CN112360429A - 一种流量测井仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流量测井仪，属于测井仪器技术领域。流量测井仪包括：探头，所述探头包括沿流体流动方向延伸的骨架，在骨架上间隔、固定设置一个发射电极和至少一个接收电极；发射电极发射射频电脉冲，将发射电极附近的流体激化产生电位；发射电极停止发射射频电脉冲，被激化的流体流动后，其电位信息被接收电极探测到；根据发射电极和接收电极的间隔距离、以及发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速。本发明不受流体黏稠度的影响，通过间接测量技术，准确的得到流体的流速。
Description
技术领域
本发明涉及一种流量测井仪，属于测井仪器技术领域。
背景技术
流量测井是油气田开发过程中油气井生产动态监测的重要手段，其目的主要有两方面：一是为确定一口井是否有效地生产，判断出现无效情况的可能原因及影响因素，用于油层改造(压裂、酸化、封堵等)效果检查，套管漏失、层间水窜或气窜引起的产层或油井的动态变化，射孔质量不好或误射、流体倒灌导致产液剖面的不合理变化以及未预料到的地层特性改变；二是定期监测油层的动态变化，了解各类油层的动用状况，尤其是平面上和纵向上的油水分布，为制定开发区调整方案和开展储层评价研究提供依据。
现有流量测井方法包括机械涡轮类流量测井、电磁流量测井、氧活化、同位素示踪流量测井、浮子流量测井和超声波流量测井。其中浮子流量测井和超声波流量测井因误差大及适应性差而未被普及。
机械涡轮类流量测井包括：
1、敞流式涡轮流量测井
采用非集流、可折叠涡轮连续旋转方式，当流体通过涡轮时,推动涡轮转动，其转速与流体的流速成正比，涡轮转动再通过磁耦合带动仪器内部的霍尔器件光栅转动，霍尔器件输出与转速有关的脉冲信号，从而获得流体速度信息。非集流式涡轮测井用于测量分层产液量、全井产液量、分层注水量和全井注水量，被广泛的应用到注水井、稀油井、产气井中。缺点：启动排量由于外置涡轮机械结构的限制，在稠油井和铁屑较多的老井中无法应用。
2、集流式涡轮流量测井
采用机械涡轮测量井内产层流量，与集流伞组合使用，通过集流伞集流，使流经仪器涡轮的流体流速大幅提高。因采用集流伞集流方式，启动排降低，线性增强，广泛应用于低流量井中。缺点：因仍然采用机械涡轮测量方式，无法应用于稠油井中，而且因井内稠油和泥沙杂质影响，集流伞无法收拢，在更换测量层位过程中易损坏。
电磁流量测井：导电流体(水)流经电磁流量传感器，切割传感器磁感应线，在探头线圈中产生正比于流体流速的感应电流，测量感应电流的大小测取流量。缺点：只能在较干净的中低流水井中使用。
示踪流量测井：为放射性示踪流量测井，它与自然伽玛仪配合使用，可以测得井内流体速度。测井时，在目的层位上方，仪器静止，示踪仪释放同位素液体，含有同位素的流体流经伽马探头测得同位素运移峰，得到同位素从喷嘴喷出到达伽马探头的时间，从而得到井内流体速度。缺点：主要适用于中等流速的水井和稀油井中。在稠油井中，同位素喷嘴易被稠油封死，同位素无法喷出；喷出的同位素在稠油中无法形成有效扩散，难以追踪运移峰。
氧活化水流测井：用14Mev的快中子轰击水中的氧原子，氧原子被活化后，在回复到平衡态过程中，释放出伽玛射线，通过测量伽马射线到达各探头的时间计算流速。缺点：只能在水井或含水率较高的油井(含水率>60％)使用。
综上，由于稠油井原油黏稠度高、流动性差，现有的流量测井技术均不能满足稠油井流量测试。
发明内容
本申请的目的在于提供一种流量测井仪，用以解决现有流量测井方法无法适用于稠油井的问题。
为实现上述目的，本申请提出了一种流量测井仪的技术方案，包括：
探头，所述探头包括沿流体流动方向延伸的骨架，在骨架上间隔、固定设置一个发射电极和至少一个接收电极；
