專利名稱：基于分流法的高分辨率電導含水率計的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種油田上進行含水率測量的儀器，具體的說是涉及一種應用電導傳 感器進行含水率測量的儀器。
背景技術：
隨著大慶油田的持續開發，大慶油田綜合含水率逐年增長。目前，大慶主力油田 的綜合含水率已達87%以上，很多油井處于高含水階段，因此，準確測量高含水油井的含水 率，對油田采取有效措施具有重要意義。電導式過環空產液剖面測井儀已在油田產出剖面 測井中得到廣泛應用，它能夠實時反應井下含水率的變化，具有實時性好、響應速度快等特 點。但是，經過近幾年的應用，發現這種儀器存在以下局限性由于儀器中的電導含水率計 在特高含水的情況下測量分辨率不高，從而導致該種儀器不能廣泛應用在高含水油區。
發明內容
為了解決背景技術中提到的現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于分流法 的高分辨率電導含水率計，該種含水率計應用后能夠準確的測量高含水油井中的含水率， 為油田開發提供更準確可靠的動態監測資料，具有測量效果穩定、適用于特高含水產出井 中進行測量等特點。本發明的技術方案是該種基于分流法的高分辨率電導含水率計，包括信號處理 電路、中空的儀器筒、傘形集流器以及集流器總承等一些常規結構，其中，所述儀器筒內置 有用于含水率測量的電導傳感器以及用于流量測量的渦輪傳感器。其作出改進之處在于 所述儀器筒的筒壁上由下而上依次開有下進液口、上進液口以及出液口，所述下進液口與 上進液口位于傘形集流器的頂端集流區間內；所述儀器筒內居中置有一根由絕緣材料制成 的分流管，所述分流管的端部有鎖定凸臺，在鎖定凸臺與儀器筒之間形成的環形空間內通 過頂針固定有密封圈；所述下進液口與上進液口分別位于密封圈的下、上側；所述分流管 的下端位于下進液口以下位置，其上端則位于電導傳感器以上和渦輪傳感器以下位置；所 述分流管的截面積與儀器筒內總流動面積的比值范圍限于20% 40%之間。本發明具有如下有益效果采取上述方案的電導含水率計依據電導傳感器的測量 原理，在電導傳感器內增加了一個居中位于傳感器內由絕緣材質構成的分流管并改進了進 液口，從而帶來了以下變化首先，使得分流管與電導傳感器之間的環形通道成為了電導傳 感器測量電導率的測量通道；其次，在高含水情況下，一部分水流量通過分流管內分流，不 流過傳感器的環形測量通道，使流過電導傳感器的油水混合物的含水率在其允許的應用范 圍內，之后，在得到精確的含油量后，再由后置的渦輪流量傳感器測得真實的全部流量，得出 最后的含水率，從而實現了提高電導式過環空產液剖面測井儀含水率測量分辨率的功能。
圖1是本發明中所涉及的基于分流法的高分辨率電導含水率計結構示意圖。
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圖2是本發明中所涉及的基于分流法的高分辨率電導含水率計中傘式集流器與 分流管部分裝配后的機械結構剖視圖。圖3為含水率98%到96%不同分流比的分辨率。圖4為含水率96%到94%不同分流比的分辨率。圖5為含水率94%到92%不同分流比的分辨率。圖6為應用本發明實現分流40%時環形空間含水率。圖7為應用本發明實現分流30%時環形空間含水率。圖8為應用本發明實現分流20%時環形空間含水率。圖9是渦輪流量傳感器在不同油水配比下的檢測結果。圖10為實驗樣機在模擬井上的標定建立的儀器響應與標準含水率校正圖版。圖中1-信號處理電路，2-出液口，3-渦輪傳感器，4-電導傳感器，5-分流管，6_傘 形集流器，7-油水混合物層，8-水層，9-下進液口，10-密封圈，11-上進液口，12-集流器總 承，12a-傳動總承，12b-驅動總承，13-儀器筒，14-鎖定凸臺，15-頂針，I-油井產出液流 出通道，II-油水混合物流入通道，III-水流入通道。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明
