CN2161720Y - 真空隔热吸汽剖面测试仪 - Google Patents

Abstract

真空隔热吸汽剖面测试仪是一种油田上使用的 井下测试仪器，用于稠油井注蒸汽时对吸汽剖面的测 试。它由控测总成、真空隔热高温金属隔热瓶、井下 单片机采样系统、微型差压、压力、温度信号变送器及 地面绘图软件所组成。使用这种仪器能够测量注汽 井井下各点蒸汽流量、干度、压力和温度的变化情况， 具有进行注汽参数检测、检测数据存储、地面数据处 理，以及绘制测试报表和测试曲线等功能。

Description

本实用新型涉及一种油田上稠油热采井注蒸汽过程中进行吸汽剖面测试时使用的井下测试仪器，属仪器仪表类。

蒸汽吞吐和蒸汽驱是稠油开采的主要手段，注汽井井下注汽参数的变化情况，各油层的吸汽情况，直接反映了蒸汽的驱油效果，特别是对于非均质油藏，层间吸汽能力差异较大，甚至产生蒸汽单层推进或汽驱井的汽窜，从而影响了稠油的开发效果。要搞清井下蒸汽参数的变化情况，测出吸汽剖面，就必须有一种专门的测试仪器。目前，国内外经过大量的研究工作，虽已制造出几种具有此类功能的测试仪器，例如，美国生产的高温压力计，高温温度计，以及TPS－9000型注汽井温度、压力、流量测试仪，还有我国研制的高温双参数（压力、温度）测试仪，但在稠油注汽井上使用，均未实现吸汽剖面的测试，井筒内蒸汽干度的变化情况也无法测量。

本实用新型的目的，在于提供一种能在稠油井注汽过程中直接测量井下各点的蒸汽流量、干度、压力和温度四项注汽参数，并直接测试油井各油层吸汽剖面的测试仪器。

本实用新型的真空隔热吸汽剖面测试仪是在吸取了常温油井测试采用的数据采集存储的方式的基础上，设计了新型测量探针传感元件及高温金属隔热瓶后而实现的。

本实用新型的真空隔热吸汽剖面测量仪包括探测总成、真空隔热高温金属隔热瓶总成、信号变换器总成、井下单片机采样系统四部分。

探测总成由测量探针、流体稳定段、引压管、钢丝绳帽、仪器扶正器和上密封接头组成。测量探针为几何形状各异的笛形组合管，笛形组合管上具有按几何图形分布的测压小孔、能直接感受垂直管段的两相流的动压。流体稳定段为一中空的长圆柱体，侧面开有一个侧压孔，用于检测井筒内的静压。引压管是一个耐热耐蚀金属制成的细长管，能把测量探针测得的动压及流体稳定段测得的静压传入高温真空隔热瓶，引压管上装有快速接头，以使连接方便迅速。钢丝绳帽是一个变径的管件，一端与流体稳定段连接、一端与扶正器连接。钢丝绳从钢丝绳帽小直径部分的中间通过，并卡固住，大直径的中空部分通过引压管。该测试仪用试井钢丝起下，代替通常使用的高温电缆。测试仪的扶正器为簧片式扶正器，扶正器外面沿周向均布数个弹簧扶正片，以使仪器工作时在井筒里对中。上密封接头的上下两端均装有密封件，以防气体进入。

真空隔热高温金属隔热瓶总成由高温金属隔热瓶塞、保护外壳组成。高温金属隔热瓶用不锈钢薄壁管制成，为内外夹层结构，中空部分抽吸真空，具有隔热功能。隔热瓶外包复有由钢管制成的保护外壳。真空金属隔热瓶瓶塞由弹性可塑材料制成，起关隔密封作用。

信号变换器总成由差压变送器，压力变送器、温度变送器及信号传输装置所组成。差压变送器、压力变送器和温度变送器均为微型结构。温度检测元件为铂热电阻，安装在上密封接头的盲孔内，耐热高温引线经隔热瓶塞将铂热电阻测得的温度输入隔热瓶内的温度变送器，隔热瓶内的温度变化情况由热电阻检测。

井下单片机采样系统由主机、I／O接口、多层线路板及采样软件所组成。由差压变送器、压力变送器、温度变送器、压力变送器、温度变送器和瓶内热电阻输出的压力和温度的四种标准信号进入I／O接口的采样器、A／D转换器，由单片机的采样软件定时定点控制采样，并将采集数据存储在RAM内，系统中RAM的片数由设计的采样数据总量决定，可以扩展与压缩。