发射电极发射射频电脉冲，将发射电极附近的流体激化产生电位；发射电极停止发射射频电脉冲，被激化的流体流动后，其电位信息被接收电极探测到；根据发射电极和接收电极的间隔距离、以及发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速，进而计算出流量。
本发明的流量测井仪的技术方案的有益效果是：基于稠油井和注聚井中，电荷运移和交换非常缓慢，激化电位有很强的相对稳定性且同一截面的电位值呈现相对一致性的特点，本发明通过发射电极激化流体电位，通过接收电极探测被激化流体的电位，进而发射电极和接收电极的间隔距离、以及发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速。本发明不受流体黏稠度的影响，通过间接测量技术，准确的得到流体的流速。
进一步的，为了提高流量测井仪的可靠性，所述骨架为圆柱形空心骨架，骨架内设置有轴向孔，且骨架的侧壁上设置有径向孔，用于实现各电极引线的走线。
进一步的，各电极之间设置有极间绝缘套，用于固定和隔离各电极。
进一步的，所述骨架两端设置有压紧丝扣，压紧丝扣与电极之间设置有端部绝缘套。
进一步的，为了提高测量的准确性，所述发射电极套设在骨架的中心位置，接收电极的数量为8个，间隔、对称分布在发射电极的两侧。
进一步的，为了可以实现大流速的检测，各接收电极之间的距离、接收电极和发射电极的距离相等、或者不相等。
进一步的，为了实现流速的计算，所述流量测井仪还包括控制器，控制器的输出端控制连接发射电极，控制器的输入端采样连接接收电极，用于根据发射电极和接收电极的间隔距离、以及发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速。
进一步的，为了提高发射电极控制的可靠性，所述控制器和发射电极之间还设置有发射控制模块，用于实现对发射电极发射射频电脉冲的时序控制。
进一步的，为了实现信号的处理以满足控制器的接受条件，所述控制器和接收电极之间还设置有放大器、整形模块和限幅模块，用于实现对接收电极所接收的电位信息的处理。
进一步的，所述骨架为绝缘骨架、或者所述骨架上设置有骨架绝缘套。
附图说明
图1是本发明流量测井仪的结构图；
图2是本发明探头的示意图；
图3是本发明探头的结构图；
图4是本发明探头中各电极的安装位置示意图；
图5是本发明流量测井仪的测量原理图；
图中：1为发射电极、2为接收电极、3为引线、4为骨架、5为极间绝缘套。
具体实施方式
流量测井仪实施例：
流量测井仪的主要构思在于，通过研究发现，在稠油井和注聚井中，电荷运移和交换非常缓慢，激化电位有很强的相对稳定性且同一截面的电位值呈现相对一致性的特点，因此本发明在探头上设置发射电极和接收电极，通过发射电极发射射频电脉冲，使得发射电极附近的流体被激化带电，发射电极停止发射射频电脉冲，被激化带电的流体流经接收电极时其电位信息被接收电极所检测，进而根据发射电极和接收电极之间的间隔距离、以及电发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速。
具体的，流量测井仪如图1所示，包括结构部分和电路部分：
结构部分包括探头，探头的结构如图2、图3、图4，包括骨架4、绝缘套和阵列传感器电极，阵列传感器电极中各电极通过其各自的引线3连接电路部分。
骨架4为圆柱形空心骨架，其内径为8mm、外径为18mm、壁厚为5mm，圆柱体的两端有压紧丝扣，用于固定各电极和压实绝缘套，由于骨架4的内径为8mm，因此骨架4的轴向孔的直径为8mm，骨架4的侧壁上设置有径向孔，径向孔的直径为0.8mm，径向孔的设置位置和设置数量与各电极相对应，通过径向孔和轴向孔实现各电极引线3的走线，两端的压紧丝扣设置有轴向通孔，使得引线3(引线3的直径为0.6mm)穿出后与电路部分连接。骨架4的外侧套设一个骨架绝缘套，实现骨架4和各电极的绝缘。
