CN207501998U - 一种截面互相关电极阻抗装置、检测电路、传感器和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种截面互相关电极阻抗装置，包括：绝缘筒（1）；所述绝缘筒（1）具有流体通道，所述流体通道内具有下游测量电极（5）和上游测量电极（6）；所述流体通道内具有流体，所述流体依次流经所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6）；所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6），分别具有电源回路，分别产生第一流体阻抗和第二流体阻抗。及检测电路、流量传感器和系统。以解决目前使用的仪器易造成上游信号和下游信号的叠加，使两路信号相似性不强，导致互相关运算出现坏点，并且在油泡微小或油泡数量极少情况下，对油泡响应不敏感，无法实现互相关运算，也会给油水两相流流量测量带来较大误差的问题。

Description

一种截面互相关电极阻抗装置、检测电路、传感器和系统

技术领域

本实用新型涉及石油钻井技术领域，具体说是一种截面互相关电极阻抗装置、检测电路、传感器和系统。

背景技术

目前，油田生产中广泛应用于垂直油井油水两相流流量测量方法主要是涡轮流量计，但涡轮流量计存在可动部件，用于测量井下流体流量时，涡轮叶片易被井下流体携带的砂子及其它异物卡死而影响正常工作。并且，随着油田的持续开发，注入介质的成分越来越复杂，在聚合物驱和三元复合驱情况下，产出流体中含有聚合物及三元成分，使得产出液流体的粘度增大，也会导致涡轮流量计工作不正常。针对这类问题，提出过一种利用互相关原理测量流量的电导式相关流量传感器，它采用金属环状测量电极测量流体流量的传感器，这种传感器的上、下传感器测量到的是流经传感器内一段流体阻抗信号的平均值，对流体流动信号有平滑和滤波效应，因此降低了流体电压扰动信号的强度，并且易造成上游信号和下游信号的叠加，使两路信号相似性不强，导致互相关运算出现坏点，并且在油泡微小或油泡数量极少情况下，对油泡响应不敏感，无法实现互相关运算，也会给油水两相流流量测量带来较大误差。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种截面互相关电极阻抗装置传感器及应用其的流量传感系统，以解决目前使用的仪器易造成上游信号和下游信号的叠加，使两路信号相似性不强，导致互相关运算出现坏点，并且在油泡微小或油泡数量极少情况下，对油泡响应不敏感，无法实现互相关运算，也会给油水两相流流量测量带来较大误差的问题。

