CN204944568U - 井下流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下流量测量装置，其能设置在井下注汽管柱内，其包括：柱状的中空壳体，所述壳体具有相对的第一端、第二端，所述第一端设置有第一开口，所述第二端设置有第二开口；第一温度传感器，其设置在靠近所述第一端的位置，用于测量流体的第一温度；第二温度传感器，其设置在靠近所述第二端的位置，用于测量流体的第二温度；热源，其位于所述第一温度传感器、第二温度传感器之间，其能对待测流体加热，以使所述第一温度、第二温度形成温度差；数据处理模块，用于接收所述温度差，通过所述温度差获得待测流体的流量。本实用新型所述井下流量测量装置，在井下使用时，适用范围广、可靠性高且不易被磨损，使用寿命长。

Description

井下流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种油田井下使用的测量仪器，特别涉及一种井下流量测量装置。

背景技术

稠油是指地层条件下粘度大于50mp·s(毫帕·秒)，或油层温度下脱气原油粘度为1000至10000mp·s的高粘度重质原油。由于稠油粘度大，因此流动性能较差，甚至在某些油层条件下不能流动，给稠油的开采带来了困难。在油田的石油开采中，由于稠油具有特殊的高粘度和高凝固点的特性，在储层和井筒中流动性差，常规开采采收率低，即无法保证正常的经济产量。为了保证合理的采收率，往往通过降低原油的粘度来采油。

由于稠油的粘度对温度非常敏感，随着温度增加，粘度极大降低，流动阻力减小，因此为了开采稠油，目前常用的开采稠油的方式之一为注蒸汽热采技术，包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD(蒸汽辅助重力泄油技术)。具体的，所述注蒸汽热采技术主要是通过将锅炉产生的高温高压湿饱和蒸汽，经过地面管线传输至井口、再由井口通过井筒传输后注入稠油油层，以达到降低稠油粘度的目的。

在稠油开发过程中，需要对井筒中蒸汽的流量进行测量。现有井下蒸汽流量的测量使用中，使用最广泛的是涡轮流量计。然而由于涡轮流量计涡轮轴承采用滚动轴承，阻力偏大，启动排量高。也就是说，所述涡轮流量计，需要被测流体的流量达到预定数值，才起动滚动轴承转动，开始工作，因此在使用过程中具有局限性。另外，由于涡轮流量计使用时涡轮、涡轮轴承等主要部件工作时需要进行机械转动，因此容易在使用过程中被磨损，使用寿命较短。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种井下流量测量装置，在井下使用时，适用范围广、可靠性高且不易被磨损，使用寿命长。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种井下流量测量装置，其能设置在井下注汽管柱内，其包括：柱状的中空壳体，所述壳体具有相对的第一端、第二端，所述第一端设置有第一开口，所述第二端设置有第二开口；第一温度传感器，其设置在靠近所述第一端的位置，用于测量流体的第一温度；第二温度传感器，其设置在靠近所述第二端的位置，用于测量流体的第二温度；热源，其位于所述第一温度传感器、第二温度传感器之间，其能对待测流体加热，以使所述第一温度、第二温度形成温度差；数据处理模块，用于接收所述温度差，通过所述温度差获得待测流体的流量。

在优选的实施方式中，所述第一温度传感器至所述第二温度传感器的距离为10厘米至20厘米。

在优选的实施方式中，所述壳体外围套设有扶正器。

在优选的实施方式中，所述扶正器的材料为铝和金。

在优选的实施方式中，所述壳体的第一端设置有接头，所述接头上连接有提拉机构。

在优选的实施方式中，所述第一温度传感器、第二温度传感器为铂电阻传感器。

在优选的实施方式中，所述第一温度传感器、第二温度传感器为铂丝，通过缠绕的方式，设置在所述壳体的外壁上。

在优选的实施方式中，所述数据处理模块还包括压力传感器，所述压力传感器用于测量待测流体的压力。

在优选的实施方式中，所述热源的功率为5瓦至30瓦。

本实用新型的特点和优点是：本实用新型所述的井下流量测量装置通过设置热源对流体进行加热，并通过设置第一温度传感器、第二温度传感器获取流体的温度差，然后通过设置数据处理模块接收所述温度差，通过所述温度差获得待测流体的流量。本实用新型通过利用对流体进行加热的方式，通过热功计算，获得流体的流量。在测量过程中，由于所述井下流量测量装置内流体的流动方向与装置外的流体流向一致，因此，所述井下流量测量装置对流体的节流作用很小，其不容易因为装置内流入的砂粒等杂质而发生堵塞的情况，使用时可靠性高。

