CN110578512B - 一种传输线传感器以及阵列式持水率检测仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测井技术领域，公开了一种传输线传感器以及阵列式持水率检测仪器，其中，传输线传感器包括绝缘锥体以及至少两条漆包线；所述绝缘锥体上依次开设有与所述漆包线数量相等且一一对应的第一螺旋槽以及与所述漆包线数量相等且一一对应的第二螺旋槽，所述绝缘锥体的锥顶开设有与所述漆包线数量相等且一一对应的过孔，各所述漆包线分别穿过对应的所述过孔，各所述漆包线的一端分别沿对应的第一螺旋槽缠绕于所述绝缘锥体上，各所述漆包线的另一端分别沿对应的第二螺旋槽缠绕于所述绝缘锥体上各所述漆包线的两端分别与外部的检测电路板电连接。本发明提供的传输线传感器具有体积小、精度高的技术效果。

Description

一种传输线传感器以及阵列式持水率检测仪器

技术领域

本发明涉及测井技术领域，具体涉及一种传输线传感器以及阵列式持水率检测仪器。

背景技术

致密油气等非常规油气藏多采用水平井开发，井筒中的流体介质受力关系随流管倾角变化更为复杂，导致油气井生产动态监测非常困难。尤其是井下油水流体在重力的作用下会发生分层流动，水平井筒截面上不同位置的持水率是不同的。因此，传统的用于垂直井中单点测量方式已不能适应水平井中的多点持水率测量需求，迫切需要测量井筒截面不同点的持水率。

对于持水率测井仪而言，传感器的微型化和布置方法是研究的重点，传感器的设计要求是：全范围，即在持水率0％～100％全范围内均有效；小截面，便于在井筒截面上布置多个传感器形成检测阵列；短长度，易于提高流向分辨率；高精度，在整个测量内保持高精度。

持水率的检测方法可分为电容法、电导法和传输线法。一般认为，电容法的检测有效范围在持水率0％～50％左右，电导法的检测有效范围在持水率50％～100％左右，而传输线法是目前为数不多的，检测范围在持水率0％～100％全程段有效的方法之一。

根据结构的不同，常见的传输线可以分为同轴传输线，平行双导线，平行微带线和共面微带线。目前已知的，可用于井下油水两相流持水率测量的传输线主要是同轴传输线结构。由于油水介质必须从同轴传输线的内外导体间所形成的环形空间流过，这就决定了同轴传输线传感器的尺寸不能设计得太小，否则会引起堵塞。因此，目前持水率检测仪器的瓶颈就在于基于传输线的持水率传感器的小型化和阵列化设计。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种传输线传感器以及阵列式持水率检测仪器，解决现有技术中两相流持水率测量精度受到传感器体积瓶颈影响的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种传输线传感器，包括绝缘锥体以及至少两条漆包线；

所述绝缘锥体上依次开设有与所述漆包线数量相等且一一对应的第一螺旋槽以及与所述漆包线数量相等且一一对应的第二螺旋槽，所述绝缘锥体的锥顶开设有与所述漆包线数量相等且一一对应的过孔，各所述漆包线分别穿过对应的所述过孔，各所述漆包线的一端分别沿对应的第一螺旋槽缠绕于所述绝缘锥体上，各所述漆包线的另一端分别沿对应的第二螺旋槽缠绕于所述绝缘锥体上，各所述漆包线的两端分别与外部的检测电路板电连接。

本发明还提供一种阵列式持水率检测仪器，包括多个所述传输线传感器，还包括上壳体、下壳体、支撑伸缩杆、多根弓形弹簧片、三轴倾角传感器、检测电路板以及数据传输器；

所述支撑伸缩杆的一端与所述上壳体连接，所述支撑伸缩杆的另一端与所述下壳体连接，多根所述弓形弹簧片的一端分别与所述上壳体连接，多根所述弓形弹簧片的另一端分别与所述下壳体连接，每一根所述弓形弹簧片上均安装有一个传输线传感器，各所述传输线传感器以及所述三轴倾角传感器分别与所述检测电路板电连接，所述检测电路板与所述数据传输器电连接，所述数据传输器与井下电缆电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提供的传输线传感器采用锥形结构的绝缘锥体，由于锥形结构具有倾斜面，因此井下流体在流动时可以对绝缘锥体的倾斜面进行冲刷，避免流体在绝缘锥体表面的滞留，从而提高测量灵敏度；而且，漆包线沿绝缘锥体螺旋式缠绕，且漆包线穿过过孔后两端均绕绝缘锥体螺旋式缠绕，增长漆包线的检测长度，从而提高检测精度，同时减小传输线传感器的整体体积，便于阵列化设计。本发明提供的阵列式持水率检测仪器，采用跟弓形弹簧片配合支撑伸缩杆形成可收缩和张开的结构，仪器在伸入井下的过程中，支撑伸缩杆伸长，弓形弹簧片收缩，仪器直径变小，便于仪器探入井下，仪器在测量过程中，支撑伸缩杆缩短，弓形弹簧片张开，各传输线传感器分别检测井筒截面不同点的持水率，实现多点持水率测量需求。