第一方面，本实用新型提供一种截面互相关电极阻抗装置，包括：

绝缘筒；

所述绝缘筒具有流体通道，所述流体通道内具有下游测量电极和上游测量电极；所述流体通道内具有流体，所述流体依次流经所述下游测量电极和所述上游测量电极；

所述下游测量电极和所述上游测量电极，分别具有电源回路，分别产生第一流体阻抗和第二流体阻抗。

优选地，所述流体通道的上端具有流体流出孔，所述流体通道的下端具有流体流入孔。

优选地，所述绝缘筒的两端分别具有上部连接件和下部连接件。

优选地，所述上部连接件，为上部固定压环；

所述下部连接件，为下部固定压环。

优选地，所述下游测量电极和所述上游测量电极，本身不具有电源回路；

所述绝缘筒内具有绝缘棒，所述绝缘棒与所述绝缘筒的一侧形成所述流体通道，所述绝缘棒与所述绝缘筒的另一侧形成地电极容纳空间，所述地电极容纳空间内具有地电极；

所述地电极的一端分别与所述下游测量电极和所述上游测量电极连接，所述地电极的另一端接地；

所述下游测量电极和所述上游测量电极，分别和所述地电极和所述地构成所述电源回路。

优选地，绝缘棒的中心具有上下贯通的走线通道，所述容纳所述地电极、所述下游测量电极和所述上游测量电极的连接线。

优选地，所述地电极，包括：下游地电极和上游地电极；

所述下游地电极，与所述下游测量电极在同一水平面上；

所述上游地电极，与所述上游测量电极在同一水平面上。

第二方面，本实用新型提供一种截面互相关电极阻抗检测电路，其特征在于，包括：

如上述一种截面互相关电极阻抗装置；以及电压源；

所述电压源，分别与第一分压电路和第二压力电路连接；

所述第一分压电路，与所述下游测量电极连接，所述下游测量电极与地连接；

所述第二压力电路，与所述上游测量电极连接，所述上游测量电极与地连接。

第三方面，本实用新型提供一种截面互相关流量传感器，其特征在于，包括：

如上述一种截面互相关电极阻抗检测电路；

所述截面互相关电极阻抗检测电路，检测所述第一流体阻抗的变化和所述第二流体阻抗的变化形成的电压扰动。

第四方面，本实用新型提供一种截面互相关流量测量系统，包括：

如上述一种截面互相关流量传感器，以及集流器，所述流器与所述截面互相关流量传感器连接；

所述截面互相关流量传感器，与控制器连接；

所述控制器，用于采集所述第一流体阻抗的变化和所述第二流体阻抗的变化形成的电压扰动，并根据所述电压扰动计算所述下游测量电极和所述上游测量电极所在截面流体的延迟时间，根据所述延迟时间和所述下游测量电极与所述上游测量电极之间的距离计算所述流体的流速，进而得到流量。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供一种截面互相关电极阻抗装置，下游测量电极和上游测量电极可分别产生第一流体阻抗和第二流体阻抗，并在此基础上提供了一种截面互相关电极阻抗检测电路，检测第一流体阻抗和第二流体阻抗的波动，并进一步在此基础上提供一种截面互相关流量传感器，提供一种截面互相关流量传感器采用电压源供电，利用串联分压原理，其电路原理简单；截面互相关流量传感器整体结构简单，采用下游测量电极和上游测量电极即实现了互相关方法测量流体流量；本实用新型提出的截面互相关流量传感器，无可动部件，结构简单，克服了涡轮流量计在出砂油井中易砂卡的问题。又由于截面互相关流量传感器更加敏感于截面流体组分分布，增强了上游电压信号和下游电压信号的相似度，对进一步改善互相关效果，减少互相关运算坏点，提高测量精度。同时，能够对微小油泡，或在高含水小油泡数量极少情况下对油泡都有响应，保证在极高含水率情况下测到流量。最后，本实用新型给出了新型提供一种截面互相关流量测量系统，适用于两相流和多相流产液剖面测井仪，可以实现井下产液剖面的流量测量，能为多相流流体流型流态研究和多相流解释提供技术数据，具有广阔的应用发展前景。

附图说明

通过以下参考附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例的一种截面互相关电极阻抗装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例的一种截面互相关电极阻抗检测电路的电路示意图；

图3是本实用新型实施例的一种截面互相关流量传感器的电路示意图；

图4是本实用新型实施例的一种截面互相关流量测量系统示意图；

图5是本实用新型实施例的一种截面互相关流量测量系统进行室内气泡移动实验测量的两路电压扰动信号图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本实用新型实施例的一种截面互相关电极阻抗装置结构示意图。如图1所示，一种截面互相关电极阻抗装置，包括：绝缘筒1；绝缘筒1具有流体通道，流体通道内具有下游测量电极5和上游测量电极6；流体通道内具有流体，流体依次流经下游测量电极5和上游测量电极6；下游测量电极5和上游测量电极6，分别具有电源回路，分别产生第一流体阻抗和第二流体阻抗。

进一步地，在图1中，流体通道的上端具有流体流出孔10，流体通道的下端具有流体流入孔9。

进一步地，在图1中，绝缘筒1的两端分别具有上部连接件和下部连接件。

进一步地，在图1中，上部连接件，为上部固定压环7；

下部连接件，为下部固定压环8。

进一步地，在图1中，下游测量电极5和上游测量电极6，本身不具有电源回路；绝缘筒1内具有绝缘棒4，绝缘棒4与绝缘筒1的一侧形成流体通道，绝缘棒4与绝缘筒1的另一侧形成地电极容纳空间，地电极容纳空间内具有地电极；地电极的一端分别与下游测量电极5和上游测量电极6连接，地电极的另一端接地；下游测量电极5和上游测量电极6，分别和地电极和地构成电源回路。具体地说，绝缘棒4为非导电的有机玻璃绝缘棒。

进一步地，在图1中，绝缘棒4的中心具有上下贯通的走线通道，容纳地电极、下游测量电极5和上游测量电极6的连接线。

进一步地，在图1中，地电极，包括：下游地电极2和上游地电极3；下游地电极2，与下游测量电极5在同一水平面上；上游地电极3，与上游测量电极6在同一水平面上。

图2是本实用新型实施例的一种截面互相关电极阻抗检测电路的电路示意图。如图2所示，一种截面互相关电极阻抗检测电路，包括：上述一种截面互相关电极阻抗装置；以及电压源11；电压源11，分别与第一分压电路和第二压力电路连接；第一分压电路，与下游测量电极5连接，下游测量电极5与地GND连接；第二压力电路，与上游测量电极6连接，上游测量电极6与地GND连接。具体地说，第一分压电路为第一分压电阻12，第二压力电路为第二分压电阻13；电压源11，分别与第一分压电阻12和第二分压电阻13连接，第一分压电阻12与下游测量电极5连接，下游测量电极5与下游地电极2连接，下游地电极2与地GND连接；第二分压电阻13与上游测量电极6，上游测量电极6与上游地电极3连接，下上游地电极3与地GND连接。