此外，由于本实用新型所述井下流量测量装置测量时是静态测量，其不受流体流速的限定，因此相对于涡轮流量计而言适用范围广。而且，由于是静态测量，其不存在磨损，因此相对来说使用寿命更长，能够较好的满足现场需要。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种井下流量测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本实用新型提供一种井下流量测量装置，在井下使用时，适用范围广、可靠性高且不易被磨损，使用寿命长。

井下流量测量装置内的流体是自由流动的，具体的是取样进来的气体，当井下流量测量装置和周边环境平衡时，温度场就是平衡的，井下流量测量装置和注汽管柱内的气体处于一个温度场平衡状态。本实用新型所述井下流量测量装置在基于其和注汽管柱内的气体能处于一个温度场平衡状态的前提下，具体的原理是在被测流体中放入一个电加热电源，在其上下游距离一定的两处流体中各放一个测温元件，通过测量电加热电源的功率和上下游的温差来测量流量。

具体的，请参阅图1，为本实用新型实施例中一种井下流量测量装置的结构示意图。所述井下流量测量装置能设置在井下注汽管柱A内。所述井下流量测量装置包括：柱状的中空壳体1，所述壳体1具有相对的第一端11、第二端12，所述第一端11设置有第一开口，所述第二端12设置有第二开口；第一温度传感器3，其设置在靠近所述第一端11的位置，用于测量流体的第一温度；第二温度传感器4，其设置在靠近所述第二端12的位置，用于测量流体的第二温度；热源5，其位于所述第一温度传感器3、第二温度传感器4之间，其能对待测流体加热，以使所述第一温度、第二温度形成温度差；数据处理模块2，用于接收所述温度差，通过所述温度差获得待测流体的流量。

在本实施方式中，所述壳体1，整体呈中空的柱状，其具有相对的第一端11和第二端12。所述第一端11设置有第一开口，用于作为待测流体的入口。所述第二端12设置有第二开口，用于作为待测流体的出口。

所述壳体1的第一端11还可以设置有接头6，所述接头6上连接有提拉机构7。所述接头6用于连接所述壳体1与所述提拉机构7。所述提拉机构7用于将所述井下流量测量装置下放到目标位置，并持续为所述井下流量测量装置提供悬挂力。具体的，所述提拉机构7可以为钢丝绳或者电缆或者还可以为其他形式，本申请在此并不作具体限定。

在一种实施方式中，所述壳体1外围可以套设有扶正器8。所述扶正器8用于为所述壳体1提供扶正力，使其在注汽管柱A内能够始终保持竖直状态。由于所述扶正器8处于高温、高压的环境下，因此在优选的实施方式中，所述扶正器8的材料为铝和金。所述铝合金制作的扶正器8能够在高温下有良好弹性，适用于高温高压的井下环境。

所述第一温度传感器3，其设置在所述壳体1上靠近第一端11的位置。所述第一温度传感器3用于测量流体位于其所处位置处的第一温度。具体的，所述第一温度传感器3可为铂电阻传感器。所述铂电阻传感器比热电偶精度高，响应快，无需冷端补偿，因此特别适用于石油井下仪器。

所述第二温度传感器4，其设置在所述壳体1靠近第二端12的位置。所述第二温度传感器4用于测量流体位于其所处位置处的第二温度。具体的，所述第二温度传感器4可为铂电阻传感器。所述铂电阻传感器比热电偶精度高，响应快，无需冷端补偿，因此特别适用于石油井下仪器。

所述第一温度传感器3、所述第二温度传感器4沿着流体流动的方向上的间距需要满足一定的预设距离。当所述第一温度传感器3、所述第二温度传感器4沿着流体流动的方向上的间距满足所述预设距离时，所述第一温度传感器3与所述第二温度传感器4能够测量到预定的温度差。所述温度差用于反应待测流体的温度变化。例如，所述第一温度传感器3、所述第二温度传感器4沿着流体流动的方向上的间距可为10厘米至20厘米。具体的，所述间距可根据实际的待测流体的流速和整个装置的尺寸做调整。

在一个实施方式中，所述第一温度传感器3、第二温度传感器可以为4铂丝。所述铂丝可以通过缠绕的方式，设置在所述壳体1的外壁上。

所述热源5设置在所述第一温度传感器3、第二温度传感器4之间的壳体上。所述热源5能对待测流体加热，以使所述第一温度传感器3、第二温度传感器4能够测量到的温度形成温度差。所述热源5的功率可为5瓦至30瓦，只需满足流经所述热源5的流体经过所述热源5加热后，能够使得所述第一温度传感器3、第二温度传感器4检测到的第一温度、第二温度之间形成温度差。具体的，所述热源5可以为电加热电源，另外还可以为其他热源形式，本申请在此并不作限定。