本發明是基于電導測量原理，如圖1所示，所采用的電導傳感器是由安裝在絕緣的儀 器筒壁上，按一定距離排列的四個圓環不銹鋼電極組成。外面一對作激勵電極，中間一對作 為測量電極，給激勵電極提供一定頻率的交變恒定電流，當流體從傳感器的環形通道內流 過時，由于測量電極間阻抗的存在，根據電學原理可知，測量電極間產生電壓，電壓幅度與 流過傳感器的流體的電導率成反比，在水的電導率為已知的情況下，得出油水混合物的電 導率即可得出混合液中油的含量和水的含量。本發明的具體方案構成如下
本種基于分流法的高分辨率電導含水率計，包括信號處理電路1、中空的儀器筒13、傘 形集流器6以及集流器總承12，所述儀器筒13內置有用于含水率測量的電導傳感器4以及 用于流量測量的渦輪傳感器3，前述結構均為常規結構。其中，信號處理電路主要由激勵源、信號放大電路、AC/DC電路、V/F轉換電路以及 功率放大電路等部分構成。一般來說，激勵源信號為交變恒定電流源，恒定電流源輸入端信 號由波形發生器ICL8038提供，ICL8038為高度集成的波形發生器，它能夠提供幅度、頻率 高度穩定的正弦波信號，其頻率范圍可調，根據理論分析及實驗驗證，井下電路激勵源頻率 應在15KHz 23KHz范圍內，恒定電流源采用典型微變電流源電路，它能夠提供高度恒定的 微電流源，其所帶負載變化范圍寬，適用于井下含水率波動變化情況。信號放大電路可以采 用儀用差動放大器AD620，使得兩端輸入阻抗相匹配。AC/DC電路可以采用AD637進行全波 整流，以提高儀器分辨率。V/F轉換電路可以采用AD537進行電壓信號的壓頻轉換。功率放 大電路可以采用LM386，對壓頻轉換后的頻率信號進行功率放大，然后傳輸給地面的數據采 集系統。本發明作出改進之處在于以下如圖1結合圖2所示，所述儀器筒13的筒壁上由 下而上依次開有下進液口 9、上進液口 11以及出液口 2，所述下進液口 9與上進液口 11位
4于傘形集流器6的頂端集流區間內。所述儀器筒13內居中置有一根由絕緣材料制成的分 流管5，所述分流管5的端部有鎖定凸臺14，在鎖定凸臺14與儀器筒13之間形成的環形空 間內通過頂針15固定有密封圈10 ；所述下進液口 9與上進液口 11分別位于密封圈10的 下、上側；所述分流管5的下端位于下進液口 9以下位置，其上端則位于電導傳感器4以上 和渦輪傳感器3以下位置；所述分流管5的截面積與儀器筒13內總流動面積的比值范圍限 于20% 40%之間。在本方案中，可以說分流結構的設計是本發明的關鍵技術，正是為了提高電導傳 感器在高含水情況下的測量分辨率，如圖所示，在電導傳感器內置入了一個分流管。機械設 計圖如圖2所示。分流管為絕緣材料，居中位于電導傳感器內，分流管壁厚為1mm，根據不同 的分流比，即分流管的截面積與總流動截面積的比值，來確定分流管的內徑。至少，分流管 的下端需要延伸至下進液口以下IOmm的位置，這樣可以有效地防止油相從下進液口流入 分流管。分流管的上端位于電導傳感器以上，渦輪傳感器以下，這樣，從分流管內流動的流 體，既保證了不被電導傳感器檢測到，又可以通過渦輪傳感器檢測流量。分流比是指分流管截面積與儀器內總流體流動面積的比值，分流比的大小反映了 從分流管分流出去的流體的流量占總流量的多少。如果分流比過大，則從分流管內分流出 去的流體就會很多，而且，輕質相的油也會大量的分流出去；如果分流比太小，又不能很好 的起到分流的效果。所以確定一個合適的分流比結構非常重要。為了評價儀器的響應特性， 定義了適用于阻抗圖版的分辨率，定義為分辨率=(A-B) /(a%_b%)，式中a、b分別代表兩 種含水率值，A、B則分別代表兩個含水率下測得的儀器響應值。該定義式反映了儀器響應 圖版的任意兩個含水率下的響應曲線的拉開程度，分辨率值越高、曲線拉開程度越大、兩條 曲線中間能夠進行更多數據的插值運算、更多的插值運算數據則代表了儀器解釋圖版能夠 分辨的數據更加細化，即提高了儀器對于含水率的分辨率。結合阻抗傳感器的結構尺寸設 計了三種尺寸的分流管，分別代表分流比為20%、30%、40%。對三種分流比結構的儀器分別 在模擬井上進行了標定實驗，含水率范圍為90%-100%。分別對三種分流比儀器的標定圖版 進行了分辨率計算，其結果如圖3到圖5所示，圖3為含水率98%到96%不同分流比的分辨 率，圖4為含水率96%到94%不同分流比的分辨率，圖5為含水率94%到92%不同分流比的 分辨率