图3是本实用新型实施例的一种截面互相关流量传感器的电路示意图。如图3所示，一种截面互相关流量传感器，无可动部件，在两相流或多相流条件下测量油井产出液流体截面流速的截面互相关流量传感器。包括：图1中的一种截面互相关电极阻抗装置以及图2中的一种截面互相关电极阻抗检测电路，检测电路采集下游测量电极5的第一流体阻抗的变化和上游测量电极6的第二流体阻抗的变化形成的电压扰动。

具体地说，在图2或图3中，本实用新型工作时采用电压源11供电，电压源11的供电电压加到两个分压电阻（即，第一分压电阻12和第二分压电阻13）上，两个分压电阻（即，第一分压电阻12和第二分压电阻13）分别与两个测量电极（即，下游测量电极5和上游测量电极6）相连接。导电的流体在测量电极（下游测量电极5和上游测量电极6）与地电极（即，下游地电极2和上游地电极3）之间形成流体阻抗，在分压电阻（即，第一分压电阻12和第二分压电阻13）保持不变的情况下，当流体阻抗发生变化时，两个测量电极（即，下游测量电极5和上游测量电极6）上的电压随之发生变化，即流体阻抗变化转换成测量电极（即，下游测量电极5和上游测量电极6）电压信号的变化。当给下游测量电极5提供电压信号时，大部分电流就会从测量电极经流体流向所对应的下游地电极2，形成电流密度线。当给上游测量电极6提供电压信号时，大部分电流就会从测量电极经流体流向所对应的上游地电极3。

图4是本实用新型实施例的一种截面互相关流量测量系统示意图。如图4所示，一种截面互相关流量测量系统，包括：如上一种截面互相关流量传感器，以及集流器D，流器D与截面互相关流量传感器的流体流入孔9（图1中）连接。具体地说，截面互相关电极阻抗装置在传感器总成C中，传感器总成C上就有出液孔B，截面互相关电极阻抗检测电路的电压源11（图2或图3中）以及第一分压电路和第二压力电路（图2或图3中）在电路筒（A）中。截面互相关流量传感器与控制器连接；控制器，与电压检测电路连接，控制器通过电压检测电路采集下游测量电极5的第一流体阻抗的变化和上游测量电极6的第二流体阻抗的变化形成的电压扰动，并根据电压扰动计算下游测量电极5和上游测量电极6所在截面流体的延迟时间，根据延迟时间和下游测量电极5与上游测量电极6之间的距离计算流体的流速，进而得到流量。

结合图1～4，对本实用新型的装配过程进行简要说明：本实用新型的截面互相关流量传感器是通过以下技术方案实现的：将一对上测量电极（上游地电极3和上游测量电极6）和一对下测量电极（下游地电极2和下游测量电极5）沿流体流速方向设置，绝缘筒1和绝缘棒4之间形成环形空间，使被测液体（即，流体）得以从环形空间内流过。具体地说，绝缘棒4设置在绝缘筒1内，并且与绝缘筒1同轴，绝缘棒4的中段沿轴向排布下游测量电极5和上游测量电极6，下游测量电极5和上游测量电极6均为导电金属环，下游测量电极5和上游测量电极6分别镶嵌在绝缘棒4的侧壁上；绝缘筒1的内侧壁上分别镶嵌下游地电极2和上游地电极3，下游地电极2和上游地电极3均为环状金属电极，下游地电极2与下游测量电极5处于同一水平面上，形成一对下测量电极对；上游地电极3与上游测量电极6处于同一水平面上，形成一对上测量电极对。

图5是本实用新型实施例的一种截面互相关流量测量系统进行室内气泡移动实验测量的两路电压扰动信号图。

结合图1～4，并结合图5，对本实用新型的工作过程进行简要说明：当给下游测量电极5和上游测量电极6供电用于测量流体流速时，电流会由测量电极径向流向其对应的地电极，测量电极5的电流流向地电极2，测量电极6的电流流向地电极3。此时，如果有非导电相流体分布在导电流体内，则在电流流动截面上会存在围绕平均阻抗变化的特定流体阻抗，由于整个测量电路相当于截面流体阻抗和外接分压电阻的串联电路，当阻抗发生变化的流体从绝缘棒4和绝缘筒（1之间的环形空间流过并顺次通过上游测量电极6和下游测量电极5时，在两个测量电极上会产生两路电压扰动信号，即上游电压扰动信号和下游电压扰动信号，如图5所示。对这两路电压扰动信号进行互相运算可得到两个截面流体的延迟时间，即流体经过两个测量电极的渡越时间，这样，根据两对测量电极（即，下游测量电极5和上游测量电极6）间的距离计算流速，进而通过流速得出流量的测量结果。

