CN110821476A - 一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，包括：控制器、进液管、第一管路、第二管路和出液管；第一管路上设有第一电动阀门；第二管路上，沿管内液体流向依次设有第二电动阀门、第一静态混合器、压力表、第二静态混合器和含水率传感器；第一静态混合器与第二静态混合器中间的管道，管径由大到小均匀变化到预设管径；控制器分别与第一电动阀门和第二电动阀门控制连接；控制器分别与压力表和含水率传感器通讯连接。进行含水率测量时，该装置通过第一过渡管道,管径从大到小的变化，可增大采出液的流速，配合静态混合器，让采出液得到充分混合再进行准确测量；该装置所需的部件较少、结构简单、体积小，测量准确性较高。

Description

一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置

技术领域

本发明涉及油田测量技术领域，特别涉及一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置。

背景技术

目前，在世界上的所有油田的采油井中，产油率和产油量是油田生产最重要的基本数据，我国绝大多数油田采用二次三次驱油作业，二次采油是采用水驱技术，三次采油采用三元复合驱技术。我国大庆油田、吉林油田、塔里木油田、胜利油田等大型油田由于油田老化多采用类似的技术进行深度采油。

二次三次驱油作业条件下，采出物是一种三相流(气相、水相、油相)，气相中可能的组分是H2S、CO2和低碳数烃类等，水相中包含驱油化学品，油相指粗原油。各个油田为了实时监测油井的采出水量，需要精确地掌握油井的产油量，则必须定期测定油井产出液的含水量。

但是在现有技术中，三相流从地下转移到地面后，由于温度压力的变化，形态发生变化，油水气快速分离，气体从体相中溢出，水相下沉，油相上浮，水相中以水包油的形式含不确定的油，油相中以油包水的形式含不确定的水，水包油形式的含油量和油包水的含水率均是动态变化的，导致测量原油产率非常困难。油田由于没有简单可靠的测试油水比率的方法,使得油田数据化工作难以进展，特别是采出液中高含气高含水的工况测量难度更大。

而且现有的一些专利技术以及产品，为了保证测量的可靠性，必须确保含水率传感器表面的清洁，需要通过自吸泵还有四个电磁阀才能实现自清洁和测量，结构繁琐，体积庞大。

因此，如何研究出一种可靠性高、体积小并能满足现场安装维护需要的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，是同行从业人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置。

一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，包括：控制器和测量装置本体；所述测量装置本体包括：进液管、第一管路、第二管路和出液管；

