CN206583780U - 一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器及其测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器及其测量电路，传感器包括测量电路保护壳、电路板、高压密封电连器、高温导线以及腐蚀传感器，电路板封装在测量电路保护壳中，在测量电路保护壳的一端安装高压密封电连器，高压密封电连器通过高温导线与腐蚀传感器进行软连接，进行电路板与腐蚀传感器的通讯。本实用新型提供了一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器和使用方法，适用于高温、高压井下环境，实现监测井下多相流冲刷腐蚀，腐蚀传感器与测量电路采取分体式结构，方便满足狭小空间使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种井下腐蚀监测技术，具体地说是一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器及其测量电路。
背景技术
油井一直在高温、高压、多相流、高含水和高矿化度等复杂环境下生产，油管、杆、泵等都存在不同程度的腐蚀，有的腐蚀相当严重。据不完全统计，因管、杆、泵及井下工具的腐蚀带来的维修工作占油井维护总工作量的23％以上，因腐蚀报废的管、杆、泵等直接经济损失就高达2000多万元/年，因腐蚀导致的油井停产、环境污染、废井、掉井、人员伤亡等造成的损失，更难以估计。近年来，随着CO2驱技术在各大油田的广泛应用，使得原本恶劣的井下腐蚀环境更是雪上加霜。预防和监测井下腐蚀已成为油井维护工作的重中之重。
井下主要的腐蚀环境为油井产出物、地层水、注入液等，其中H2S、CO2、溶解氧和硫酸盐还原菌(SRB)等为主要的腐蚀介质。近年来国内油田为了提高采出率多采用CO2驱油技术，致使油井内CO2分压升高，油井管柱腐蚀加重。研究表明，油井中CO2分压达到了0.2MPa，此刻N80、P110油管的腐蚀速率为0.25mm/a，属严重腐蚀。而气井或采用了CO2驱油技术的油井中CO2分压普遍都远远高于0.2MPa，部分油井中CO2分压达到了20MPa。油管和套管长期在高压、高流速的复杂腐蚀环境中工作，且受到自重、外部压力和其他因素等复杂的应力作用。而多相流冲刷腐蚀也是造成油管腐蚀穿孔的常见腐蚀形态。
现有的专利文件中，井下油套管腐蚀监测多采用腐蚀挂片或挂环的方式，基于失重法进行腐蚀监测。如申请号为201320147085.7、201220556299.5、201220747629.9、201320146572.1等专利中披露的井下腐蚀监测方案，均为失重法。采用失重法评价腐蚀的方法耗时费力，且必须把挂片从井下取出才能评价腐蚀状态，无法实时快速反映井下腐蚀状态的变化。申请号201410722531.1的中国专利文献中披露了一种井下腐蚀监测方案，通过电阻探针和交流阻抗探针实现井下油气套管或管柱的腐蚀速率的在线监测。此方法虽然弥补了失重法中的一些缺点和不足，但是，无法实时监测井管多相流冲刷带来的腐蚀影响。
实用新型内容
针对现有技术中腐蚀监测传感器无法监测油井管多相流冲刷腐蚀、并且在油井管中安装插入装置可能造成流量降低，产生失真的腐蚀数据，本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于高温、高压井下环境的用于监测井下多相流腐蚀的传感器及其测量电路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器，包括测量电路保护壳、电路板、高压密封电连器、高温导线以及腐蚀传感器，电路板封装在测量电路保护壳中，在测量电路保护壳的一端安装高压密封电连器，高压密封电连器通过高温导线与腐蚀传感器进行软连接，进行电路板与腐蚀传感器的通讯。
腐蚀传感器包括腐蚀传感器壳、承压块、密封圈以及腐蚀试片，其中腐蚀试片通过高温密封胶封装在腐蚀传感器壳内，腐蚀传感器壳设有一带阶梯台的孔，承压块置入该带阶梯台的孔内，通过密封圈密封；高温导线穿过承压块，端部由承压块引出并与腐蚀试片电连接。
还具有温度补偿试片，其与腐蚀试片电连接，且处于同一温度环境中。
腐蚀传感器壳的外部截面为圆形。
高温密封胶具有与制作腐蚀传感器壳的金属材料匹配的热膨胀系数。
