專利名稱：一種井下流體密度測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于油井測量裝置技術領域，具體涉及一種井下流體密度測量裝置。本發(fā)明可用于油氣井內(nèi)流體密度的測量，主要適應于垂直井和斜井。
背景技術：
目前國內(nèi)油氣井密度的測量主要用放射性密度計。該密度計由于要在儀器內(nèi)設置一個 γ射線源，帶來了額外的安全防護問題。市場迫切需要采用其它的方法來實現(xiàn)流體密度的測量。美國SONDEX公司生產(chǎn)的FDD003形壓差式流體密度計，具有以下特點其內(nèi)部采用了一支精密的彈性薄膜差壓式傳感器。薄膜的變形量由兩側(cè)的壓差值而定。薄膜兩側(cè)設置兩個電容電極，用電容法來測定薄膜片的變形量。由于井下測量點的絕對壓力可達 lOOMPa，而流體密度產(chǎn)生的壓差都小于0. OlMPa，絕對壓力超出測量值一萬倍以上。為了防止壓差超出額定值，整支儀器的使用要求十分繁雜，且容易在使用中損壞其精密壓差傳感
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種井下流體密度測量裝置。本發(fā)明的原理是利用U形水銀槽兩側(cè)水銀柱高度差產(chǎn)生的壓力差和被測壓差值相平衡，與水銀血壓計測人體血壓的原理相似。本發(fā)明的井下流體密度測量裝置，其特點是，所述的測量裝置包括水銀槽組件、傳壓導管、感壓器；所述的水銀槽組件含有U形水銀槽I、電極，在U形水銀槽I中注有水銀； U形水銀槽I的左側(cè)水銀柱I管通過上感壓器傳壓導管I與上感壓器連接，U形水銀槽I 右側(cè)水銀柱I管通過下感壓器傳壓導管與下感壓器連接，在上感壓器傳壓導管內(nèi)充有傳壓介質(zhì)I，在下感壓器傳壓導管內(nèi)充有傳壓介質(zhì)II，在左側(cè)水銀柱I和右側(cè)水銀柱I的外壁上分別設置有上感壓器側(cè)電容電極和下感壓器側(cè)電容電極；在U形水銀槽I的下部設置有連接水銀的電極I，U形水銀槽I內(nèi)的底部還設置有兩側(cè)水銀柱通斷閥I ；上感壓器側(cè)電容電極、下感壓器側(cè)電容電極、連接水銀的電極I分別與電容差值轉(zhuǎn)換電路連接；電容差值轉(zhuǎn)換電路與數(shù)字化和傳輸電路、井下傳輸電纜、地面記錄設備依次連接。所述的上感壓器側(cè)電容電極和下感壓器側(cè)電容電極的長度相同。所述的傳壓介質(zhì)I和傳壓介質(zhì)II采用絕緣油。所述的U形水銀槽I的左側(cè)水銀柱I管壁和右側(cè)水銀柱管壁采用絕緣材料制成， 水銀柱管的內(nèi)徑為3mm 6mm，水銀柱管的壁厚為Imm 3mm。所述的上感壓器側(cè)電容電極和下感壓器側(cè)電容電極的長度均為5cm 10cm。本發(fā)明的一種井下流體密度測量裝置的第二種結(jié)構(gòu)與上述測量裝置基本相同，不同之處是，所述的上感壓器側(cè)電容電極和下感壓器側(cè)電容電極分別替換為上感壓器側(cè)電阻電極和下感壓器側(cè)電阻電極，在U形水銀槽II的左側(cè)水銀柱II和右側(cè)水銀柱II的上部分別設置有上感壓器側(cè)電阻電極和下感壓器側(cè)電阻電極，上感壓器側(cè)電阻電極和下感壓器側(cè)電阻電極分別與傳壓介質(zhì)III、傳壓介質(zhì)IV相接觸。所述的傳壓介質(zhì)III、傳壓介質(zhì)IV分別采用導電電解質(zhì)溶液。所述的U形水銀槽II的左側(cè)水銀柱II和右側(cè)水銀柱II的管壁均采用絕緣材料制成，其內(nèi)徑為3mm 6mm。本發(fā)明在第二結(jié)構(gòu)中要再設置一個用作溫度影響修正的電解質(zhì)電阻率測量柱。本發(fā)明提出的井下流體密度測量裝置具有以下優(yōu)點1.和放射性密度計相比， 可省去儀器內(nèi)的放射源，減少了儀器安置和運輸?shù)睦щy，提高了安全性。2.和國外(美國 SONDEX公司FDD003形)采用的壓差式流體密度計相比具有以下特點①薄膜變形原理的傳感器，因井下的工作壓力值比測量的最大壓差值高出一萬倍以上，所以傳感器的薄膜易損壞。而水銀柱壓力平衡式傳感器的變形元件是水銀。它不易損壞，有利于提高其可靠性和工作壽命。②柱壓力平衡式傳感器和國外采用的精密彈性薄膜傳感器相比，制造工藝要求較低，易于生產(chǎn)和推廣作用。