附图说明

图1是本发明提供的传输线传感器的结构示意图；

图2是本发明提供的阵列式持水率检测仪器一实施方式的结构示意图；

图3是本发明提供的阵列式持水率检测仪器的三轴倾角传感器一实施方式的工作原理示意图；

图4是本发明提供的阵列式持水率检测仪器一实施方式的工作原理示意图。

附图标记：

11、上壳体，12、下壳体，2、弓形弹簧片，3、传输线传感器，301、底座，302、绝缘锥体，303、第一螺旋槽，304、第二螺旋槽，305、漆包线，306、过孔，4、数据传输器，41、马龙头接口，5、三轴倾角传感器，6、检测电路板，7、支撑伸缩杆，8、油管，9、套管，10、牵引器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1提供了传输线传感器3，包括绝缘锥体302以及至少两条漆包线305；

所述绝缘锥体302上依次开设有与所述漆包线305数量相等且一一对应的第一螺旋槽303以及与所述漆包线305数量相等且一一对应的第二螺旋槽304，所述绝缘锥体302的锥顶开设有与所述漆包线305数量相等且一一对应的过孔306，各所述漆包线305分别穿过对应的所述过孔306，各所述漆包线305的一端分别沿对应的第一螺旋槽303缠绕于所述绝缘锥体302上，各所述漆包线305的另一端分别沿对应的第二螺旋槽304缠绕于所述绝缘锥体302上，各所述漆包线305的两端分别与外部的检测电路板6电连接。

本实施例提供的传输线传感器3绝缘锥体，绝缘锥体302下还设置有圆柱形底座301，圆柱形底座301便于传输线传感器3的安装固定，绝缘锥体302和圆柱形底座301优选一体成型。本实施例中漆包线305有两条，在绝缘锥体上切削出两条第一螺旋槽303以及两条第二螺旋槽304，两条第一螺旋槽303相邻设置，两条第二螺旋槽304相邻设置，两根漆包线305分别沿着对应的第一螺旋槽303缠绕于绝缘锥体302上，从绝缘锥体的锥底旋转环绕至锥顶，在锥顶通过两个过孔306，然后再分别沿着对应的第二螺旋槽304，从绝缘锥体的锥顶旋转环绕至绝缘锥体的锥底，所述两根漆包线305的始端和终端分别通过同轴射频电缆与外部的检测电路板6电连接。

具体的，图1中由上至下依次示出了绝缘锥体302上未缠绕漆包线305的结构、绝缘锥体302上缠绕有漆包线305的结构及缠绕方向、漆包线305的电路连接。图中A端、B端分别为其中一根漆包线305的两端，A’端、B’端分别为一根漆包线305的两端。检测电路板6包括交流电源V1、电阻Zref以及电阻ZL，A端通过电阻Zref与交流电源V1电连接，交流电源V1与A’端电连接，B端通过电阻ZL与B’端电连接。

本实施例提供的传输线传感器3的工作原理是：利用螺旋状漆包线305周围油水混合介质介电常数的变化引起高频电磁波信号相移的变化，通过测量电磁波信号相移来测量油水混合介质的持水率。由于传输线传感器3采用绝缘锥体302，绝缘锥体302的锥面有利于接收井下流体的冲刷作用力，在流体冲刷作用下，绝缘锥体302表面不易发生流体滞留效应，从而提高了检测精度。而且，采用开放式传感面结构，即漆包线305直接与被测流体接触，进一步提高检测精度，经测试，本实施例提供的传输线传感器3在持水率0％～100％全范围有效，且具有优于3％的分辨率，远高于目前其它仪器5％的最佳分辨率，且开放的结构不易堵塞，便于传感器的保养维护。同时漆包线305螺旋缠绕，有效增长了漆包线305长度，进一步提高了检测的灵敏度，且增长漆包线305长度的同时不会增大传输线传感器3的体积，从而实现传输线传感器3的小型化，本实施例中传输线传感器3的尺寸为：长×锥体底座301直径＝70mm×8mm，体积为1.2cm³。其体积只有现有最小同轴传输线线型持水率传感器体积的1/3左右。本实施例提供的传输线传感器3具有体积小，精度高，结构开放的特点，特别适用于大斜度井和水平井中多点阵列式持水率的测量需求。

提高漆包线305的有效长度有利于提高所述传输线传感器3的分辨率。故在锥体尺寸有限和保证机械强度的情况下，优选减小第一螺旋槽303以及第二螺旋槽304线之间的螺距，由此带来的益处是提高了漆包线305的有效长度，从而提高持水率分辨率。绝缘锥体优选采用耐高温、耐高压、耐酸碱腐蚀的绝缘材料制成。