所述进液管的入口端与井口管道通过法兰连接，出口端分别与所述第一管路和第二管路的输入端相连通；

所述第一管路和第二管路的输出端分别与所述出液管的一端相连通，所述出液管的另一端与主管道连通；

其中：

所述第一管路上设有第一电动阀门；

所述第二管路上，沿管内液体流向依次设有第二电动阀门、第一静态混合器、压力表、第二静态混合器和含水率传感器；

所述第一静态混合器与所述第二静态混合器中间的管道，为第一过渡管道；所述第一过渡管道的管径由大到小均匀变化到预设管径，所述第一过渡管道的内壁平滑过渡；

所述控制器分别与所述第一电动阀门和第二电动阀门控制连接；所述控制器分别与所述压力表和含水率传感器通讯连接；

进一步地，所述含水率传感器与所述出液管中间的管道，为第二过渡管道；

所述第二过渡管道的管径，由预设管径逐渐增大，均匀过渡到与所述第二管路相同的管径。

进一步地，还包括：用于清洗所述含水率传感器的清洗部件；

所述清洗部件包括：驱动机构、传动机构和清洁机构；

所述清洁机构穿设于管道壁，所述清洁机构的一端连接在所述传动机构上，另一端具有清洁环；所述清洁环套设在所述含水率传感器的探针上；

所述驱动机构通过输出轴驱动所述传动机构往复运动；所述传动机构带动所述清洁环往复运动；

所述控制器与所述驱动机构控制连接。

进一步地，所述清洁机构呈工字型；包括：依次连接的限位杆、连接杆和清洁杆；

所述限位杆的一端与所述驱动机构连接，所述连接杆穿设于管道壁，所述清洁杆的一端设有所述清洁环。

进一步地，所述连接杆与所述管道壁之间设有第一密封环；所述清洁杆与所述管道壁相对应的位置设有第二密封环；所述限位杆与所述管道壁相对应的位置设有第三密封环。

进一步地，所述清洁环为环状的毛刷或橡胶。

进一步地，所述控制器为PLC控制器或工控机。

进一步地，所述控制器还设有：无线通信模块；所述控制器通过无线通信方式与远程终端连接。

进一步地，所述无线通信模块，包括下述一项或多项：

WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块和近场通信模。

本发明实施例提供的一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，包括：控制器和测量装置本体；所述测量装置本体包括：进液管、第一管路、第二管路和出液管；所述进液管的入口端与井口管道通过法兰连接，出口端分别与所述第一管路和第二管路的输入端相连通；所述第一管路和第二管路的输出端分别与所述出液管的一端相连通，所述出液管的另一端与主管道连通；所述第一管路上设有第一电动阀门；所述第二管路上，沿管内液体流向依次设有第二电动阀门、第一静态混合器、压力表、第二静态混合器和含水率传感器；所述第一静态混合器与所述第二静态混合器中间的管道，为第一过渡管道；所述第一过渡管道的管径由大到小均匀变化到预设管径，所述第一过渡管道的内壁平滑过渡；所述控制器分别与所述第一电动阀门和第二电动阀门控制连接；所述控制器分别与所述压力表和含水率传感器通讯连接。在测量含水率时，该装置通过第一过渡管道,管径从大到小的变化，可增大采出液的流速，配合以两个静态混合器，让充分混合的采出液得到充分的混合再进行准确测量；相比传统的测量装置，本发明的装置所需的部件较少、结构简单、体积小、占地少，而且测量准确性较高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的含水率传感器与清洁机构安装关系的剖面示意图。

图3为本发明实施例提供的控制器与多个部件之间连接的结构示意图。

附图中：1-控制器，2-测量装置本体，21-进液管，22-第一管路，23-第二管路，24-出液管，221-第一电动阀门，231-第二电动阀门，232-第一静态混合器，233-压力表，234-第二静态混合器，235-含水率传感器，236-第一过渡管道，237-第二过渡管道，3-清洗部件，31-驱动机构，32-传动机构，33-清洁机构，331-清洁环，332-限位杆，333-连接杆，334-清洁杆，335-第一密封环，336-第二密封环，337-第三密封环，管道壁4。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明实施例提供的一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，包括：控制器1和测量装置本体2；

其中，测量装置本体2按照管道设置，包括四个部分，分别为进液管21、第一管路22、第二管路23和出液管24：该进液管21的入口端与井口管道通过法兰连接，出口端分别与第一管路22和第二管路23的输入端相连通；

第一管路22和第二管路23的输出端分别与出液管24的一端相连通，该出液管24的另一端与主管道连通。

然后，在第一管路22上安装第一电动阀门221，在第二管路23上，依管道内液体流向依次安装有第二电动阀门231、第一静态混合器232、压力表233、第二静态混合器234和含水率传感器235。第一静态混合器232与第二静态混合器234中间的管道，为第一过渡管道236；该第一过渡管道236的管径由大到小均匀变化到预设管径，且第一过渡管道236的内壁平滑过渡。本实施例中对含水率传感器的具体结构不作限定，采用现有技术中的含水率传感器即可。

比如第二管路的管径为20cm，第一过渡管道的管径可由20cm均匀变化到10cm。该预设管径可根据具体的作业环境选择；本实施例对预设管径的数值不作限定。

上述第一过渡管道236，管道内液体受限流动通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，并通过第一静态混合器和第二静态混合器充分的混合。在不同管径中分别设置了静态混合器，利用固定在管内的混合单元体改变液体在管内的流动状态，以达到水、油、气之间良好分散和充分混合的目的，从而提高含水率的精准测量。

上述控制器1分别与第一电动阀门221和第二电动阀门231控制连接，接收控制器1的控制信号，实现开启和关闭。该控制器1分别与压力表233和含水率传感器235通讯连接，在测量状态下，实时获取管道内的压力数据及采出液含水率的数据。

测量含水率时的工作原理如下：

在测量状态时，通过控制器1控制，第一电动阀门221关闭，第二电动阀门231打开，如图1所示；采出液经过进液管21，流入第二管路23，再经过第二电动阀门231，第一静态混合器232，压力表233，第一静态混合器234，再经过含水率传感器235，经过出液管24，回到采出液主管道。该压力表233一直监控压力状况，连接控制器1。当控制器1判断超过定义的压力时，立即控制打开第一电动阀门221，进行泄压保护，测量流程暂停；待管道内压力回到正常范围一段时间后，下一个操作开始。

在测量含水率时，该装置通过第一过渡管道236,管径从大到小的变化，可增大采出液的流速，配合以两个静态混合器，让充分混合的采出液得到充分的混合再进行准确测量；相比传统的测量装置，本发明的装置所需的部件较少、结构简单、体积小、占地少，而且测量准确性较高。