圖1是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置的原理圖。圖2是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置第一實施例的剖面示意圖。圖3是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置第一實施例的測量電路框圖。圖4是本發(fā)明的第二實施例的剖面示意圖。圖5是本發(fā)明的第二實施例中電解質(zhì)電阻率測量柱的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖中，1.上感壓器 2.上感壓器傳壓導管 3.傳壓介質(zhì)I 4.下感壓器 5.下感壓器傳壓導管 6.傳壓介質(zhì)II 8.左側(cè)水銀柱I 9.右側(cè)水銀柱I 11.上感壓器側(cè)電容電極 12.下感壓器側(cè)電容電極 13.連接水銀的電極 I 14.兩側(cè)水銀柱通斷閥I 18.左側(cè)水銀柱II 19.右側(cè)水銀柱II 21.電容差值轉(zhuǎn)換電路 22.數(shù)字化和傳輸電路 23.井下傳輸電纜 24.地面記錄設備 31.上感壓器側(cè)電阻電極 32.下感壓器側(cè)電阻電極 33.電解質(zhì)電阻率測量上電極 34.電解質(zhì)電阻率測量柱 35.電解質(zhì)電阻率測量下電極 36.傳壓介質(zhì) IV 37.傳壓介質(zhì)III 43.連接水銀的電極II 44兩側(cè)水銀柱通斷閥II 15. U形水銀槽I 16. U形水銀槽II。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對發(fā)明做進一步詳細描述。圖1是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置的原理圖。圖1中，本發(fā)明的井下流體密度測量裝置的工作原理是，水銀柱壓力平衡傳感器部分的上感壓器1通過上感壓器傳壓導管2和上感壓器傳壓介質(zhì)I 3，將壓力傳送至下方水銀槽組件中的U形水銀槽左側(cè)水銀柱 I 8上表面。下感壓器4通過下感壓器傳壓導管5和下感壓器傳壓介質(zhì)II 6將壓力傳送至下方水銀槽組件中的U形水銀槽的右側(cè)水銀柱I 9上表面。兩個感壓口間的壓差變化將引起U形水銀槽兩側(cè)水銀柱高度的相應變化。測量出兩側(cè)水銀柱的高度差，就可直接計算出兩側(cè)測壓口間的壓差值。儀器處于垂直位置時，從U形水銀槽內(nèi)部壓力平衡看有下式
AP=AH ·ρ(介)*g + M寒瘋.水f艮) g-Μ Mfr)*g..........①式中:ΔΡ 上下兩感壓口的壓力差。Δ H:上下兩感壓口的高度差。Ah 上感壓器側(cè)水銀柱表面與下感壓器側(cè)水銀柱表面的差值。P (介)兩側(cè)傳壓介質(zhì)的密度。P (水銀)水銀的密度。g 重力加速度
由于上、下感壓器間的壓差值是由井內(nèi)流體密度在重力作用下產(chǎn)生的，有以下平衡
式
￡xP = AH */5(1 體)*g ........②
式中P (流體)為井內(nèi)被測流體密度。由①、②兩式解得
夕疏體(介)+ Δ^^^ρ(水銀)—ρ (介))...........③
在一支測量儀器中，P (介)、P (水銀)、DH都是已知的，測量出水銀柱的高差Ah，就可得到井內(nèi)流體的密度。圖1中，上下兩個感壓器的功能是將井內(nèi)流體的壓力直接傳遞到感壓器內(nèi)部的傳壓介質(zhì)上，感壓器外殼由橡膠薄膜或塑料薄膜構(gòu)成，薄膜厚度在0. 05至0. 2毫米之間。要求感壓器體積的變形量大(大于1立方厘米)，而內(nèi)外壓差盡量小(小于O.OOOlMPa)。兩個感壓器通過儀器外殼的開孔和外部的井內(nèi)流體直接接觸，上、下兩感壓器的安裝距離ΔΗ和密度測量的靈敏度有關，一般選為0. 3至1米。傳壓導管材料的選擇與測量裝置的設置有關，也可使用金屬導管，電阻測量應采用絕緣導管。傳壓介質(zhì)的選擇也和測量裝置的設置有關。實施例1
