本發(fā)明涉及油田測井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于低產(chǎn)液水平井油氣水三相流累積式電導(dǎo)光纖流量計及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在油氣田開采過程中，準(zhǔn)確了解各油井原油、天然氣的產(chǎn)量，實時測量油井產(chǎn)出液中各組分的體積流量和流動速度，觀測地層儲油構(gòu)造的變化，這些都需要對油氣水多相流參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確地測量，因此研究油氣水多相流的基本規(guī)律以及準(zhǔn)確測量油氣水多相流流動參數(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

油井的油氣水三相產(chǎn)物中各相的流量是油田采油過程中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是監(jiān)測控制油井和油藏動態(tài)特性的主要依據(jù)。傳統(tǒng)油氣水三相流量測量的方法有渦輪流量測量方法與電磁流量測量方法。在進(jìn)行低產(chǎn)液水平井產(chǎn)出剖面測井時，由于油氣水各相的密度不同，產(chǎn)生流體的流型為分層流，在這種特殊情況下，傳統(tǒng)的方法不可避免產(chǎn)生以下問題：在低流量時，流體的速度不足以帶動渦輪，使得渦輪無法正常工作，并且渦輪易受沙卡影響，使得渦輪流量計穩(wěn)定性差；電磁流量測量方法是把導(dǎo)電液體看成導(dǎo)體，流體的流動看成導(dǎo)體做切割磁力線運動，而在油氣水分層流特殊條件下，電磁流量計的電極之間可能出現(xiàn)非連續(xù)水相，使電極之間流體無法導(dǎo)電，電磁流量計則無法工作。國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)了一些關(guān)于測量油氣水三相流量的發(fā)明專利。例如，“油氣水三相流量連續(xù)計量系統(tǒng)”(cn200410018335.2)和“油氣藏水平井動態(tài)模擬多功能實驗裝置”(cn201410006574.x)等都是對模擬水平井的油氣水三相流量進(jìn)行測量，由于這些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜而不能用到井下，并且這些裝置不能對油氣水各相流量進(jìn)行測量。因此，為測量低產(chǎn)液水平井分層流條件下的油、氣流量，本發(fā)明設(shè)計一種用于低產(chǎn)液水平井油氣水三相流累積式電導(dǎo)光纖流量計及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理、操作簡單、測量方便的低產(chǎn)液水平井油氣水三相流累積式電導(dǎo)光纖流量計及系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述流量計主要包括可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體、密封連接短接、前端連接頭和外殼，所述可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體與密封連接短接進(jìn)行密封連接，密封連接短接的另一端與電路筒連接，電路筒的另一端與前端連接頭進(jìn)行連接，可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體、密封連接短接、前端連接頭統(tǒng)一封裝在外殼內(nèi)部；所述可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體的左側(cè)底部設(shè)有進(jìn)液口、中部外壁套接密封圈、右側(cè)底部設(shè)有出液口；在外殼上對應(yīng)可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體的位置處開設(shè)一個總出液口；在密封連接短接上與可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體連接部分的管壁橫截面上垂直鑲嵌n個陣列電導(dǎo)探針和n個陣列光纖探針，密封連接短接側(cè)壁上有四個環(huán)形凹槽，凹槽中設(shè)有密封圈；所述電路筒內(nèi)部設(shè)有電路系統(tǒng)和方位傳感器。

進(jìn)一步的，所述n個陣列電導(dǎo)探針和n個陣列光纖探針按照平行方式進(jìn)行設(shè)置，敏感區(qū)域均在可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體內(nèi)，n個陣列電導(dǎo)探針與n個光纖探針的排列方向與可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體的進(jìn)液口與出液口方向相互垂直；n個陣列電導(dǎo)探針和n個光纖探針與外殼之間的環(huán)形空間內(nèi)鑲嵌耐溫耐壓耐酸堿腐蝕的陶瓷；n個陣列電導(dǎo)探針的陶瓷外部套接金屬套管。

進(jìn)一步的，所述n個陣列光纖探針采用藍(lán)寶石光纖探針。

本發(fā)明所述的測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)還包括多路程控開關(guān)電路、電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)、光纖傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)、曼徹斯特碼傳輸模塊及上位機(jī)；所述多路程控開關(guān)電路連接探針與驅(qū)動電路；所述電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)包括壓控交流恒流源、差分放大電路、交直流轉(zhuǎn)換電路及壓頻轉(zhuǎn)換電路；所述光纖傳感器電路系統(tǒng)包括光源驅(qū)動電路、光電檢測電路、運算放大電路及濾波整形電路。