阵列传感器电极包括9个电极环，分别为A电极、B电极、C电极、D电极、E电极、B1电极、C1电极、D1电极、E1电极，其中A电极为发射电极1，B电极、C电极、D电极、E电极、B1电极、C1电极、D1电极、E1电极为接收电极2，各电极均为外开放、间隔设计，套设在骨架4的外表面，并且各接收电极2相对于发射电极1的上方和下方对称排列，A电极的位置居于骨架4的中心，A电极的上方依次设置B电极、C电极、D电极、E电极，组合成为上阵列传感器，A电极的下方依次设置B1电极、C1电极、D1电极、E1电极，组合成为下阵列传感器。
电极环的宽度为1mm，并且A电极和B电极、B电极和C电极、C电极和D电极、A电极和B1电极、B1电极和C1电极、C1电极和D1电极之间的距离相同，为1cm；D电极和E电极、D1电极和E1电极之间的距离相同，为5cm。发射电极1用于发射12V，1到10Hz的射频电信号(射频电脉冲)，可以改变发射电极1附近流体的电势，接收电极2用来测量被激化流体上、下移动过程时流体端面的电位值，从而实现双向测量。
上述B电极、C电极、D电极和B1电极、C1电极、D1电极可以相互校验测试的准确性，E电极和E1电极具有测量大流量的作用，且E电极和E1电极可以相互校验测试的准确性。
同时，为了实现隔离，每两个电极环之间均设置极间绝缘套5，两端的电极和两端的压紧扣丝之间设置有端部绝缘套。
探头的组装过程为：首先将骨架绝缘套套设在骨架4上，接着将各电极环和极间绝缘套5依次套设在骨架4外侧，将电极环的引线3从径向孔和轴向孔穿出，然后将轴向孔和径向孔全部用环氧树脂彻底压实封堵，实现抗压密封，防止油水进入损坏仪器；最后安装端部绝缘套和压紧扣丝。
电路部分如图1所示，包括WTC控制器、发射控制模块、前置放大器、运算放大器、整形模块、限幅模块和功率驱动模块。
其中，WTC控制器的输出端连接发射控制模块，用于控制发射电极1发射射频电脉冲的发射时序。
接收电极2通过引线3依次连接前置放大器、运算放大器(图1中的U1、U2)、整形模块(图1中的多路信号整形)、限幅模块(图1中的信号幅度控制)，限幅模块连接WTC控制器的输入端，WTC控制器连接功率驱动模块(图1中的信号功率驱动)，且功率驱动模块通过电缆连接地面系统，用于将接收电极2接收的信号经八路前置放大器进行0---1000倍放大，进入运算放大器驱动，送入整形模块将信号脉宽调整，然后送入限幅电路对信号幅度进行控制，以满足WTC控制器的接收条件；WTC控制器接收信号后，进行单片机编码，输出至功率驱动模块，由电缆(Line)上传至地面系统进行处理。
流量测井仪的测量原理如图5所示，测井时，将探头浸入流体中，探头中骨架4的方向为沿流体流动方向，WTC控制器通过发射控制模块控制发射电极1发射射频电脉冲，使发其附近的流体被激化，产生激化电位，WTC控制器通过发射控制模块控制发射电极1关断射频电脉冲后，被激化流体的电位将保持一定的时间；当被激化的流体流经到第一流经电极的位置时，电位信息被电极B探测，当被激化的流体流经到第二流经电极的位置时，电位信息被电极C探测，当被激化的流体流经到第三流经电极的位置时，电位信息被电极B1探测，当被激化的流体流经到第四流经电极的位置时，电位信息被电极C1探测；不同间隔距离的接收电极2探测到电位信息时记录接收时间，WTC控制器根据发射电极1和不同接收电极2的间隔距离、以及发射射频电脉冲和不同接收电位信息的时间差得到流体的流速，从而计算出流量。流速到流量的计算为现有技术，这里不做赘述。
上述实施例中，在骨架4的外侧套设一个绝缘套，用于实现骨架4和电极的绝缘，作为其他实施方式，骨架4也可以直接为绝缘骨架，直接与电极绝缘即可。
上述实施例中，接收电极2的数量为8个，数量多的目的在于可以通过不同的接收电极2对测量结果进行综合计算，以得到更加准确的流速，作为其他实施方式，在保证结果准确的情况下，也可以只设置一个接收电极2。
