CN112833966B - 一种井下分层细管流量计及其流量测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下分层细管流量计及其流量测试方法，包括连接本体以及多个设置于连接本体上的细管流量计，所述连接本体用于连接相邻层级的管道，所述连接本体的一端沿轴向开设有第一主流道，第一主流道的内壁上开设有多个与所述细管流量计相对应的分支流道，所述分支流道与对应细管流量计的进口相连通，所述连接本体的另一端开设有第二主流道，第二主流道的侧壁上开设有过流口，所述过流口与对应细管流量计的出口相连通，流体依次通过第一主流道、分支流道、细管流量计及第二主流道完成流量的测试。本发明能在只插入一根管道的情况下实现井下流量的分层测试，能显著降低测试工程量以及投入成本。
Description
技术领域
本发明涉及流量测试技术领域，特别是涉及一种井下分层细管流量计及其流量测试方法。
背景技术
流量是石油开采过程中一个极其重要的参数，在日常的相关采油工作中，流量测量的精度和可靠性关系到油田产量的多少，对于油田油水井开发效果的提高具有非常重要的意义。随着油田开发的深入，注入井和采出井层数逐年增加，其分层测试的难度也逐年增大，测试工作量明显提高。传统的测试方法是流量计安装于地表的管件上，根据每一层注水量的不同，需要插入相应数量的管子下去，每个管子与地表上相应的装有流量计的管件相连接，从而实现分层测试，但是该测试方法不仅工程量大，需要耗费大量的人力物力，而且投入成本高，会严重影响注入井和采出井的开发效果。
因此，市场上亟需一种井下分层细管流量计及其流量测试方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下分层细管流量计及其流量测试方法，本发明能在只插入一根管道的情况下实现井下流量的分层测试，能显著降低测试工程量以及投入成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种井下分层细管流量计，包括连接本体以及多个设置于连接本体上的细管流量计，所述连接本体用于连接相邻层级的管道，所述连接本体两端的周侧分别设有上螺纹部和下螺纹；所述连接本体的一端沿轴向开设有第一主流道，第一主流道的内壁上开设有多个与所述细管流量计相对应的分支流道，所述分支流道与对应细管流量计的进口相连通，所述连接本体的另一端开设有第二主流道，第二主流道的侧壁上开设有过流口，所述过流口与对应细管流量计的出口相连通；所述细管流量计包括壳体、电极组件、磁钢及漩涡发生器，所述壳体内设有安装腔和计量腔，所述进口和出口分别设置在壳体的内端和侧部，并且所述进口和出口均与所述计量腔相连通，所述电极组件安装于安装腔中，并且电极组件的探头伸入到计量腔中；所述磁钢安装于壳体侧壁上位于探头端部上下两侧的部位，所述漩涡发生器安装于所述进口处；流体依次通过第一主流道、分支流道、细管流量计及第二主流道完成流量的测试。
通过采用上述技术方案，将垂直插入地层的管道分段设置，相邻两根管道通过连接本体进行连接，将细管流量计安装于连接本体上，流体依次通过连接本体上的第一主流道、分支流道、细管流量计及第二主流道完成该层级流量的测试，每个连接本体所在的位置代表一个层级，在每个连接本体内设置细管流量计即可对每个层级的流量进行测试，流体进入到细管流量计时在漩涡发生器两侧交替地产生有规律的漩涡，壳体上的两个磁钢之间形成的磁场受到漩涡作用产生相应频率的脉冲信号，电极组件上的探头接收该脉冲信号并将该脉冲信号进行转换，电极组件外接的积算仪即可对该脉冲信号进行处理和显示，测试十分便捷，且该细管流量计的结构小巧简单，能够进行快速安装，利于井下作业。同时，还可根据流量大小选装不同数量的细管流量计，该层级的流量等于该位置连接本体内所有细管流量计所测的数值之和，因此，利用该装置无需插入多根管子进行多个地层的介质流量测试，而是能在只插入一根管道的情况下实现井下流量的分层测试，能显著降低测试工程量以及投入成本，进而有效的改善注入井和采出井的开发效果。
本发明进一步设置为，所述连接本体上开设有柱形槽，所述壳体插设于柱形槽中，并且壳体的外壁与柱形槽的内壁紧密贴合，所述柱形槽与分支流道之间形成第一限位台阶，所述壳体的内端设有凸缘部，所述凸缘部与壳体之间形成第二限位台阶，所述凸缘部插接于分支流道内，并且所述第一限位台阶与第二限位台阶相抵触。