工作過程大致如下：

采用陣列電導(dǎo)光纖探針與驅(qū)動電路系統(tǒng)相結(jié)合的方式，在低產(chǎn)液水平井油氣水分層流條件下，流體通過集流器進(jìn)入測井儀器內(nèi)的可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體，由于流體流量小，流速低，氣的密度最小，油的密度次之，水的密度最大，一定時間內(nèi)流體會發(fā)生油氣水分離，即最上層為氣相，中間為油相，下層為水相，且隨著時間的推移，當(dāng)油氣水混合流體進(jìn)入腔體內(nèi)后，氣相與油相將會逐漸累積到可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體內(nèi)，利用該系統(tǒng)分時依次獲取n個電導(dǎo)探針及n個光纖探針在腔體內(nèi)不同高度位置對應(yīng)的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)值的變化特性確定可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體中油的液面高度與氣的累積高度，進(jìn)而計算油相與氣相在腔體的累積量及累積時間即為油流量與氣流量，從而實現(xiàn)對低產(chǎn)液水平井油氣水分層流條件下的油、氣流量的有效測量。當(dāng)測量結(jié)束后，

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、采用陣列電導(dǎo)光纖探針與驅(qū)動電路系統(tǒng)相結(jié)合，分時依次獲取n個電導(dǎo)探針及n個光纖探針在腔體內(nèi)不同高度位置對應(yīng)的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)值的變化特性確定油相與氣相在腔體的累積量及累積時間即為油流量與氣流量，從而實現(xiàn)對低產(chǎn)液水平井油氣水分層流條件下的油、氣流量的有效測量。

2、利用方位傳感器，將可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體旋轉(zhuǎn)180度，使得油、氣全部通過總出液口流出，便于油、氣流量的重復(fù)測量。

3、流量計及系統(tǒng)效果顯著、操作及使用方便且實用性強(qiáng)，實現(xiàn)了對油、氣流量的有效測量，適用于低產(chǎn)液水平井。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中陣列電導(dǎo)光纖探針排列分布截面圖。

圖3為本發(fā)明中電導(dǎo)探針剖面圖。

圖4為本發(fā)明中光纖探針剖面圖。

圖5為本發(fā)明測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號：1-可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體，2-電導(dǎo)探針，3-光纖探針，4-密封連接短接，5-電路筒，6-前端連接頭，7-外殼，8-進(jìn)液口，9-出液口，10-密封圈，11-凹槽，12-總出液口，13-陶瓷，14-金屬套管，15-多路程控開關(guān)電路，16-電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)，17-光纖傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)，18-曼徹斯特碼傳輸模塊，19-上位機(jī)，20-壓控交流恒流源，21-差分放大電路，22-交直流轉(zhuǎn)換電路，23-壓頻轉(zhuǎn)換電路，24-光源驅(qū)動電路，25-光電檢測電路，26-運算放大電路，27-濾波整形電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

實施例1：如圖1所示，本發(fā)明所述流量計主要分為四個部分及封裝外殼，包括可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1、與可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1連接的密封連接短接4、與密封連接短接4連接的電路筒5、與電路筒5連接的儀器前端連接頭6及統(tǒng)一封裝各短接的儀器外殼7。所述可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1，在其底部設(shè)有進(jìn)液口8和出液口9，水平排列分布，使得油氣水三相流體通過進(jìn)液口8進(jìn)入可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1，油相與氣相累積在可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1內(nèi)，水相在出液口9流出。所述可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1的中間部分與儀器外殼6之間的環(huán)形空間用密封圈10密封，防止流體通過，以保證流體全部流入可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1。所述密封連接短接4，在與可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1連接部分的管壁橫截面上垂直鑲嵌13個陣列電導(dǎo)探針2與13個陣列光纖探針3，另一側(cè)與電路筒5相連。所述13個陣列電導(dǎo)探針2與13個陣列光纖探針3，其中，7個電導(dǎo)探針2與7個光纖探針3垂直鑲嵌在管壁橫截面的中間部分，其它6個電導(dǎo)探針2與6個光纖探針3分布在兩側(cè)，陣列電導(dǎo)光纖探針的排列分布圖如圖2所示，探針的敏感區(qū)域位于可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1內(nèi)，便于實時測量可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1中油的液面高度與氣的累積高度，所述13個陣列電導(dǎo)探針2與13個陣列光纖探針3的排列方向與可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1的進(jìn)液口8與出液口9的方向相互垂直。所述光纖探針3，采用藍(lán)寶石光纖探針。所述電路筒5，設(shè)有該流量計的電路系統(tǒng)。所述儀器外殼7，其位于可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1相同位置的儀器外殼7部分設(shè)有一個總出液口12。