模擬井標定的計算結果表明分流比30%的分辨率明顯優于20%和40%，更加適合該含 水率計應用于高含水及特高含水測量的設計。綜合以上分析確定分流管的分流比為30%。此 外，為了從理論上確定合適的分流效果，利用FLUENT有限元仿真軟件進行了傳感器內的流 場仿真。針對三種不同分流比20%、30%和40%，分別進行了流場仿真。仿真軟件可以給出不 同工況下傳感器環形空間內含水率。圖6、圖7和圖8分別為分流比為40%、30%和20%時， 不同流量不同含水率配比時環形空間含水率圖版。圖6為分流40%時環形空間含水率，圖 7為分流30%時環形空間含水率，圖8為分流20%時環形空間含水率。仿真結果表明三 種分流比下環形空間內計算的含水率皆小于標準配比含水率，說明在一定程度上都起到了 分流效果；但對比結果表明，分流比30%時，在相同流量和含水率情況下環形空間的含水率 相對于分流40%和20%的儀器要小，所以分流比為30%的結構比分流為40%和20%的結構 分流效果明顯。30%為最佳分流比。在具體實施時，集流傘總承采用外徑為28mm的傘式集流器，將儀器下到井下某一深度位置后，將集流傘撐開，進行集流測量。集流傘傘布下方有進液口，井下流體通過進液 口流入測量通道進行流量及含水率的測量。集流傘設計及分流管組合結構的機械圖如圖2 所示。包括傘的驅動總承12b、傘傳動總承12a、集流傘布、上進液口、下進液口以及分流管 等組成。其中傘驅動總承和傘傳動總承采用購置的成熟部件，可以說，集流傘進液口的設計 為本發明的關鍵技術之一。下面進行詳細描述目前原有產液剖面通用的集流器為傘式集 流器，集流傘的上進液口和下進液口之間相互連通，井筒內的油水混合物經集流傘集流后， 從上、下進液口同時流入測量通道內進行含水率的測量。新設計的集流傘進液口結構與原 結構完全不同，上、下進液口中間通過同時起分隔和固定作用的密封塞作為分隔器隔開，相 互之間不再連通。井下油水混合流體經集流傘集流后，大部分油水混合物從上進液口流入 電導傳感器的環形測量通道，進行含水率的測量。電導傳感器只能測量環形空間內的流體 的含水率。由于油水之間的密度差異，輕質相的油要比水流的快，油向上漂并在集流器頂端 處堆積，當油堆積到進液口處時從上進液口流入傳感器測量通道。流體中的一部分水則從 下進液口流入分流管，從分流管內流出，沒有被電導傳感器檢測到，起到了特高含水情況下 水分流的效果，從而可提高儀器的分辨率。流量測量傳感器采用過環空產出剖面測井儀中的渦輪傳感器。渦輪傳感器位于電 導傳感器的上方，用于檢測從分流管中及電導傳感器環形空間內流出的流體流量。在渦輪 傳感器的外壁需要增加四個走線槽，用于通過電導傳感器及集流傘的信號線。本發明把渦 輪流量傳感器的位置從傳統結構中的集流傘的頂端附近變化到電導傳感器上方，出液口下 方附近。這樣，油水混合物經過阻抗傳感器、分流管后，再流經渦輪流量傳感器進行流量的 測量。由于井筒內的流體是先經過阻抗傳感器后再到達渦輪傳感器，油水混合物經過傳感 器段的混合運移，得到了充分發展，使油水混合更加均勻，減小了渦輪流量計受流體混合不 均勻的影響。針對新的儀器結構，已制做了實驗樣機。在大慶油田測井試井檢測實驗中心多相 流模擬井上對實驗樣機進行了標定。油水混合流體的流量設置為5m3/d，7 m3/d, 10 m3/d, 15 m3/d, 20 m3/d,40 m3/d，60 m3/d，80 m3/d ；不同的油水配比即含水率設置為90%、70%、80%。標 定過程中，在固定某一總流量的情況下，調節不同的含水率，即改變該流量下油水的比例， 然后記錄渦輪響應頻率值。