圖2是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置第一實施例的剖面示意圖。圖3是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置的測量電路框圖。在圖2、圖3中，本發(fā)明本發(fā)明的一種井下流體密度測量裝置，包括水銀槽組件、傳壓導管、感壓器；所述的水銀槽組件含有U形水銀槽I 15、 電極，在U形水銀槽I 15中注有水銀；U形水銀槽I 15的左側(cè)水銀柱I 8管通過上感壓器傳壓導管I 2與上感壓器1連接，U形水銀槽I 15右側(cè)水銀柱I 9管通過下感壓器傳壓導管5與下感壓器4連接，在上感壓器傳壓導管2內(nèi)充有傳壓介質(zhì)13，在下感壓器傳壓導管5 內(nèi)充有傳壓介質(zhì)Π6，在左側(cè)水銀柱I 8和右側(cè)水銀柱I 9的外壁上分別設置有上感壓器側(cè)電容電極11和下感壓器側(cè)電容電極12 ；在U形水銀槽I 15的下部設置有連接水銀的電極I 13，U形水銀槽I 15內(nèi)的底部還設置有兩側(cè)水銀柱通斷閥I 14;上感壓器側(cè)電容電極 11、下感壓器側(cè)電容電極12、連接水銀的電極I 13分別與電容差值轉(zhuǎn)換電路21連接；電容差值轉(zhuǎn)換電路21與數(shù)字化和傳輸電路22、井下傳輸電纜23、地面記錄設備M依次連接。所述的上感壓器側(cè)電容電極11和下感壓器側(cè)電容電極12的長度相同，均為6mm。所述的傳壓介質(zhì)13和傳壓介質(zhì)116采用絕緣油。所述的U形水銀槽I 15的左側(cè)水銀柱I 8管壁和右側(cè)水銀柱I 9管壁采用絕緣材料制成，水銀柱管的內(nèi)徑為4mm，水銀柱管的壁厚為2mm。圖2中，U形水銀槽I 15殼體由耐高溫的絕緣材料構(gòu)成，傳壓介質(zhì)采用絕緣油。兩側(cè)水銀柱外壁為圓柱形絕緣體，外部套入上感壓側(cè)電容圓柱形金屬套作為外電極，即上感壓器側(cè)電容電極11和下感壓器側(cè)電容電極12，水銀柱為內(nèi)電極。左側(cè)水銀柱的高度可通過上感壓器側(cè)電容電極11與連接水銀的電極I 13之間的電容值來測量。右側(cè)水銀柱的高度可通過下感壓器側(cè)電容電極12與連接水銀的電極I 13之間的電容值來測量。上感壓器側(cè)電容電極11和下感壓器側(cè)電容電極12等長，其長度由流體密度測量的范圍和上、下感壓器的間距ΔΗ來決定，一般在5至10厘米之間。由于在整個流體密度測量范圍內(nèi)(通常0-1. 3克/ cm3)下傳感器側(cè)的水銀柱液面高度平均高于上傳感器側(cè)的水銀柱液面，所以下感壓器側(cè)電容電極12可高于上感壓器側(cè)電容電極11安裝，適當提高0 至3厘米。連接水銀的電極I 13安裝在U形水銀槽I的側(cè)下方或底部。U形水銀槽I 15的底部還裝有兩側(cè)水銀柱通斷閥I 14。測量時兩側(cè)水銀連通為一體。在儀器水平放置前以及交通運輸中都應關閉該閥，以防止兩側(cè)傳壓介質(zhì)相互間的流動。圖3是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置第一實施例的測量電路框圖。如圖3所示。 U形水銀槽I 15兩側(cè)圓柱形電容的差值由電容差值轉(zhuǎn)換電路21轉(zhuǎn)換為電壓值，再經(jīng)數(shù)字化和傳輸電路22、井下傳輸電纜23送至地面記錄設備M。該部分電路也可設計為井下數(shù)據(jù)存儲，后期地面讀取式。圖2中的兩個圓柱形外電極和作為同軸電極的上感壓器側(cè)電容電極11、下感壓器側(cè)電容電極12水銀柱構(gòu)成兩個同軸電容，其電容量和水銀柱在電極內(nèi)的有效高度成正比， 因而兩個電容的差值可線性的反映井內(nèi)流體密度的變化。為了實現(xiàn)電容值的測量，作為同軸電極的上感壓器側(cè)電容電極11、下感壓器側(cè)電容電極12和連接水銀的電極13都必須在外部包上絕緣材料，使它們與井內(nèi)的流體相隔離。一個較好的解決方法是將整個U形水銀槽I安裝在一段充滿油的密封短節(jié)內(nèi)。實施例2