上述实施例中，接收电极2间隔设置，并且间隔设置的距离有大间隔距离和小间隔距离，大间隔距离用于实现大流速的检测，作为其他实施方式，间隔距离也可以全部为大间隔或者全部为小间隔，本发明对间隔距离不做限定。
上述实施例中，为了实现双向测量，在发射电极1的上下两侧分别设置接收电极2，当然，作为其他实施方式，接收电极2也可以只设置在其中一侧，测量时可以通过移动探头的位置实现不同流向的流速检测，当然对于发射电极1和接收电极2的设置位置也不做限制，只要发射电极1和接收电极2间隔设置即可。
上述实施例中，为了实现绝缘，在各电极、电极与压紧扣丝、电极与骨架4之间均设置绝缘套，作为其他实施方式，在骨架4为绝缘骨架的基础上，在绝缘骨架上设置与电极数量相同的凹槽，用于放置电极，本发明对电极的安装方式并不做限制。
上述实施例中，为了保证在流体中探头的可靠性，将所有电极的引线3通过径向孔和轴向孔，从探头的内径穿出，并通过环氧树脂封堵，保证密封，作为其他实施方式，在保证电极和引线3密封不影响测量的情况下，引线3也可以直接在骨架4外侧固定设置，当然在这种情况下，骨架4可以为实心骨架，无需设置轴向孔和径向孔。
上述实施例中，对发射电极1的控制以及计算流速的过程在WTC控制器中进行，作为其他实施方式，也可以直接有地面系统进行控制，本发明对电路部分的具体实现设备并不做限制。
本发明不受流体黏稠度的影响，打破传统流量测试方式，通过测量激化流体电位，采用间接测量技术，准确的得到流体的流速，进而计算出流量。适用于密度小于等于0.95g/cm3的可动稠油流量测试；测量范围：0.017—34.85m3/h；本发明的流量测井仪的参数为：供电34V、60mA，耐温175℃，耐压80MPa，外径26mm，长度1.5m。
Claims (10)
1.一种流量测井仪，其特征在于，包括：
探头，所述探头包括沿流体流动方向延伸的骨架，在骨架上间隔、固定设置一个发射电极和至少一个接收电极；
发射电极发射射频电脉冲，将发射电极附近的流体激化产生电位；发射电极停止发射射频电脉冲，被激化的流体流动后，其电位信息被接收电极探测到；根据发射电极和接收电极的间隔距离、以及发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速，进而计算出流量。
2.根据权利要求1所述的流量测井仪，其特征在于，所述骨架为圆柱形空心骨架，骨架内设置有轴向孔，且骨架的侧壁上设置有径向孔，用于实现各电极引线的走线。
3.根据权利要求1所述的流量测井仪，其特征在于，各电极之间设置有极间绝缘套，用于固定和隔离各电极。
4.根据权利要求1所述的流量测井仪，其特征在于，所述骨架两端设置有压紧丝扣，压紧丝扣与电极之间设置有端部绝缘套。
5.根据权利要求1所述的流量测井仪，其特征在于，所述发射电极套设在骨架的中心位置，接收电极的数量为8个，间隔、对称分布在发射电极的两侧。
6.根据权利要求5所述的流量测井仪，其特征在于，各接收电极之间的距离、接收电极和发射电极的距离相等、或者不相等。
7.根据权利要求1所述的流量测井仪，其特征在于，所述流量测井仪还包括控制器，控制器的输出端控制连接发射电极，控制器的输入端采样连接接收电极，用于根据发射电极和接收电极的间隔距离、以及发射射频电脉冲和接收电位信息的时间差得到流体的流速。
8.根据权利要求7所述的流量测井仪，其特征在于，所述控制器和发射电极之间还设置有发射控制模块，用于实现对发射电极发射射频电脉冲的时序控制。
9.根据权利要求7所述的流量测井仪，其特征在于，所述控制器和接收电极之间还设置有放大器、整形模块和限幅模块，用于实现对接收电极所接收的电位信息的处理。
10.根据权利要求1所述的流量测井仪，其特征在于，所述骨架为绝缘骨架、或者所述骨架上设置有骨架绝缘套。
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