油水兩相流插入式四扇區弧形對壁電導傳感器的制造方法
【專利說明】油水兩相流插入式四扇區弧形對壁電導傳感器 所屬技術領域
[0001] 本發明涉及油田測試領域所用的油井高含水油水兩相流含水率及流量測量傳感 器。
【背景技術】
[0002] 隨著油田開采進入中晚期階段，大多數油田長期注水開發，油田采出液含水率大 幅上升，進入高含水或者接近特高含水生產期，從指導油田開發方案角度，準確確定儲集層 油水生產特性對油田穩油控水及提高石油采收率具有重要意義。
[0003] 進入高含水期的油井產液剖面測井面臨極大挑戰，主要是高含水油水兩相流分散 相局部濃度及局部流速沿管截面方向呈非均勻分布，且分散相泡徑大小亦隨油相及水相流 速發生較大變化，特別是分散相泡徑大小對分散相濃度（持水率）測量靈敏度有較大影 響。目前油井動態監測普遍使用的環形電導式傳感器（ZL98250643. 2 ;ZL201320294984.X; ZL201120500694. 7)主要響應于測量電極之間分散相平均濃度特性，該類電導傳感器結構 相對簡單，傳感器響應穩定，且對流型無擾動，可完成對油水兩相流含水率測量。但是，上述 環形電導式傳感器靈敏場分布不甚均勻，在高含水油水兩相流分散相局部濃度及局部流速 非均勻流動條件下，含水率測量靈敏度及分辨率存在較大局限性。
【發明內容】
[0004] 本發明提出一種適用于高含水的油水兩相流插入式四扇區弧形對壁電導傳感器， 通過四扇區弧形對壁電導式傳感器上下游相關電極測量提取油水兩相流總流速信息。本發 明的技術方案如下：
[0005] -種油水兩相流插入式四扇區弧形對壁電導傳感器，包括插入體（2)，用于將插入 體（2)固定在測量管道（1)內的支架（3)，插入體包括導流段和測量段，導流段為錐形，從端 部較細；測量段為柱狀，其截面由四個向內凹的圓弧形組成。所述的電導傳感器包括兩組分 別分布在測量段上下游兩個不同截面上的電極，每組電極對包括均勻布置的四對弧形對壁 電極（4)，每對電極包括激勵電極和接收電極；激勵電極均光滑嵌入在插入體的外表面，接 收電極均固定在測量管道（1)內壁相對應的位置，每個激勵電極的圓心均位于與其的接收 電極的中部，位于上下游的每個扇區弧形對壁電極對結構相同，用于每個扇區局部相關流 速測量。
[0006] 作為優選實施方式，所述的電導傳感器，激勵電極圓心角a=90°，接收電極圓 心角0 = 45°。電極軸向高度h= 1. 5mm。
[0007] 本發明為了提高高含水油水兩相流含水率測量分辨率，將環形電導式傳感器縱向 平均測量模式改為沿管截面方向分布式平均測量模式。在測量方式上，在集流后小直徑測 量通道內加裝插入體，其插入體上加工出四個扇區弧面，每個扇區弧面與其相對的管道內 壁表面分別光滑鑲嵌弧形電導傳感器，構建出插入式四扇區弧形對壁電導傳感器分布式測 量模式。插入體的作用是改善插入體與小管道內壁環形空間的流動結構穩定性。在設計弧 形對壁電導傳感器時，采用電場有限元分析方法對傳感器電極幾何尺寸（電極高度、電極 角度）進行優化，以達到增強分布式電導傳感器敏感場強度及提高高含水油水兩相流含水 率測量靈敏度之目的。具有以下優點：
[0008] (1)本發明設計的插入式四扇區弧形對壁電導傳感器集流作用明顯，在改善流場 內油水兩相流局部濃度及局部流速非均勻流動特性前提下，可顯著提高分散相（油滴）體 積濃度測量分辨率，同時利用四扇區上下游電導傳感器波動信號可實現油水兩相流總流速 有效測量。
[0009] (2)本發明設計的插入體前置段導流效果顯著，對弧形對壁電導傳感器測量段的 流場擾動小，有利于在高含水情況下獲取穩定的電導傳感器測量信號。
[0010] (3)本發明設計的插入式四扇區弧形對壁電導傳感器可適用于垂直油井內低流速 高含水油水兩相流流動參數（流量及含水率）高分辨測量。
【附圖說明】
[0011] 圖1是插入式四扇區弧形對壁電導傳感器結構圖。
[0012] 圖2是插入式四扇區弧形對壁電導傳感器局部結構圖。
[0013] 圖3是插入式四扇區弧形對壁電導傳感器弧形對壁電極部分截面圖。
[0014] 圖4是插入體不意圖：（a)立體圖；(b)正視圖；（c)俯視圖。
[0015] 圖5是插入體前置段截面圖。
[0016] 圖6是插入式四扇區弧形對壁電導傳感器有限元剖分結構圖。
[0017] 圖7是高含水油水兩相流兩種流型四扇區測量信號，（a)和（b)分別為泡狀流、細 小泡狀流。
[0018] 圖8是插入式四扇區弧形對壁電導傳感器某扇區泡狀流及細小泡狀流時上下游 相關信號及其對應的互相關函數，（a)典型泡狀流的上下游測量信號；(b)圖（a)所示信號 的互相關函數；（c)典型細小泡狀流的上下游測量信號；（d)圖（c)所示信號的互相關函 數；
[0019] 圖9是插入式四扇區弧形對壁電導傳感器在高含水油水兩相流時歸一化電導測 量值與實驗標定的總流量及含水率之間實驗相關圖版。
[0020] 附圖標記說明：
[0021] 1測量管道；2插入體；3用于固定插入體的支架；4弧形對壁測量電極
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。該發明涉及的高含水油水兩相流 插入式四扇區對壁弧形電導傳感器如下所述：
[0023] 參見圖1和2,本發明設計一個插入式四扇區弧形對壁電導傳感器，包括測量管道 1、插入體2、用于固定插入體的支架3和光滑嵌入在管內壁及插入體上下游的八對弧形對 壁電極4。每對電極包括激勵電極和接收電極，分別光滑嵌入在插入體弧面和管內壁上。激 勵電極圓心角為a，接收電極圓心角為0。激勵電極光滑嵌入插入體弧面，接收電極光滑 嵌入管內壁面。上下游的每個扇區弧形對壁電極對結構完全相同，用于每個扇區局部相關 流速測量。
[0024] 將設計的插入式四扇區弧形對壁電導傳感器安裝在垂直上升油水兩相流小管道 上，當高含水油水兩相流流經傳感器時，采集插入式弧形對壁電導傳感器各扇區輸出信號。 在數據處理時，首先，將下游每個扇區測量的混合流體電壓數據處理為歸一化電導值，然 后，將四個扇區的歸一化電導值進行平均，最后，按照實驗圖版提取出相應的含水率值，其 中，實驗圖版中的總流量可通過每個扇區上下游局部相關流速融合計算獲得。
[0025] 下