优选的，如图1所示，各所述第一螺旋槽303以及各所述第二螺旋槽304等间距均匀分布。

实施例2

如图2所示，本发明的实施例2提供了阵列式持水率检测仪器，以下简称本仪器或仪器，包括多个以上实施例提供的传输线传感器3，还包括上壳体11、下壳体12、支撑伸缩杆7、多根弓形弹簧片2、三轴倾角传感器5、检测电路板6以及数据传输器4；

所述支撑伸缩杆7的一端与所述上壳体11连接，所述支撑伸缩杆7的另一端与所述下壳体12连接，多根所述弓形弹簧片2的一端分别与所述上壳体11连接，多根所述弓形弹簧片2的另一端分别与所述下壳体12连接，每一根所述弓形弹簧片2上均安装有一个传输线传感器3，各所述传输线传感器3以及所述三轴倾角传感器5分别与所述检测电路板6电连接，所述检测电路板6与所述数据传输器4电连接，所述数据传输器4与井下电缆电连接。

本实施例提供的阵列式持水率检测仪器，包括上述传输线传感器3，因此上述传输线传感器3所具备的技术效果，持水率检测仪器同样具备，在此也就不再赘述。

本实施例在上述实施例提供的小体积、高精度传输线传感器3的基础之上，提供阵列式持水率检测仪器。本实施例中上壳体11、下壳体12分别与弓形弹簧片2两端刚性连接，每一支弓形弹簧片2上安装有一个传输线传感器3，当所仪器位于井筒内，且处于工作模式时，支撑伸缩杆7收缩，弓形弹簧片2在张力的作用下处于张开状态，由于水平井中油水介质因重力作用导致的分层流动，这种多点测量方式能够有效区分油水分层界面，从而精确地测量水平井中油水两相流的持水率。在仪器工作的过程中，仪器中心的支撑伸缩杆7起到固定和支撑作用，确保上壳体11和下壳体12保持足够刚性。处于非工作模式时，支撑伸缩杆7伸长，弓形弹簧片2处于收缩状态，传输线传感器3靠近支撑伸缩杆7，从而减小仪器的直径，便于仪器在井筒内的移动。本实施例提供的阵列式持水率检测仪器，集成了多个传输线传感器3，可以实现井筒截面上多点持水率的同时检测，尤其适合于油水分层截面的持水率检测，可实现油水两相持水率的精确测量；同时通过弓形弹簧片2的张开与收缩，实现传输线传感器3的收缩与张开，在实现多点检测的同时，尽可能减小仪器的直径，方便仪器在井筒内的移动。具体的，本实施例中上壳体11和下壳体12均为圆柱形钛钢钢管。

优选的，如图2所示，所述支撑伸缩杆7与所述上壳体11连接的一端安装有马龙头接口41，所述数据传输器4通过所述马龙头接口41与井下电缆电连接。

数据传输器4与井下电缆之间采用马龙头接口41进行电连接。

优选的，如图2所示，所述检测电路板6和数据传输器4均安装于所述下壳体12内。

检测电路板6和数据传输器4安装于下壳体12内，实现密封保护。

优选的，如图2所示，多根所述弓形弹簧片2环绕所述支撑伸缩杆7均匀分布，各所述传输线传感器3位于同一平面内且绕所述支撑伸缩杆7呈圆形分布。

具体的，如图3所示，本实施例中设置有12个传输线传感器3，12个传输线传感器3呈圆形分布，恰好与时钟的12个方向相对应，12个传输线传感器3呈张开时均匀分布在井筒截面上，从而测量井筒截面12个点的持水率。

优选的，如图2、图3所示，各所述传输线传感器3形成圆形检测面，以所述圆形检测面的垂直平面作为安装面安装所述三轴倾角传感器5。

三轴倾角传感器5用于监测仪器姿态，实时提供各传输线传感器3的方位信息。以检测平面的垂直平面作为安装面安装三轴倾角传感器5，便于各传输线传感器3的倾角检测。具体如图3所示，三轴倾角传感器5的X轴与支撑伸缩杆7的伸缩方向平行，三轴倾角传感器5的Y轴方向和Z轴方向所在平面与圆形检测面平行，多个传输线传感器3在圆形检测面内形成多个不同径向，传输线传感器3的数量优选设置四的倍数，从而使得多个径向中存在垂直的径向，从而将Y轴方向设置为与其中一径向平行，Z轴方向设为与另一径向平行，这样，X轴检测数据和Y轴检测数据体现仪器与水平面XY0的夹角值，Z轴检测数据体现仪器与重力矢量g的夹角值，X轴检测数据或Z轴检测数据反映了仪器处于上坡流或者下坡流的角度，Y轴检测数据反映了仪器的轴向旋转角θ，通过Y轴检测数据可判断所述多个传输线传感器3的上下位置及分布情况。