在实际应用中，该含水率传感器所安装的管路，两端可通过法兰接入到第二管路中；当含水率传感器出现故障时，方便维修和更换。

进一步地，当测量完成后，为了利于排出管道内液体，同时也可以减少管道内的压力，将含水率传感器235与出液管24中间的管道，也设计为管径均匀变大过渡的管道，称为第二过渡管道237。该第二过渡管道237的管径，由上述预设管径逐渐增大，均匀过渡到与第二管路23相同的管径即可。

在一个实施例中，在含水率传感器235长期的测量过程中，表面探针容易附着部分泥砂、粘滞物及腐蚀物质；导致后续测量出现误差或测量不准确；因此，需要定期对含水率传感器235表面进行清洁。

该装置还包括一个用于清洗该含水率传感器的清洗部件3；参照图2所示，将该清洗部件3与含水率传感器235组装在一起；其中，清洗部件3包括：驱动机构31、传动机构32和清洁机构33；该驱动机构31通过输出轴驱动传动机构32往复运动。

该清洁机构33穿设于管道壁4，清洁机构33的一端在传动机构32上，另一端具有清洁环331；清洁环331套设在含水率传感器235的探针上；驱动机构31通过输出轴驱动传动机构32往复运动；传动机构32带动清洁环331往复运动；控制器1与驱动机构31控制连接。

其中，该驱动机构1可以是液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动等驱动方式，本公开实施例对此不作限定；

传动机构可以是连接杆、齿轮齿条、链条等传动组件；可根据具体的驱动机构选择相对应的传动机构即可。

比如以电气驱动的驱动电机为例，控制器与驱动电机的驱动器控制连接；说明下自动清洁的工作原理：

当测量完成后，通过控制器1控制，第一电动阀门221关闭，第二电动阀门231打开，通过控制驱动器，使驱动电机开始工作，通过输出轴驱动齿轮齿条机构往复运动，从而实现清洁机构33来回往复运动，带动清洁环331在含水率传感器235的表面来回清洁，确保表面无附着物。同理，压力表233一直监控压力状况，连接控制器1，当控制器1判断超过定义的压力时，立即控制打开第一电动阀门221，进行泄压保护，清洗流程暂停；压力回到正常范围一段时间后，再进行清洗操作。

清洗状态时，该装置通过第一过渡管道236,管径从大到小的变化，可增大采出液的流速，以高速液体冲洗含水率传感器235；同时，配合以往复运动的清洗环331，两种方式双管齐下，使含水率传感器235表面的附着物被清理干净。

本实施例中，根据采出的原油含水量比较高，可以利用原油对含水率传感器235表面进行清洗。该装置在测量含水率后，可实现自动化清洗，具体的自动清洁过程如下：根据介质的油品质量，比如含水率的多少，可设置相应清洗时间。比如油品含水率在90％以上时，清洗时间为30分钟即可。通过自动清洗，实现免维护，进而也能延长该测量装置的使用寿命，提高测量精度。

进一步地，上述清洁机构33可呈工字型；包括：依次连接的限位杆332、连接杆333和清洁杆334；限位杆332的一端与传动机构32连接，连接杆333穿设于管道壁4，清洁杆334的一端设有清洁环331。该清洁环331的材质比如可以是橡胶或毛刷，只要是便于清理掉含水率传感器235探针上的附着物即可，本公开实施例对此也不作限定。

进一步地，为了防止连接杆333与管道壁4之间泄露管内介质，可在二者之间设有第一密封环335；同时，为了减弱清洁杆334与管道壁4(管道内部)相对应位置的碰撞力度，设有第二密封环336，在起到密封作用的同时还可以缓冲碰撞的力度。同理，可在限位杆332与管道壁4(管道外部)相对应的位置设有第三密封环337。

进一步地，可参照图3所示，上述控制器1比如可以是PLC控制器，PLC控制器是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器。PLC控制器可以将上述第一电动阀门、第二电动阀门、驱动机构的控制指令加载在内存内储存与执行。

另外，上述控制器1比如还可以是工控机，工控机有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。比如该测量装置可以在管道上或分离器内设置温度传感器、压力传感器、浓度计等，通过工控机获取上述传感设备的反馈数据，比如可以显示温度，压力，浓度等参数。