通过采用上述技术方案，能够实现细管流量计与连接本体的紧密连接，既便于细管流量计的安装，快速实现细管流量计内端与分支流道的对接，又能保证细管流量计壳体与柱形槽之间的密封性，避免介质从二者之间的间隙泄漏至外界。
本发明进一步设置为，所述柱形槽内设有过流腔，所述出口通过过流腔与过流口相连通。
通过采用上述技术方案，能够实现细管流量计出口与过流口之间的导通，同时，无论细管流量计安装时其出口是哪个朝向，均不会被柱形槽内壁堵住，大大方便了细管流量计的安装。
本发明进一步设置为，每个柱形槽内的过流腔互相连通形成一个弧形结构，每个过流口也互相连通形成一个弧形结构。
通过采用上述技术方案，大大方便了连接本体的加工，有利于降低生产成本。
本发明进一步设置为，所述出口的数量为四个，且四个出口呈圆周阵列均匀分布在壳体上。
通过采用上述技术方案，能够改善流体的涡流状态，提高装置整体的使用寿命。
本发明进一步设置为，所述壳体上还螺纹连接有压紧螺母，压紧螺母的内端抵在电极组件的外端面上，所述压紧螺母上沿周向开设有导孔，导孔内穿设有导电螺丝，所述导电螺丝的内端与电极组件相抵触并构成电连接，所述导电螺丝与导孔之间夹设有第一绝缘套，所述电极组件的外周包覆有第二绝缘套，第一绝缘套的内端与第二绝缘套的外端相抵触。
通过采用上述技术方案，能够保证电极组件安装的牢固性以及其正常的电传导效果。
本发明进一步设置为，所述壳体包括同轴设置的第一管体及第二管体，所述压紧螺母的螺杆部位与第一管体的内壁螺纹配合，所述第二管体的内壁与压紧螺母的螺帽部位螺纹配合，第一管体的外端与第二管体的内端之间夹设有垫片，第二管体内安装有PCB板，所述PCB板通过信号线与导电螺丝构成电连接。
通过采用上述技术方案，使得壳体的拆装十分便捷，利于细管流量计的组装以及后续的维修工作。
本发明进一步设置为，所述第一管体的外侧开设有拧紧用工艺槽，所述第二管体的外端设有六角螺头。
通过采用上述技术方案，拧紧用工艺槽以及六角螺头均为着力点，进一步方便了壳体的拆装。
前述的一种井下分层细管流量计的流量测试方法，包括以下步骤：
a、管道组装：将管道根据地块层级分段，相邻两节管道之间通过连接主体进行连接，每个连接主体设置在相应层级的地块中，将细管流量计安装于对应连接主体的柱形槽中；
b、流量的计算：流体进入细管流量计时会在漩涡发生器的两侧交替地产生正比于流速的两列漩涡，漩涡的释放频率与通过漩涡发生器的流体的平均速度以及漩涡发生器迎流面的宽度成正比，可用下列公式表示：
式中：f为漩涡的释放频率，单位为Hz；v1为通过漩涡发生体的流体平均速度，单位为m/s；d为漩涡发生体迎流面的宽度，单位为m；St为斯特劳哈尔数，它的数值范围为0.14－0.27；
根据流体连续性方程：
S1 v1＝S2 v2 ②，
式中：S1为漩涡发生器两侧的弓形面积，v1为通过漩涡发生体的流体平均速度，S2为管道的横截面积，v2为管道内的流体平均速度；
由公式①和②得：
即
根据以下公式即可测算出管道内流体的瞬时流量：
式中：Q为管道内流体的瞬时流量，D为管道内径。
通过采用上述技术方案，能够快速准确地测量出管道内各分段的流量状况。
本发明进一步设置为，当每个连接本体上安装有m个细管流量计时，管道内流体的瞬时流量为m个细管流量计测得流量数值之和，
即，瞬时流量
式中：m为每个连接本体上安装有细管流量计的数量。
通过采用上述技术方案，采用每个连接本体上设置多根细管流量计，不仅能够提升细管流量计的量程，而且能够使细管流量计实现体积小巧化，利于油井作业。
附图说明
图1为本发明连接本体的底部结构示意图；
图2为图1的a-a剖视图；
图3为图1的b-b剖视图；
图4为本发明细管流量计的结构示意图；
图5为本发明细管流量计的剖视图。
图中：1、连接本体；2、细管流量计；3、第一主流道；4、分支流道；5、进口；6、第二主流道；7、过流口；8、出口；9、壳体；10、电极组件；11、磁钢；12、漩涡发生器；13、安装腔；14、计量腔；15、探头；16、柱形槽；17、第一限位台阶；18、凸缘部；19、第二限位台阶；20、过流腔；21、压紧螺母；22、导孔；23、导电螺丝；24、第一绝缘套；25、第二绝缘套；26、第一管体；27、第二管体；28、垫片；29、PCB板；30、拧紧用工艺槽；31、六角螺头；32、上螺纹部；33、下螺纹部。