优选的，如图2所示，各所述传输线传感器3分别通过同轴电缆与所述检测电路板6电连接，所述同轴电缆通过管道密封承压封装。

通过管道对同轴电缆进行密封承压封装，保护同轴电缆，避免其被井下压力损坏。具体的，本实施例中同轴电缆采用钛合金金属管道进行密封承压封装。

优选的，如图4所示，本仪器还包括牵引器10，所述牵引器10与所述下壳体12连接。

本仪器有两种模式：移动模式和测井模式。图4中竖直井段内设置有油管8，仪器在竖直井段中处于移动模式，水平井段内设置有套管9，仪器在水平井段中处于测井模式。图4左侧示出了仪器在移动模式时传输线传感器3以及支撑伸缩杆7的分布情况放大图，图4的右侧示出了仪器在测井模式时传输线传感器3以及支撑伸缩杆7的分布情况放大图。如图4左侧，移动模式主要是指上壳体11、下壳体12以及弓形弹簧片2等在油管8内升降的过程。这要求当所有的弓形弹簧片2和传输线传感器3被收拢时，紧贴本仪器中心的支撑伸缩杆7，以保证本仪器的最大直径在一定范围之内，以确保仪器在油管8中自由滑动。如图4右侧所示，测井模式是指仪器到达目标层时的测量状态。此时，传输线传感器3在弓形弹簧片2张力的作用下紧贴套管9的内壁，各传输线传感器3所形成的探测面的最大直径略小于井下套管9内径。例如套管9的外径为7英寸，则打开弹簧后，传感器所形成的探测面的直径约为160mm。进入水平井段之后，仪器很难依靠重力作用继续前行，此时需要依靠牵引器10带动前行，通过井下电缆给仪器供电，即可获得当前深度下各处井筒截面的持水率信息。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种传输线传感器，其特征在于，包括绝缘锥体以及至少两条漆包线；

所述绝缘锥体上依次开设有与所述漆包线数量相等且一一对应的第一螺旋槽以及与所述漆包线数量相等且一一对应的第二螺旋槽，所述绝缘锥体的锥顶开设有与所述漆包线数量相等且一一对应的过孔，各所述漆包线分别穿过对应的所述过孔，各所述漆包线的一端分别沿对应的第一螺旋槽缠绕于所述绝缘锥体上，各所述漆包线的另一端分别沿对应的第二螺旋槽缠绕于所述绝缘锥体上，各所述漆包线的两端分别与外部的检测电路板电连接。

2.根据权利要求1所述的传输线传感器，其特征在于，各所述第一螺旋槽以及各所述第二螺旋槽等间距均匀分布。

3.一种阵列式持水率检测仪器，其特征在于，包括多个如权利要求1或2所述的传输线传感器，还包括上壳体、下壳体、支撑伸缩杆、多根弓形弹簧片、三轴倾角传感器、检测电路板以及数据传输器；

所述支撑伸缩杆的一端与所述上壳体连接，所述支撑伸缩杆的另一端与所述下壳体连接，多根所述弓形弹簧片的一端分别与所述上壳体连接，多根所述弓形弹簧片的另一端分别与所述下壳体连接，每一根所述弓形弹簧片上均安装有一个传输线传感器，各所述传输线传感器以及所述三轴倾角传感器分别与所述检测电路板电连接，所述检测电路板与所述数据传输器电连接，所述数据传输器与井下电缆电连接。

4.根据权利要求3所述的阵列式持水率检测仪器，其特征在于，所述支撑伸缩杆与所述上壳体连接的一端安装有马龙头接口，所述数据传输器通过所述马龙头接口与井下电缆电连接。

5.根据权利要求3所述的阵列式持水率检测仪器，其特征在于，所述检测电路板和数据传输器均安装于所述下壳体内。

6.根据权利要求3所述的阵列式持水率检测仪器，其特征在于，多根所述弓形弹簧片环绕所述支撑伸缩杆均匀分布，各所述传输线传感器位于同一平面内且绕所述支撑伸缩杆呈圆形分布。

7.根据权利要求6所述的阵列式持水率检测仪器，其特征在于，以各所述传输线传感器形成的圆形面的垂直平面作为安装面、以所述圆形面的径向作为安装轴安装所述三轴倾角传感器。

8.根据权利要求3所述的阵列式持水率检测仪器，其特征在于，各所述传输线传感器分别通过同轴电缆与所述检测电路板电连接，所述同轴电缆通过管道密封承压封装。

9.根据权利要求3所述的阵列式持水率检测仪器，其特征在于，还包括套管以及牵引器，所述套管套设于各所述弓形弹簧片外，所述牵引器与所述下壳体连接。