標定結果如圖9所示，圖9是渦輪流量傳感器在不同油水配比 下的檢測結果。圖中橫坐標為標準流量，縱坐標為渦輪響應頻率。標定結果表明不同油水 比例下的實驗結果完全一致，渦輪響應頻率受含水率的影響很小，渦輪頻率與標準流量具 有很好的線性關系，線性擬合系數可以達到0. 9997。新的渦輪傳感器位置的調整可以進一 步提高渦輪穩定性，減小了渦輪受油水混合不均勻的影響。本發明在具體使用時，在含水率標定的過程中，需要按所設計的實驗點的含水率 的大小準確調節配比的油流量和水流量。油水混合流體經集流器分流后，一部分水流量從 分流管分流，而大部分油水混合物則流入阻抗傳感器的環形空間進行含水率的測量。首先測量的是油水混合物時的阻抗傳感器的輸出，稱為混相值；然后將集流傘關 閉，對流過傳感器內的流體進行取樣，待油水重力分離，阻抗傳感器完全浸沒在純水中時的 傳感器輸出，稱為全水值。全水值與混相值的比值稱為儀器響應。儀器響應反映了環形空 間流道內油相的體積含量。儀器響應還不是要測量的混合流體的含水率，而是需要通過校 正圖版，建立儀器響應與標準含水率之間的關系圖版。圖10為實驗樣機在模擬井上的標定建立的儀器響應與標準含水率校正圖版。圖中橫坐標為標準流量，縱坐標為儀器響應，每一 條曲線代表一個含水率。 實際測井時，得到某一流量下的儀器響應響應，然后在圖版上利用插值計算的 方法計算出該點的標準含水率。如果某一點測得的流量為9_，儀器響應為F_。判斷FJi 于哪兩條含水率曲線之間。如果的數值位于含水率90%和80%兩條曲線之間，則在圖版 上查出流量點在垂直方向與90%和80%兩條含水率曲線相交叉的縱坐標值=F9cw和F8mo 利用下面的公式可求得Y值，Y即為實際測量的含水率Y =80%+(FSJ -F80%)*10%/ (F90%-F80%)。
權利要求
一種基于分流法的高分辨率電導含水率計，包括信號處理電路(1)、中空的儀器筒(13)、傘形集流器(6)以及集流器總承(12)，所述儀器筒(13)內置有用于含水率測量的電導傳感器(4)以及用于流量測量的渦輪傳感器(3)，其特征在于所述儀器筒(13)的筒壁上由下而上依次開有下進液口(9)、上進液口(11)以及出液口(2)，所述下進液口(9)與上進液口(11)位于傘形集流器(6)的頂端集流區間內；所述儀器筒(13)內居中置有一根由絕緣材料制成的分流管(5)，所述分流管(5)的端部有鎖定凸臺(14)，在鎖定凸臺(14)與儀器筒(13)之間形成的環形空間內通過頂針(15)固定有密封圈(10)；所述下進液口(9)與上進液口(11)分別位于密封圈(10)的下、上側；所述分流管(5)的下端位于下進液口(9)以下位置，其上端則位于電導傳感器(4)以上和渦輪傳感器(3)以下位置；所述分流管(5)的截面積與儀器筒(13)內總流動面積的比值范圍限于20%～40%之間。
2.根據權利要求1所述的基于分流法的高分辨率電導含水率計，其特征在于所述分 流管(5)的截面積與儀器筒(13)內總流動面積的比值為3/10。
全文摘要
一種基于分流法的高分辨率電導含水率計。主要解決現有電導含水率計在高含水井中測量不準確的問題。其特征在于儀器筒的筒壁上由下而上依次開有下進液口、上進液口以及出液口，下進液口與上進液口位于傘形集流器的頂端集流區間內；所述儀器筒內居中置有一根由絕緣材料制成的分流管，所述分流管的端部有鎖定凸臺，在鎖定凸臺與儀器筒之間形成的環形空間內通過頂絲固定有密封圈；所述下進液口與上進液口分別位于密封圈的下、上側；所述分流管的下端位于下進液口以下位置，其上端則位于電導傳感器以上和渦輪傳感器以下位置；所述分流管的截面積與儀器筒內總流動面積的比值范圍限于20%～40%之間。具有測量效果穩定、適用于特高含水井中的特點。
文檔編號E21B47/00GK101967969SQ20101051654
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者丁慶榮, 于勇波, 于向江, 劉興斌, 胡金海, 黃春輝 申請人:大慶油田有限責任公司