所述数据处理模块2，其设置在所述壳体1上，用于接收温度信号，并根据所述温度信号，获得流体的流量。具体的，通过所述热源5对待测流体进行加热后，位于热源5上下位置的流体的温度能够形成一定的温度差。具体的，所述第二温度传感器4感测到所述经过热源5加热后的流体的第二温度；所述第一温度传感器3感测到未被热源5加热的流体的第一温度。所述第二温度与所述第一温度形成温度差。

在一种实施方式中，所述数据处理模块2还可以包括压力传感器，所述压力传感器用于测量待测流体的压力。具体的，所述压力传感器可以为高温硅蓝宝石传感器。所述高温硅蓝宝石传感器比一般的电阻应变片式传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器结实耐用，寿命长，抗腐蚀，高温特性好，因此可在高温高压高腐蚀的恶劣条件下使用。

本实用新型所述井下流量测量装置测量原理如下所述。

根据绝热状态下热学原理中的能量守恒定律，流体流动与热量的传递关系为如下计算公式：

P＝[C_poρ_oβ+C_pwρ_w(1-β)]QΔT(1)

其中流量Q为：

$Q=\frac{P}{\[C_{po}{\mathrm{\ρ}}_o\mathrm{\β}+C_{pw}{\mathrm{\ρ}}_w(1-\mathrm{\β})\]\mathrm{\Δ}T}---\left(2\right)$

上式中：P为热源5的恒定功率，单位为W(瓦)；ΔT为第一温度传感器3和第二温度传感器4的温度差，单位为℃(摄氏度)；C_po和C_pw分别为油和水的定压比热容，单位为J·kg^-1·K^-1(焦耳/千克开尔文)；ρ_o和ρ_w分别为油和水的密度，单位为kg·m^-3(千克/立方米)；Q为油水两相流体积流量，单位为m³·s^-1(立方米/秒)；β为含油率，单位为％(百分数)。当温度变化不大时，C_po、ρ_o、C_pw、ρ_w可以认为是常数，因此只要测出温差ΔT和β，可由式(2)计算得到蒸汽流量Q。其中β可由含油率测量仪表给出的β值确定或者通过迭代的方式得到。

本实用新型所述的井下流量测量装置通过设置热源对流体进行加热，并通过设置第一温度传感器3、第二温度传感器4获取流体的温度差，然后通过设置数据处理模块接收所述温度差，并通过所述温度差获得待测流体的流量。本实用新型通过利用对流体进行加热的方式，通过热功计算，获得流体的流量。在测量过程中，由于所述井下流量测量装置内流体的流动方向C与装置外的流体流向B一致，因此，所述井下流量测量装置对流体的节流作用很小，其不容易因为装置内流入的砂粒等杂质而发生堵塞的情况，使用时可靠性高。而相对的，砂轮流量计是节流元件，其在使用过程中，若流速较慢则可能发生不转动的情况，此外若流量中含砂，砂轮容易发生砂堵不转的情况。

此外，由于本实用新型所述井下流量测量装置测量时是静态测量，其不受流体流速的限定，因此相对于涡轮流量计而言适用范围广。而且，由于是静态测量，其不存在磨损，因此相对来说使用寿命更长，能够较好的满足现场需要。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种井下流量测量装置，其特征在于，所述井下流量测量装置能设置在井下注汽管柱内，其包括：

柱状的中空壳体，所述壳体具有相对的第一端、第二端，所述第一端设置有第一开口，所述第二端设置有第二开口；

第一温度传感器，其设置在靠近所述第一端的位置，用于测量流体的第一温度；

第二温度传感器，其设置在靠近所述第二端的位置，用于测量流体的第二温度；

热源，其位于所述第一温度传感器、第二温度传感器之间，其能对待测流体加热，以使所述第一温度、第二温度形成温度差；

数据处理模块，用于接收所述温度差，通过所述温度差获得待测流体的流量。

2.如权利要求1所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述第一温度传感器至所述第二温度传感器的距离为10厘米至20厘米。

3.如权利要求1所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述壳体外围套设有扶正器。

4.如权利要求3所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述扶正器的材料为铝和金。

5.如权利要求1所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述壳体的第一端设置有接头，所述接头上连接有提拉机构。

6.如权利要求1所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述第一温度传感器、第二温度传感器为铂电阻传感器。

7.如权利要求6所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述第一温度传感器、第二温度传感器为铂丝，通过缠绕的方式，设置在所述壳体的外壁上。

8.如权利要求1所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括压力传感器，所述压力传感器用于测量待测流体的压力。

9.如权利要求1所述的井下流量测量装置，其特征在于：所述热源的功率为5瓦至30瓦。