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。
实施例：本发明提供了一种井下分层细管流量计，如附图1～5所示，包括连接本体1以及多个设置于连接本体1上的细管流量计2，细管流量计2的数量可根据需要自行选择，所述连接本体1用于连接相邻层级的管道，所述连接本体1两端的周侧分别设有上螺纹部32和下螺纹部33，有利于连接本体1与其两端的管子进行快速连接，操作十分方便。所述连接本体1的一端沿轴向开设有第一主流道3，第一主流道3的内壁上开设有多个与所述细管流量计2相对应的分支流道4，所述分支流道4与对应细管流量计2的进口5相连通，所述连接本体1的另一端开设有第二主流道6，第二主流道6与第一主流道3同轴设置，第二主流道6的侧壁上开设有过流口7，所述过流口7与对应细管流量计2的出口8相连通。所述细管流量计2包括壳体9、电极组件10、磁钢11及漩涡发生器12(漩涡发生器12为三角柱形状)，所述壳体9内设有安装腔13和计量腔14，所述进口5和出口8分别设置在壳体9的内端和侧部，并且所述进口5和出口8均与所述计量腔14相连通，所述电极组件10安装于安装腔13中，并且电极组件10的探头15伸入到计量腔14中；所述磁钢11安装于壳体9侧壁上位于探头15端部上下两侧的部位，所述漩涡发生器12安装于所述进口5处。流体依次通过第一主流道3、分支流道4、细管流量计2及第二主流道6完成流量的测试，每个连接本体1所在的位置代表一个层级，在每个连接本体1内设置细管流量计2即可对每个层级的流量进行测试，流体进入到细管流量计2时在漩涡发生器12两侧交替地产生有规律的漩涡，壳体9上的两个磁钢11之间形成的磁场受到漩涡作用产生相应频率的脉冲信号，电极组件10上的探头15接收该脉冲信号并将该脉冲信号进行转换，电极组件10外接的积算仪即可对该脉冲信号进行处理和显示，测试十分便捷，且该细管流量计2的结构小巧简单，能够进行快速安装，利于井下作业。同时，还可根据流量大小选装不同数量的细管流量计2，该层级的流量等于该位置连接本体1内所有细管流量计2所测的数值之和。
其中，第一主流道3同轴于第二主流道6，第一主流道3和第二主流道6均偏离连接主体1中心轴并靠近连接主体1边缘。
如附图4所示，所述连接本体1上开设有柱形槽16，所述壳体9插设于柱形槽16中，并且壳体9的外壁与柱形槽16的内壁紧密贴合，所述柱形槽16与分支流道4之间形成第一限位台阶17，所述壳体9的内端设有凸缘部18，所述凸缘部18与壳体9为一体的，所述凸缘部18与壳体9之间形成第二限位台阶19，所述凸缘部18插接于分支流道4内，并且所述第一限位台阶17与第二限位台阶19相抵触。该结构能够实现细管流量计2与连接本体1的紧密连接，既便于细管流量计2的安装，快速实现细管流量计2内端与分支流道4的对接，又能保证细管流量计2壳体9与柱形槽16之间的密封性，避免介质从二者之间的间隙泄漏至外界。
如附图4所示，所述柱形槽16内设有过流腔20，所述出口8通过过流腔20与过流口7相连通。该结构能够实现细管流量计2出口8与过流口7之间的导通，同时，无论细管流量计2安装时其出口8是哪个朝向，均不会被柱形槽16内壁堵住，大大方便了细管流量计2的安装。
如附图4所示，每个柱形槽16内的过流腔20互相连通形成一个弧形结构，每个过流口7也互相连通形成一个弧形结构，该设计大大方便了连接本体1的加工，有利于降低生产成本。
如附图3所示，所述出口8的数量为四个，且四个出口8呈圆周阵列均匀分布在壳体9上，该设计能够改善流体的涡流状态，提高装置整体的使用寿命。
如附图3所示，所述壳体9上还螺纹连接有压紧螺母21，压紧螺母21的内端抵在电极组件10的外端面上，所述压紧螺母21上沿周向开设有导孔22，导孔22内穿设有导电螺丝23，所述导电螺丝23的内端与电极组件10相抵触并构成电连接，所述导电螺丝23与导孔22之间夹设有第一绝缘套24，第一绝缘套24的横截面为工字型结构，所述电极组件10的外周包覆有第二绝缘套25，第一绝缘套24的内端与第二绝缘套25的外端相抵触。该结构能够保证电极组件10安装的牢固性以及其正常的电传导效果。
如附图3所示，所述壳体9包括同轴设置的第一管体26及第二管体27，所述压紧螺母21的螺杆部位与第一管体26的内壁螺纹配合，所述第二管体27的内壁与压紧螺母21的螺帽部位螺纹配合，第一管体26的外端与第二管体27的内端之间夹设有垫片28(该垫片28为紫铜垫片)，第二管体27内安装有PCB板29，所述PCB板29通过信号线与导电螺丝23构成电连接。该结构使得壳体9的拆装十分便捷，利于细管流量计2的组装以及后续的维修工作。
