流中为持水率；联立式(3)和式(4)可得：

β是指井筒某处流体中水相所占的体积分数，将实时β值采用ZigBee自组网进行参数传输给电脑终端29，通过流量计获取的流量校正为含水率。

当需要进行全水测量管道5水相更新时，电路控制系统27中定时工作模块关闭上管道电磁阀8，开启下管道电磁阀9；油水两相由入口管道1进入旁竖管道4，再由旁竖管道4进入全水测量管道5，进行冲洗。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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)

1.一种陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，包括：冲洗系统、含水率实时测量系统和电路控制系统三个部分；

所述含水率实时测量系统包括出口管道和测量管道；所述测量管道与所述出口管道相连通；所述出口管道与石油主管道相连通；所述含水率实时测量系统用于测量含水率；

所述冲洗系统的第一端与所述石油主管道相连通；所述冲洗系统的第二端及第三端均与所述测量管道相连通；所述冲洗系统的第一端与所述测量管道之间设有上管道电磁阀；所述冲洗系统的第三端与所述测量管道之间设有下管道电磁阀；所述测量管道内部设有电导传感器；所述冲洗系统用于更新全水测量管道内的水相；

所述电路控制系统分别与所述上管道电磁阀、所述下管道电磁阀、所述电导传感器相连接；所述电路控制系统通过控制所述上管道电磁阀以及所述下管道电磁阀的开启或关闭，接收所述电导传感器的测量信号，并对信号进行处理传输。

2.根据权利要求1所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述冲洗系统具体包括：入口管道、冲洗管道和冲洗阀；

所述冲洗管道为方环管道，所述方环管道包括上管道、下管道、旁竖管道和所述测量管道中的全水测量管道；

所述入口管道一端与法兰焊接，所述入口管道的另一端与所述上管道、所述旁竖管道的一端通过等径三通焊接；其中，水平方向为所述入口管道和所述上管道，竖直方向为所述旁竖管道；所述旁竖管道的另一端与所述下管道的一端相连通；所述下管道的另一端与所述全水测量管道相连通；

所述上管道、所述测量管道中的混相测量管道以及所述全水测量管道通过等径三通焊接；其中，竖直方向为所述混相测量管道和所述全水测量管道，水平方向为所述上管道；所述上管道与所述混相测量管道的连接端为所述冲洗系统的第二端；所述下管道与所述全水测量管道的连接端为所述冲洗系统的第三端；所述冲洗阀包括上管道电磁阀和下管道电磁阀；所述上管道电磁阀螺纹在上管道内部，所述下管道电磁阀螺纹在下管道内部。

3.根据权利要求2所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述旁竖管道和所述下管道通过90度等径弯头焊接；其中，竖直方向为所述旁竖管道，水平方向为所述下管道；所述全水测量管道和所述下管道通过90度等径弯头焊接；其中，竖直方向为所述全水测量管道，水平方向为所述下管道。

4.根据权利要求3所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述含水率实时测量系统具体包括：出口管道和测量管道；

所述出口管道的一端与法兰焊接，所述出口管道的另一端通过90度等径弯头与所述测量管道中的混相测量管道焊接；

所述测量管道包括全水测量管道和混相测量管道；所述全水测量管道以及所述混相测量管道实时同步进行混相和全水测量。

5.根据权利要求4所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述电导传感器具体包括：全水电导传感器、混相第一电导传感器以及混相第二电导传感器；所述全水电导传感器设于所述全水测量管道的内部；所述混相第一电导传感器以及所述混相第二电导传感器设于所述混相测量管道的内部；所述电导传感器和所述测量管道均采用螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述混相测量管道的侧壁上设有测量管道引线口。

7.根据权利要求6所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述电导传感器包括一个带有两个引线口的绝缘管和四个叠加的环状金属电极；所述环状金属电极嵌于所述绝缘管的管壁内部，通过所述引线口中的导线将所述环状金属电极连接到所述电路控制系统。

8.根据权利要求7所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述环状金属电极中最上端和最下端的两个电极为激励电极，中间的两个电极作为测量电极；所述激励电极用于建立敏感电流场；所述测量电极用于获取内部流体流场信息。

9.根据权利要求8所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述绝缘管的材质为有机玻璃；所述绝缘管用于防止所述环状金属电极与所述测量管道的不锈钢管壁接触，造成短路。

10.根据权利要求9所述的陆面井口动态阻抗油水两相含水率测量装置，其特征在于，所述电路控制系统具体包括：主控制器、传感器激励模块、信号处理模块、定时工作模块以及无线传输接口模块；

所述传感器激励模块以及所述信号处理模块分别与所述电导传感器相连接；所述传感器激励模块产生激励恒流源激励所述电导传感器；所述信号处理模块接收所述电导传感器采集的信号，并对所述信号进行处理，将处理后的信号发送至所述主控制器；

所述无线传输接口模块以及所述定时工作模块分别与所述主控制器相连接；

所述传感器激励模块用于产生20KHz的激励恒流源；所述信号处理模块用于对所述测量电极的电压信号进行调理、压频转换以及脉宽调制；所述定时工作模块用于利用所述主控制器对传感器进行定时供电；无线传输模块用于采用低功耗局域网协议ZigBee自组网进行参数传输。