圖4是本發(fā)明的第二實施例的剖面示意圖。圖5是本發(fā)明的第二實施例中電解質(zhì)電阻率測量柱的結(jié)構(gòu)剖面圖。在圖4、圖5中，是本發(fā)明的井下流體密度測量裝置的第二種結(jié)構(gòu)， 本實施例與實施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，所述的上感壓器側(cè)電容電極11和下感壓器側(cè)電容電極12分別替換為上感壓器側(cè)電阻電極31和下感壓器側(cè)電阻電極32，在U形水銀槽II 16的左側(cè)水銀柱II 18和右側(cè)水銀柱II 19的上部分別設置有上感壓器側(cè)電阻電極31和下感壓器側(cè)電阻電極32，上感壓器側(cè)電阻電極31和下感壓器側(cè)電阻電極32分別與傳壓介質(zhì)III 37、傳壓介質(zhì)IV 36相接觸。所述的傳壓介質(zhì)III 37、傳壓介質(zhì)IV 36分別采用導電解質(zhì)溶液。所述的U形水銀槽II 16的左側(cè)水銀柱II 18和右側(cè)水銀柱II 19的管壁均采用絕緣材料制成，其內(nèi)徑為3mm。圖4、圖5中，U形水銀槽II 16整體仍由耐高溫絕緣材料組成，上方的傳壓介質(zhì) III 37傳壓介質(zhì)IV 36采用導電的電解質(zhì)溶液，在U形水銀槽II 16兩臂的上部設置兩個環(huán)形電極，其電極內(nèi)側(cè)和電解質(zhì)相接觸。在U形水銀槽II 16的下方設有連接水銀的電極II 43和兩側(cè)水銀柱通斷閥II 44。 水銀的電阻率比電解質(zhì)的電阻率低IO4倍以上，可以不計。測量上感壓器側(cè)電阻電極31與連接水銀的電極II 43之間的電阻R1，可確定左側(cè)水銀面的高度。測量下感壓器側(cè)電阻電極32與連接水銀的電極II 43之間的電阻R2，可確定右側(cè)水銀液面的高度。由于電解質(zhì)的電阻率變化受溫度的影響較大，再設置一個用作溫度影響修正的電解質(zhì)電阻率測量柱34， 電解質(zhì)電阻率測量柱34上設置有電解質(zhì)電阻率測量上電極33和電解質(zhì)電阻率測量下電極 35。測量電解質(zhì)電阻率測量上電極33和電解質(zhì)電阻率測量下電極35之間的電阻R3。同時測量Rl，R2, R3便可以確定左右兩側(cè)水銀面高度，計算出水銀柱面的高度差，從而得出井內(nèi)液體的密度值。本實施例的優(yōu)點是電阻值的測量電路較簡單，不易受外界干擾，工作可靠。 缺點是電解質(zhì)電阻率受溫度影響較大，數(shù)據(jù)處理中必須用電解質(zhì)電阻率測量柱34測量數(shù)據(jù)作修正。本實施例中電阻測量數(shù)據(jù)的獲取過程和實施例1相似，只是將電容值測量電路換做電阻值測量電路，同時加入了電解質(zhì)電阻率的測量和數(shù)據(jù)修正。圖4、圖5中所述電阻測量上感壓器側(cè)電阻電極31和下感壓器側(cè)電阻電極32的內(nèi)側(cè)是與電解質(zhì)溶液直接相接觸的。由于電解質(zhì)的電阻率隨溫度變化較大，因而要設置一支作為電阻率修正的電解質(zhì)電阻率測量柱34，同時測量后再作數(shù)據(jù)修正。由于電解質(zhì)的電阻率也和溶質(zhì)的濃度相關，所以本實施例中上感壓器的傳壓介質(zhì)IV 36、下感壓器的傳壓介質(zhì) III 37和電解質(zhì)電阻率測量柱34內(nèi)的介質(zhì)的濃度要保證一致。
權利要求