如附图4和附图5所示，所述第一管体26的外侧开设有拧紧用工艺槽30，所述第二管体27的外端设有六角螺头31，拧紧用工艺槽30以及六角螺头31均为着力点，进一步方便了壳体9的拆装。
本发明还提供了一种井下分层细管流量计的流量测试方法，包括以下步骤：
a、管道组装：将管道根据地块层级分段，相邻两节管道之间通过连接主体进行连接，每个连接主体设置在相应层级的地块中，将细管流量计安装于对应连接主体的柱形槽中；
b、流量的计算：流体进入细管流量计时会在漩涡发生器的两侧交替地产生正比于流速的两列漩涡，漩涡的释放频率与通过漩涡发生器的流体的平均速度以及漩涡发生器迎流面的宽度成正比，可用下列公式表示：
式中：f为漩涡的释放频率，单位为Hz；v1为通过漩涡发生体的流体平均速度，单位为m/s；d为漩涡发生体迎流面的宽度，单位为m；St为斯特劳哈尔数，它的数值范围为0.14－0.27；
根据流体连续性方程：
S1 v1＝S2 v2 ②，
式中：S1为漩涡发生器两侧的弓形面积，v1为通过漩涡发生体的流体平均速度，S2为管道的横截面积，v2为管道内的流体平均速度；
由公式①和②得：
即
根据以下公式即可测算出管道内流体的瞬时流量：
式中：Q为管道内流体的瞬时流量，D为管道内径。
当每个连接本体上安装有m个细管流量计时，管道内流体的瞬时流量为m个细管流量计测得流量数值之和，
即，瞬时流量
式中：m为每个连接本体上安装有细管流量计的数量。
另外，若每个细管流量计的规格不同时，
瞬时流量Q＝Q1+Q2+Q3+…+Qm。
工作原理：本发明将垂直插入地层的管道分段设置，相邻两根管道通过连接本体1进行连接，将细管流量计2安装于连接本体1上，流体依次通过连接本体1上的第一主流道3、分支流道4、细管流量计2及第二主流道6完成该层级流量的测试，每个连接本体1所在的位置代表一个层级，在每个连接本体1内设置细管流量计2即可对每个层级的流量进行测试，流体进入到细管流量计2时在漩涡发生器12两侧交替地产生有规律的漩涡，壳体9上的两个磁钢11之间形成的磁场受到漩涡作用产生相应频率的脉冲信号，电极组件10上的探头15接收该脉冲信号并将该脉冲信号进行转换，电极组件10外接的积算仪即可对该脉冲信号进行处理和显示，测试十分便捷，且该细管流量计2的结构小巧简单，能够进行快速安装，利于井下作业。同时，还可根据流量大小选装不同数量的细管流量计2，该层级的流量等于该位置连接本体1内所有细管流量计2所测的数值之和，因此，利用该装置无需插入多根管子进行多个地层的介质流量测试，而是能在只插入一根管道的情况下实现井下流量的分层测试，能显著降低测试工程量以及投入成本，进而有效的改善注入井和采出井的开发效果。
Claims (10)
1.一种井下分层细管流量计，其特征在于：包括连接本体(1)以及多个设置于连接本体(1)上的细管流量计(2)，所述连接本体(1)用于连接相邻层级的管道，所述连接本体(1)两端的周侧分别设有上螺纹部(32)和下螺纹部(33)，所述连接本体(1)的一端沿轴向开设有第一主流道(3)，第一主流道(3)的内壁上开设有多个与所述细管流量计(2)相对应的分支流道(4)，所述分支流道(4)与对应细管流量计(2)的进口(5)相连通，所述连接本体(1)的另一端开设有第二主流道(6)，第二主流道(6)的侧壁上开设有过流口(7)，所述过流口(7)与对应细管流量计(2)的出口(8)相连通；所述细管流量计(2)包括壳体(9)、电极组件(10)、磁钢(11)及漩涡发生器(12)，所述壳体(9)内设有安装腔(13)和计量腔(14)，所述进口(5)和出口(8)分别设置在壳体(9)的内端和侧部，并且所述进口(5)和出口(8)均与所述计量腔(14)相连通，所述电极组件(10)安装于安装腔(13)中，并且电极组件(10)的探头(15)伸入到计量腔(14)中；所述磁钢(11)安装于壳体(9)侧壁上位于探头(15)端部上下两侧的部位，所述漩涡发生器(12)安装于所述进口(5)处；流体依次通过第一主流道(3)、分支流道(4)、细管流量计(2)及第二主流道(6)完成流量的测试。