对本实用新型的截面互相关流量传感器进行实验验证如下：将截面互相关流量传感器置于静水中，向截面互相关流量传感器内打气，让气泡依次通过两对测量电极（即，下游测量电极5和上游测量电极6），同时给两个测量电极（即，下游测量电极5和上游测量电极6）提供电压信号，记录实验结果。当气泡通过绝缘棒4与绝缘筒1之间的环形空间时，在上游测量电极6和下游测量电极5上会分别产生了两路电压扰动信号，如图2所示。两路电压信号具有明显的相似性，并且有明显的时间延迟，依据互相关流量测量原理能够获得待测流体的流量。本实用新型采用电压源11供电，利用串联分压原理，其电路原理简单；截面互相关流量传感器整体结构简单，采用两对测量电极即实现了互相关方法测量流体流量；本实用新型测量结果可靠，适用于两相流和多相流产液剖面测井仪，可以实现井下产液剖面的流量测量，能为多相流流体流型流态研究和多相流解释提供技术数据，具有广阔的应用发展前景。

以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于，包括：

绝缘筒（1）；

所述绝缘筒（1）具有流体通道，所述流体通道内具有下游测量电极（5）和上游测量电极（6）；所述流体通道内具有流体，所述流体依次流经所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6）；

所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6），分别具有电源回路，分别产生第一流体阻抗和第二流体阻抗。

2.根据权利要求1所述一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于：

所述流体通道的上端具有流体流出孔（10），所述流体通道的下端具有流体流入孔（9）。

3.根据权利要求1所述一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于：

所述绝缘筒（1）的两端分别具有上部连接件和下部连接件。

4.根据权利要求3所述一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于：

所述上部连接件，为上部固定压环（7）；

所述下部连接件，为下部固定压环（8）。

5.根据权利要求1所述一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于：

所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6），本身不具有电源回路；

所述绝缘筒（1）内具有绝缘棒（4），所述绝缘棒（4）与所述绝缘筒（1）的一侧形成所述流体通道，所述绝缘棒（4）与所述绝缘筒（1）的另一侧形成地电极容纳空间，所述地电极容纳空间内具有地电极；

所述地电极的一端分别与所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6）连接，所述地电极的另一端接地；

所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6），分别和所述地电极和所述地构成所述电源回路。

6.根据权利要求5所述一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于：

绝缘棒（4）的中心具有上下贯通的走线通道，所述容纳所述地电极、所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6）的连接线。

7.根据权利要求5所述一种截面互相关电极阻抗装置，其特征在于：

所述地电极，包括：下游地电极（2）和上游地电极（3）；

所述下游地电极（2），与所述下游测量电极（5）在同一水平面上；

所述上游地电极（3），与所述上游测量电极（6）在同一水平面上。

8.一种截面互相关电极阻抗检测电路，其特征在于，包括：

如权利要求1～7任一项所述一种截面互相关电极阻抗装置；以及电压源；

所述电压源，分别与第一分压电路和第二压力电路连接；

所述第一分压电路，与所述下游测量电极（5）连接，所述下游测量电极（5）与地连接；

所述第二压力电路，与所述上游测量电极（6）连接，所述上游测量电极（6）与地连接。

9.一种截面互相关流量传感器，其特征在于，包括：

如权利要求8所述一种截面互相关电极阻抗检测电路；

所述截面互相关电极阻抗检测电路，检测所述第一流体阻抗的变化和所述第二流体阻抗的变化形成的电压扰动。

10.一种截面互相关流量测量系统，其特征在于，包括：

如权利要求9所述一种截面互相关流量传感器，以及集流器（D），所述流器（D）与所述截面互相关流量传感器连接；

所述截面互相关流量传感器，与控制器连接；

所述控制器，用于采集所述第一流体阻抗的变化和所述第二流体阻抗的变化形成的电压扰动，并根据所述电压扰动计算所述下游测量电极（5）和所述上游测量电极（6）所在截面流体的延迟时间，根据所述延迟时间和所述下游测量电极（5）与所述上游测量电极（6）之间的距离计算所述流体的流速，进而得到流量。