本实用新型的真空隔热吸汽剖面测试仪与现有技术相比具有如下优点：

1、能同时测试井下各点的四个参数，国内外现有高温测试仪最多只能测量2－3个参数，无法实现吸汽剖面的直接测试。

2、该测试仪能在360℃，17MPa的井下环境中连续工作6小时，现有的记忆存储式测试仪均无法达到这一指标。

3、该测试仪采用试井钢丝起下，代替了高温电缆，这样既降低了整套系统的成本费用又消除了因电缆问题而引起的故障。

下面结合附图1给出的实施例对本实用新型做进一步描述。

附图1是真空隔热吸汽剖面测试仪的结构图。

实施例中的真空隔热吸汽剖面测试仪由试井钢丝（1）、测量探针（2）、流体稳定段（3）、引压管（4）、钢丝绳帽（5）、扶正器（6）、上密封接头（7）、高温真空隔热瓶（8）、隔热瓶塞（9）、差压变送器（10）、压力变送器（11）、铂热电阻（12）、高温引线（13）、温度变送器（14）、热电阻单片机系统（15）等组成。使用时，整个测试仪用试井钢丝悬挂下井。测量探针（2）上的测压小孔接收垂直管段的两相流体动压P₁。流体稳定段（3）的长度很长，为直径的10倍，侧向开测压孔，检测井筒内的静压P₂。动压P₁和静压P₂通过引压管（4），经由钢丝绳帽（5）、扶正器（6）、上密封接头（7）引入高温真空隔热瓶（8），再经隔热瓶塞（9）、输进高温其空隔热瓶内的微型差压变送器（10）和压力变送器（11）。安装在上密封接头（7）内的铂热电阻（12）测得的井内温度，由高温引线（13）传输给温度变送器（14）。热电阻（15）检测隔热瓶内的温度。差压变送器（10）、压力变送器（11）、温度变送器（14）、（15），把P₁、P₂、T₁、T₂四种4－20MA的标准信号输入单片机系统进行处理、存储。采样由单片机系统的采样软件控制。

地面微机系统设计一个与井下单片机系统进行数据通讯的接口板，将井下采集的数据通过测试绘解软件进行数据处理，打印出单井测试报表，绘制出四参数测试曲线，并能自动备份，以供随时查询调用。

本实用新型的测量数学模型为：

$\mathrm{G\; t\; p\; =}\sqrt{\frac{\mathrm{b\; △\; p}}{\mathrm{x\; -\; a}}}\mathrm{(1)}$

Gtp－－汽液两相流体流过笛形管时的质量流量；

△P－－笛形管的全压和两相流静压之差；

a，b－－系数，由试验确定，在一定压力和流动工况下，两值为常数。

△Pi＝P1i－P2i        （2）

式中        △Pi－－i时刻的测量差压；

P1i－－i时刻的笛形管全压值；

P2i－－i时刻的两相流静压值；

$\mathrm{△\; P\; =}\frac{1}{N}\underset{\mathrm{i=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{△\; P\; i}\mathrm{(3)}$

式中        N－－采样个数，取N＝100        5ms采样一次。

δ△P＝f（GTP，ρ′／ρ″，X）

$=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{\mathrm{i=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{(△\; P\; -\; △\; Pi\; )}}^2}\mathrm{(4)}$

式中δ△P－－平均脉动差压；

ρ′－－汽相密度；

ρ″－－液相密度；

X－－汽相含量即饱和蒸汽干度。

δ＝δ∧P／∧P        （5）

式中        δ－－脉动系数。

由（2）－（5）式可以用试验的方法标定出X－δ关系曲线。在进行数据处理时，将饱和蒸汽的热物性参数表及试验标定的a，b数组，X－δ关系曲线全部存入计算机内，测量时当测得瞬时差压    ，瞬时压力P和瞬时温度T以后，便可获得干度X，饱和蒸汽密度ρ′，饱和水密度ρ″及笛形管常数a、b的值。将△P，X，a，b代入（1）式即可求得其质量流量Gtp的值。从而完成注汽井筒内蒸汽流量、干度、压力和温度的测试及油层吸汽剖面的测试。

Claims (4)

1、一种油田稠油井注蒸汽过程中测试吸汽剖面所使用的井下测试仪器，包括井下采样系统和信号变换系统，其特征在于：该系统中还设计有探测总成和高温金属隔热瓶总成。

2、根据权利要求1所述的真空隔热吸汽剖面测试仪，其特征在于：该控测总成由几何形状各异的笛形组合管构成的测量探针、带有静压取压孔的稳定段，装有快速接头的动、静压引压管、卡固钢丝绳并允许引压管通过的钢丝绳帽，带有弹性扶正片的扶正器以及上密封接头组成。

3、根据权利要求1和2所述的真空隔热吸汽剖面测试仪，其特征在于：真空高温隔热瓶总成由高温金属隔热瓶、瓶塞和保护外壳所组成。

4、根据权利要求3所述的真空隔热吸汽剖面测试仪，其特征在于：其信号变换器总成由微型差压变送器，压力变送器和温度变送器及信号传输装置所组成；单片机采样系统总成由主机，I／O接口，多层线路板及采样软件所组成；地面绘解软件包括数据通讯板，数据处理及绘解程序所组成。