进一步地，该控制器还可以设有无线通信模块，实现与远程终端的连接，接收远程终端的控制指令，也可以反馈实时工作状态的相关参数，可以实现远程对测量时间、频次的控制，适用油田生产情况的实际需要。其中，无线通信模块，可以是WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块和近场通信模块的任一种。公众移动通信网通信模块可以是各种制式的2G、3G、4G、5G通信模块，近场通信模块可以是NFC(Near Field Communication)模块等。

当安装有清洗部件的测量装置，在进行测量含水率时，通过控制器1控制，第一电动阀门221关闭，第二电动阀门231打开，清洗部件不工作，清洁杆的内壁紧紧压在管道壁内侧和第二密封环上。同时第一密封环和第二密封环一起作用，确保可靠的密封效果。

本发明实施例提供的一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，利用管径的变化，设置第一过渡管道，并通过控制器与各部件之间的控制连接实现了测量含水率的自动化、清洗含水率传感器的自动化。

具有如下优势：

1.普通的含水率测量，用到液气分离器，结构非常庞大，而且由于产出液成分复杂，气量不一样，结果不准确；相对于此，本公开实施例的测量装置，结构简单、体积较小、占地空间少；且测量含水率结果更准确；

2.另外，有些具有泵和加热装置的含水率测量装置，由于需要用到泵和加热装置，体积也比较庞大，而且需要有防爆设计；而本公开实施例的测量装置，同样结构简单且无需防爆部件的设计，经济成本较低，而且体积较小；

3.本发明实施例提供的测量装置，取消了泵，只采用管径的变化和静态混合器来实现流速加快和充分混合；小功率的驱动机构和简单传动机构来带动清洁机构。其中，第二密封环在采出液的压力下实现管道与清洁机构之间的密封，降低了密封的技术可行性和可靠性；而且也增加了可靠的预备装置，即使在第一个密封环和第二密封环失效后，第三密封环还是可以起到密封作用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种改进的油田生产井采出液含水率的自动测量装置，其特征在于，包括：控制器(1)和测量装置本体(2)；所述测量装置本体(2)包括：进液管(21)、第一管路(22)、第二管路(23)和出液管(24)；

所述进液管(21)的入口端与井口管道通过法兰连接，出口端分别与所述第一管路(22)和第二管路(23)的输入端相连通；

所述第一管路(22)和第二管路(23)的输出端分别与所述出液管(24)的一端相连通，所述出液管(24)的另一端与主管道连通；

其中：

所述第一管路(22)上设有第一电动阀门(221)；

所述第二管路(23)上，沿管内液体流向依次设有第二电动阀门(231)、第一静态混合器(232)、压力表(233)、第二静态混合器(234)和含水率传感器(235)；

所述第一静态混合器(232)与所述第二静态混合器(234)中间的管道，为第一过渡管道(236)；所述第一过渡管道(236)的管径由大到小均匀变化到预设管径，所述第一过渡管道(236)的内壁平滑过渡；

所述控制器(1)分别与所述第一电动阀门(221)和第二电动阀门(231)控制连接；所述控制器(1)分别与所述压力表(233)和含水率传感器(235)通讯连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述含水率传感器(235)与所述出液管(24)中间的管道，为第二过渡管道(237)；

所述第二过渡管道(237)的管径，由预设管径逐渐增大，均匀过渡到与所述第二管路(23)相同的管径。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：用于清洗所述含水率传感器(235)的清洗部件(3)；

所述清洗部件(3)包括：驱动机构(31)、传动机构(32)和清洁机构(33)；

所述清洁机构(33)穿设于管道壁，所述清洁机构(33)的一端连接在所述传动机构(32)上，另一端具有清洁环(331)；所述清洁环(331)套设在所述含水率传感器(235)的探针上；

所述驱动机构(31)通过输出轴驱动所述传动机构(32)往复运动；所述传动机构(32)带动所述清洁环(331)往复运动；

所述控制器(1)与所述驱动机构(31)控制连接。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述清洁机构(33)呈工字型；包括：依次连接的限位杆(332)、连接杆(333)和清洁杆(334)；

所述限位杆(332)的一端与所述驱动机构(31)连接，所述连接杆(333)穿设于管道壁，所述清洁杆(334)的一端设有所述清洁环(331)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连接杆(333)与所述管道壁之间设有第一密封环(335)；所述清洁杆(334)与所述管道壁相对应的位置设有第二密封环(336)；所述限位杆(332)与所述管道壁相对应的位置设有第三密封环(337)。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述清洁环(331)为环状的毛刷或橡胶。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器(1)为PLC控制器或工控机。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器(1)还设有：无线通信模块；所述控制器(1)通过无线通信方式与远程终端连接。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述无线通信模块，包括下述一项或多项：

WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块和近场通信模。

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