為了提高準(zhǔn)確度、避免儀器外殼7內(nèi)的液體進(jìn)入密封連接短接4里，所述密封連接短接4，側(cè)壁上有四個環(huán)形凹槽11，凹槽11中分別設(shè)有密封圈10，其中密封圈10用于密封。

為了便于流量計的循環(huán)測量，所述電路筒5，設(shè)有方位傳感器，一方面使得該流量計進(jìn)入到水平井后，進(jìn)液口8與出液口9位于可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1的最底部；另一方面，當(dāng)油氣流量測量結(jié)束之后，此時油相與氣相充滿可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1無法流出，利用方位傳感器將可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1旋轉(zhuǎn)180度把油相與氣相放出，可控旋轉(zhuǎn)式累積腔體1內(nèi)的油相與氣相通過總出液口12流出，以便于重復(fù)測量。

為了保證13個陣列電導(dǎo)探針2與13個陣列光纖探針3的準(zhǔn)確測量，如圖3和圖4所示，在電導(dǎo)探針2和光纖探針3與外殼之間的環(huán)形空間內(nèi)鑲嵌耐溫耐壓耐酸堿腐蝕的陶瓷13，陶瓷13一方面起到與密封連接短接4密封的作用，另一方面起到與密封連接短接4絕緣的作用；電導(dǎo)探針2的陶瓷13外部套接金屬套管14，在電導(dǎo)探針2工作時，電導(dǎo)探針2作正極，金屬套管14作負(fù)極。

圖5為測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括用于低產(chǎn)液水平井油氣水三相流累積式電導(dǎo)光纖流量計，還包括多路程控開關(guān)電路15、電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)16、光纖傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)17、曼徹斯特碼傳輸模塊18及上位機(jī)19。所述電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)16，包括壓控交流恒流源20、差分放大電路21、交直流轉(zhuǎn)換電路22及壓頻轉(zhuǎn)換電路23。所述光纖傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)17，包括光源驅(qū)動電路24、光電檢測電路25、運算放大電路26及濾波整形電路27?？紤]到油井井下儀器工作空間的限制，本發(fā)明的陣列電導(dǎo)光纖流量計采用一套電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)16與一套光纖傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)17進(jìn)行串行供電工作，由于需要分時驅(qū)動各個探針傳感器進(jìn)行工作，因此在探針與驅(qū)動電路系統(tǒng)之間加入一個多路程控開關(guān)電路15，多路程控開關(guān)電路15由單片機(jī)和模擬開關(guān)組成，負(fù)責(zé)循環(huán)定時接通14個探針傳感器和驅(qū)動電路系統(tǒng)。對于電導(dǎo)傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)16，采用壓控交流恒流源20激勵電導(dǎo)探針2，接通之后的響應(yīng)信號將攜帶腔體內(nèi)被測區(qū)域流體流動信息，經(jīng)差分放大電路21、交直流轉(zhuǎn)換電路22及壓頻轉(zhuǎn)換電路23利用曼徹斯特碼傳輸模塊18傳輸至上位機(jī)19。對于光纖傳感器驅(qū)動電路系統(tǒng)17，利用光源驅(qū)動電路24驅(qū)動光纖探針3內(nèi)部的紅外光源發(fā)出功率恒定的光，再利用光電檢測電路25檢測經(jīng)藍(lán)寶石探頭反射回的光，并根據(jù)回光強(qiáng)度輸出幅值不等的電壓信號；將輸出的電壓信號經(jīng)運算放大電路26和濾波整形電路27利用曼徹斯特碼傳輸模塊18傳輸至上位機(jī)19。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。