包括电源稳压器、参考时钟、通讯接口、处理器、信号源、第一带通滤波、第二带通滤波、高精度A/D转换器、精密放大器以及低通滤波器，上述各元件均设置在PCB电路板上，处理器分别连接电源稳压器、参考时钟、通讯接口、信号源以及高精度A/D转换器，信号源输出交流信号经过第一带通滤波器和和二带通滤波与传感器连接；传感器的输出信号经过低通滤波器和精密放大器送至高精度A/D转换器，高精度A/D转换器输出端接至处理器；处理器通过通讯接口与上位机通讯。
所有元件均由3.3V～3.6V电源稳压器供电，且所有元件均焊接在PCB板上，PCB板通过耐高温导线连接到腐蚀传感器上。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.本实用新型提供了一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器和使用方法，适用于高温、高压井下环境，实现监测井下多相流冲刷腐蚀。
2.本实用新型传感器的腐蚀传感器与测量电路采取分体式结构，方便满足狭小空间使用，传感器测量电路封装外径小于28mm。分体式设计方便腐蚀传感器更换。
3.腐蚀监测传感器插入井管内，防止因在油井管中安装插入式腐蚀传感器所造成的流动阻塞，产生腐蚀数据失真。
4.本实用新型传感器应用于井下，可以耐受60MPa高压和120℃高温，同时可以同步测量腐蚀发生部位的准确温度、压力值，为腐蚀评价提供参考数据。
附图说明
图1为本实用新型传感器及检测电路结构示意图；
图2为本实用新型腐蚀传感器结构图；
图3为测量电路系统设计框图；
图4为传感器测试曲线。
其中，1为测量电路保护壳，2为电路板，3为高压密封电连器，4为高温导线，5为腐蚀传感器，21为腐蚀传感器壳，22为承压块，23为密封圈，24为耐高温导线，25为腐蚀试片(加温度补偿试片)，26为高温密封胶；31为电源稳压器，32为参考时钟，33为通讯接口，34为处理器，35为信号源，36为第一带通滤波，38为第二带通滤波，39为高精度A/D转换器，310为精密放大器，311为低通滤波器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步阐述。
如图1所示，本实用新型一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器，包括测量电路保护壳1、电路板2、高压密封电连器3、高温导线4以及腐蚀传感器5，电路板2封装在测量电路保护壳1中，在测量电路保护壳1的一端安装3高压密封电连器3，高压密封电连器3通过高温导线4与腐蚀传感器5进行软连接，进行电路板与腐蚀传感器5的通讯。
如图2所示，腐蚀传感器5包括腐蚀传感器壳21、承压块22、密封圈23以及腐蚀试片25，其中腐蚀试片25通过高温密封胶26封装在腐蚀传感器壳21内，腐蚀传感器壳21设有一带阶梯台的孔，22承压块置入该带阶梯台的孔内，通过23密封圈密封；高温导线4穿过承压块22，端部由承压块22引出并与腐蚀试片25电连接。
如3所示，本实用新型一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器测量电路，包括电源稳压器31、参考时钟32、通讯接口33、处理器34、信号源35、第一带通滤波36、第二带通滤波38、高精度A/D转换器39、精密放大器310以及低通滤波311，上述各元件均设置在PCB电路板上，处理器34分别连接电源稳压器31、参考时钟32、通讯接口33、信号源35以及高精度A/D转换器39，信号源35输出交流信号(小幅值对称信号)经过第一带通滤波器36施加到传感器37(即腐蚀传感器5)上，另一路经过第二带通滤波38，两路输出经过乘法器后通过低通滤波器311和精密放大器310送至高精度A/D转换器39，高精度A/D转换器39输出端接至处理器34。
本实用新型将电路板2封装在测量电路保护壳1中，保证电路的耐压，同时在测量电路保护壳1的一端安装高压密封电连器3，实现电路板2与腐蚀传感器5之间通讯连接。采用高温导线4软连接结构后，腐蚀传感器5可以直接插入油井管内，实现多相流腐蚀测量。
腐蚀测量敏感元件即腐蚀试片25，为消除温度对腐蚀测量的影响，内置补偿试片与腐蚀试片相连，且与腐蚀试片处于同一温度环境中。腐蚀试片25通过高温密封胶26封装在腐蚀传感器壳21内，高温密封胶保证在120℃时具有足够的强度，同时具有高温密封胶26具有与制作腐蚀传感器壳21的金属材料(本实施例采用不锈钢)匹配的热膨胀系数。为保证腐蚀传感器5的耐压特性，设置一个承压块22，实现试片引线即24耐高温导线与传感器测量电路的通讯。承压块22内金属针与本体陶瓷烧结，保证耐压强度。腐蚀传感器壳21内有一个带阶梯台的孔，承压块22塞入传感器壳21的圆孔内，并通过密封圈23保证密封，实现传感器耐压。