1.一種井下流體密度測量裝置，其特征在于，所述的測量裝置包括水銀槽組件、傳壓導管、感壓器；所述的水銀槽組件含有U形水銀槽I 15、電極，在U形水銀槽I中注有水銀； U形水銀槽I 15的左側(cè)水銀柱I (8)管通過上感壓器傳壓導管I (2)與上感壓器(1)連接，U形水銀槽I 15右側(cè)水銀柱I (9)管通過下感壓器傳壓導管(5)與下感壓器(4)連接， 在上感壓器傳壓導管(2)內(nèi)充有傳壓介質(zhì)I (3)，在下感壓器傳壓導管(5)內(nèi)充有傳壓介質(zhì) II (6)，在左側(cè)水銀柱I (8)和右側(cè)水銀柱I (9)的外壁上分別設置有上感壓器側(cè)電容電極(11)和下感壓器側(cè)電容電極(12)；在U形水銀槽I 15的下部設置有連接水銀的電極I (13)，U形水銀槽I 15內(nèi)的底部還設置有兩側(cè)水銀柱通斷閥I (14)；上感壓器側(cè)電容電極 (11)、下感壓器側(cè)電容電極(12)、連接水銀的電極I (13)分別與電容差值轉(zhuǎn)換電路(21)連接；電容差值轉(zhuǎn)換電路(21)與數(shù)字化和傳輸電路(22)、井下傳輸電纜(23)、地面記錄設備 (24)依次連接。
2.根據(jù)權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述的上感壓器側(cè)電容電極(11)和下感壓器側(cè)電容電極(12)的長度相同。
3.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的傳壓介質(zhì)I(3)和傳壓介質(zhì) II (6)采用絕緣油。
4.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的U形水銀槽I15的左側(cè)水銀柱I (8)管壁和右側(cè)水銀柱1(9)管壁采用絕緣材料制成，水銀柱管的內(nèi)徑為3mm 6mm， 水銀柱管的壁厚為Imm 3mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的上感壓器側(cè)電容電極(11)和下感壓器側(cè)電容電極(12)的長度均為5cm 10cm。
6.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的上感壓器側(cè)電容電極(11)和下感壓器側(cè)電容電極(12)分別替換為上感壓器側(cè)電阻電極(31)和下感壓器側(cè)電阻電極 (32)，在U形水銀槽II 16的左側(cè)水銀柱II (18)和右側(cè)水銀柱II (19)的上部分別設置有上感壓器側(cè)電阻電極(31)和下感壓器側(cè)電阻電極(32)，上感壓器側(cè)電阻電極(31)、下感壓器側(cè)電阻電極(32)分別與傳壓介質(zhì)111(37)、傳壓介質(zhì)IV (36)相接觸。
7.根據(jù)權利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述的傳壓介質(zhì)111(37)、傳壓介質(zhì)IV (36)分別采用導電電解質(zhì)溶液。
8.根據(jù)權利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述的U形水銀槽II16的左側(cè)水銀柱II (18)和右側(cè)水銀柱II (19)的管壁均采用絕緣材料制成，其內(nèi)徑為3mm 6mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下流體密度測量裝置，所述的測量裝置中的U形水銀槽的左、右側(cè)水銀柱管通過上感壓器傳壓導管、下感壓器傳壓導管、下感壓器傳壓導管分別與上感壓器、下感壓器連接，在感壓器傳壓導管內(nèi)充有傳壓介質(zhì)在左右側(cè)水銀柱的外壁上分別設置有電容電極或電阻電極。U形水銀槽的下部設置有連接水銀的電極，U形水銀槽內(nèi)底部設置有兩側(cè)水銀柱通斷閥。本發(fā)明的測量裝置安全性高，不易損壞，有利于提高其可靠性和工作壽命。
文檔編號G01N9/26GK102435534SQ20111043444
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者劉黃瑩, 岑大剛, 涂高鵬, 秦犀, 辛宇亮, 高明武 申請人:四川省科學城久利電子有限責任公司