2.根据权利要求1所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：所述连接本体(1)上开设有柱形槽(16)，所述壳体(9)插设于柱形槽(16)中，并且壳体(9)的外壁与柱形槽(16)的内壁紧密贴合，所述柱形槽(16)与分支流道(4)之间形成第一限位台阶(17)，所述壳体(9)的内端设有凸缘部(18)，所述凸缘部(18)与壳体(9)之间形成第二限位台阶(19)，所述凸缘部(18)插接于分支流道(4)内，并且所述第一限位台阶(17)与第二限位台阶(19)相抵触。
3.根据权利要求2所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：所述柱形槽(16)内设有过流腔(20)，所述出口(8)通过过流腔(20)与过流口(7)相连通。
4.根据权利要求3所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：每个柱形槽(16)内的过流腔(20)互相连通形成一个弧形结构，每个过流口(7)也互相连通形成一个弧形结构。
5.根据权利要求1所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：所述出口(8)的数量为四个，且四个出口(8)呈圆周阵列均匀分布在壳体(9)上。
6.根据权利要求1所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：所述壳体(9)上还螺纹连接有压紧螺母(21)，压紧螺母(21)的内端抵在电极组件(10)的外端面上，所述压紧螺母(21)上沿周向开设有导孔(22)，导孔(22)内穿设有导电螺丝(23)，所述导电螺丝(23)的内端与电极组件(10)相抵触并构成电连接，所述导电螺丝(23)与导孔(22)之间夹设有第一绝缘套(24)，所述电极组件(10)的外周包覆有第二绝缘套(25)，第一绝缘套(24)的内端与第二绝缘套(25)的外端相抵触。
7.根据权利要求6所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：所述壳体(9)包括同轴设置的第一管体(26)及第二管体(27)，所述压紧螺母(21)的螺杆部位与第一管体(26)的内壁螺纹配合，所述第二管体(27)的内壁与压紧螺母(21)的螺帽部位螺纹配合，第一管体(26)的外端与第二管体(27)的内端之间夹设有垫片(28)，第二管体(27)内安装有PCB板(29)，所述PCB板(29)通过信号线与导电螺丝(23)构成电连接。
8.根据权利要求7所述的一种井下分层细管流量计，其特征在于：所述第一管体(26)的外侧开设有拧紧用工艺槽(30)，所述第二管体(27)的外端设有六角螺头(31)。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种井下分层细管流量计的流量测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、管道组装：将管道根据地块层级分段，相邻两节管道之间通过连接主体进行连接，每个连接主体设置在相应层级的地块中，将细管流量计安装于对应连接主体的柱形槽中；
b、流量的计算：流体进入细管流量计时会在漩涡发生器的两侧交替地产生正比于流速的两列漩涡，漩涡的释放频率与通过漩涡发生器的流体的平均速度以及漩涡发生器迎流面的宽度成正比，可用下列公式表示：
式中：f为漩涡的释放频率，单位为Hz；v1为通过漩涡发生体的流体平均速度，单位为m/s；d为漩涡发生体迎流面的宽度，单位为m；St为斯特劳哈尔数，它的数值范围为0.14－0.27；
根据流体连续性方程：
S1v1＝S2v2 ②，
式中：S1为漩涡发生器两侧的弓形面积，v1为通过漩涡发生体的流体平均速度，S2为管道的横截面积，v2为管道内的流体平均速度；
由公式①和②得：
即
根据以下公式即可测算出管道内流体的瞬时流量：
式中：Q为管道内流体的瞬时流量，D为管道内径。
10.根据权利要求9任一项所述的一种井下分层细管流量计的流量测试方法，其特征在于：当每个连接本体上安装有m个细管流量计时，管道内流体的瞬时流量为m个细管流量计测得流量数值之和，
即，瞬时流量
式中：m为每个连接本体上安装有细管流量计的数量。
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