腐蚀传感器壳21的外部截面为圆形，可与井管短节通过螺纹旋转安装在一起，操作方便、快捷。
用于监测井下多相流腐蚀的传感器测量电路，包括电源稳压器31、参考时钟32、通讯接口33、处理器34、信号源35、第一带通滤波36、第二带通滤波38、高精度A/D转换器39、精密放大器310以及低通滤波311，上述各元件均设置在PCB电路板上，处理器34分别连接电源稳压器31、参考时钟32、通讯接口33、信号源35以及高精度A/D转换器39，信号源35输出交流信号(小幅值对称信号)经过第一带通滤波器36和和二带通滤波38与传感器37连接；传感器37的输出信号经过低通滤波器311和精密放大器310送至高精度A/D转换器39，高精度A/D转换器39输出端接至处理器34。
PCB电路板上的处理器34，为32位耐高温型DSP。该DSP4分别连接电源稳压器31、参考时钟32、通讯接口33、信号源35、高精度A/D转换器39。上述所有芯片均由3.3V～3.6V电源稳压器31供电，且所有芯片均焊接在上述PCB上，PCB板通过耐高温导线连接到腐蚀监测传感器37上。
本实用新型工作原理如下：
在信号源35输出交流信号(小幅值对称信号)，经过第一带通滤波36和第二带通滤波38后，将交流信号过零对称，抵消了对腐蚀传感器5的影响。腐蚀传感器5上的输出信号经过低通滤波器311滤除高频及噪声，经过精密放大器310放大信号，然后由高精度A/D转换器39采集信号，该信号进入处理器34，得到电阻变化值ΔR与电压变化值ΔU的关系，计算出腐蚀深度H。
以上工作过程由参考时钟32设置采样间隔，检测电路按设置间隔，循环测量腐蚀数据。处理器34通过通讯接口33，采用键控频移(FSK)通讯方式与上位机通讯。
图4为本实用新型传感器测试曲线。将传感器置于高温(120℃)环境中，试验溶液采用3.5％盐溶液，采样间隔为2分钟，共采集2441个实验数据。腐蚀深度变化量为18um。通过曲线可以看出，腐蚀深度随时间的推移呈缓慢上升趋势。
本实用新型改变了原有传感器的结构形式，采用分体式设计，传感器与测量电路通过耐高温导线连接，即实现了多相流腐蚀测量，又可以拓宽传感器使用条件，减小仪器占用空间尺寸，实现了传感器小型化(测试电路外径小于28mm)，可以满足井下狭小空间使用。测量电路放置在油井管内腔外，不影响油井管内液体流动状态。传感器通过插入的方式安装在油井管内，插入深度为传感器腐蚀试片与井管内壁平齐，实现多相流腐蚀测量。
Claims (7)
1.一种用于监测井下多相流腐蚀的传感器，其特征在于：包括测量电路保护壳、电路板、高压密封电连器、高温导线以及腐蚀传感器，电路板封装在测量电路保护壳中，在测量电路保护壳的一端安装高压密封电连器，高压密封电连器通过高温导线与腐蚀传感器进行软连接，进行电路板与腐蚀传感器的通讯。
2.按权利要求1所述的用于监测井下多相流腐蚀的传感器，其特征在于：腐蚀传感器包括腐蚀传感器壳、承压块、密封圈以及腐蚀试片，其中腐蚀试片通过高温密封胶封装在腐蚀传感器壳内，腐蚀传感器壳设有一带阶梯台的孔，承压块置入该带阶梯台的孔内，通过密封圈密封；高温导线穿过承压块，端部由承压块引出并与腐蚀试片电连接。
3.按权利要求1所述的用于监测井下多相流腐蚀的传感器，其特征在于：还具有温度补偿试片，其与腐蚀试片电连接，且处于同一温度环境中。
4.按权利要求1所述的用于监测井下多相流腐蚀的传感器，其特征在于：腐蚀传感器壳的外部截面为圆形。
5.按权利要求1所述的用于监测井下多相流腐蚀的传感器，其特征在于：高温密封胶具有与制作腐蚀传感器壳的金属材料匹配的热膨胀系数。
6.按权利要求1所述的用于监测井下多相流腐蚀的传感器测量电路，其特征在于：包括电源稳压器、参考时钟、通讯接口、处理器、信号源、第一带通滤波、第二带通滤波、高精度A/D转换器、精密放大器以及低通滤波器，上述各元件均设置在PCB电路板上，处理器分别连接电源稳压器、参考时钟、通讯接口、信号源以及高精度A/D转换器，信号源输出交流信号经过第一带通滤波器和和二带通滤波与传感器连接；传感器的输出信号经过低通滤波器和精密放大器送至高精度A/D转换器，高精度A/D转换器输出端接至处理器；处理器通过通讯接口与上位机通讯。
7.按权利要求6所述的用于监测井下多相流腐蚀的传感器测量电路，其特征在于：所有元件均由3.3V～3.6V电源稳压器供电，且所有元件均焊接在PCB板上，PCB板通过耐高温导线连接到腐蚀传感器上。
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