CN106499387B

CN106499387B - 一种主动式持水率测量装置

Info

Publication number: CN106499387B
Application number: CN201611189523.0A
Authority: CN
Inventors: 戴家才; 秦昊; 邓仁双; 李康; 朱绍武
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: CN106499387A

Abstract

本发明公开了一种主动式持水率测量装置，包括包括全井眼流量计、旋转组件、中心持水率计、温度压力传感器、磁定位、马龙头；所述旋转组件包括旋转组件A和旋转组件B，所述全井眼流量计上方依次安装连接有旋转组件A、中心持水率计、旋转组件B、压力传感器、磁定位、马龙头；其中，中心持水率计上下分别连接的旋转组件A和旋转组件B，所述旋转组件A与旋转组件B结构相同，其安装方向相反；所述旋转组件上设有旋转叶片。本发明通过旋转叶片，采用旋转混合的方法使井筒中心部位处的流体进行混合，提高测量精度，并且通过结构设计使装置能同时满足上下行测量，且更容易下井。

Description

一种主动式持水率测量装置

技术领域

本装置涉及井下测量技术领域，特别涉及一种测量井下产液剖面的持水率的装置。

背景技术

目前测量油井产液剖面的持水率仪器的方法很多，使用最广是电容法持水率计和放射性密度计。电容法持水率计是通过测量混合流体的电容值得到持水率。电容法持水率计的取样室可等价为一个同轴圆柱形电容器，油气水混合物是电介质，当油与水的含量不同时，同轴电容器的电容相应地改变，因此可以通过测量电容值得到持水率。

在垂直井中，每个产层生产状况不同，并且流体之间存在滑脱效应，致使多相流体混合不均匀。同时在低产水平井、大角度斜井段，由于重力分异作用，轻质相和重质相产生分离，油、水两相呈现水在下油在上的层流流动。而在电容法持水率测井中，测井关键部分是要求各相流体均匀混合。因此常规的单探头持水率方法在这种井况下有一定的局限性。单探头持水率仪器和密度测量仪器的测量要求测量探头居中，这必然要求被测流体在仪器附近均匀混合。在垂直井中，当井筒内各相流体分布不均时，其测量结果有很大的偏差。在水平井内，由于流体分层，单个探头有可能完全置于多相流中某一相之内，测量结果准确率小于50％。因此单探头持率测量时，探头位于水界面之下，测量数据100％为水，测试结果严重错误。

为提高测量精度，目前用于获得各射孔层产量的方法是用被动测量的方式进行持率测量(即根据流型特点，被动的增加探头数目和分布位置)。采用被动增加测量探头的方式进行测量，即阵列持水率仪。即在仪器轴向均布3(或4、6、8)个探头进行多探头持率测量。

阵列持率多用于水平井内，该仪器测量准确率大于单探头仪器，但价格昂贵，测量成本高。多探头持率测量准确率和适用范围都优于单探头测量，但在存在以下问题：

1)、多探头测量虽然可以提高测量的准确率，但此时的准确率只是相对于单探头而言。

2)、对井底各射孔层的产量进行了测量，但由于受测井环境的影响，流量测井资料偏离实际情况。

3)、由于探头数目的增加，造成井筒截面积变化，流体流速改变，导致流量测井结果偏离实际情况。

4)、仪器结构复杂，仪器更易发生故障。

5)、测井成本和资料解释成本上升。

放射性密度计是测量伽马射线与采样道内流体发生康普顿效应散射出光子的计数率来确定流体密度，进而计算持水率。放射性密度计的不足是取样范围小。仅测中心附近的流体密度，不代表平均密度。在流型变化较大、流体混合不均匀时，测量密度与平均密度差别更大，在斜井和水平井中，尤其如此。

因此，电容法持水率测井和放射性密度计测井的关键点是要求测量探头附近的流体均匀混合。针对上述问题，国内外部分专家提出采用在单探头前设置混合装置，如申请号为200720201536.5的中国专利《电容法持水率仪器旋转式探头》公开了一种涡轮搅拌器，但其针对的技术问题主要是小产量且含水率大于40％的井，其叶片结构复杂，在混合液体的同时会造成液体流动过于紊乱，对探头的使用寿命会造成损害。寻找一种能满足测量精度且同时保护测量装置的结构，对于解决上述问题有很大的意义。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出了一种主动式持水率测量装置及方法，采用旋转混合多相流体的方法提高仪器附近流体均匀混合程度，提高测量精度。

本发明的技术方案如下：

一种主动式持水率测量装置，包括全井眼流量计、旋转组件、中心持水率计、温度压力传感器、磁定位、马龙头；所述旋转组件包括旋转组件A和旋转组件B，所述全井眼流量计上方依次安装连接有旋转组件A、中心持水率计、旋转组件B、压力传感器、磁定位、马龙头；其中，中心持水率计上下分别连接的旋转组件A和旋转组件B，所述旋转组件A与旋转组件B结构相同，其安装方向相反；

所述旋转组件包括电机固定座、电机、减速机组、旋转轴、旋转叶片、旋转座、轴承、仪器连接件、旋转端轴承座、旋转端外壁、电机端轴承座、电机端外壁、弹簧、旋转端轴承座、信号线；所述电机固定在电机固定座上，电机上方连接减速机组，旋转轴下方连接减速机组；旋转轴为中空结构，其中部设有轴肩，电机端轴承座套设在旋转轴上，通过设置在旋转轴下方设置1#螺母，将电机端轴承座抵紧在轴肩下方，通过在旋转轴上方设置2#螺母，将旋转端轴承座抵紧在轴肩下方；电机端轴承座外侧设有电机端外壁，电机端外壁下端与电机固定座连接；旋转端轴承座套设在旋转轴上，通过安装在旋转端轴承座内侧的2#角接触球轴承与旋转轴相互转动，旋转端轴承座外侧设有旋转端外壁，旋转端外壁上端连接仪器连接件，所述仪器连接件为中空结构，上端设有自内而外的台阶，仪器连接件外侧套设有弹簧，弹簧上端抵紧台阶，下端安装有轴承；

所述轴承内壁与仪器连接件外壁为过孔配合，轴承在仪器连接件外壁可上下滑动，轴承外侧设有旋转座，旋转座连接旋转叶片上部，旋转叶片下部连接旋转轴台阶外侧；所述旋转叶片为中部向外的弧形金属杆；

所述旋转轴上方和下方分别安装有上滑环和下滑环，所述信号线分为导线、1#传输线、2#传输线，电机固定座上设有小孔，1#传输线从电机固定座的小孔穿过，到达下滑环后，通过下滑环转接到导线，再穿过旋转轴的中空部分到达上滑环，通过上滑环转接到2#传输线，然后穿过仪器连接件，向上连接到井口。

进一步的，所述电机端轴承座、旋转端轴承座上均设有密封槽，安装密封圈后，实现电机端外壁内外侧的密封。

进一步的，所述旋转轴的轴肩上下均设有密封槽，安装密封圈后，实现电机端外壁内外侧的密封。

进一步的，所述旋转叶片设有4个，轴向均布安装在旋转轴的轴肩和旋转座上。

进一步的，所述旋转组件A可单独安装使用，进行下行测量。

进一步的，所述旋转组件B可单独安装使用，进行上行测量。

本实用新的优点在于：

1、提出一种新型测量井下产液持水率的方式，采用多叶片旋转的方法使井筒中心部位处的流体进行混合，提高测量精度；

2、旋转座可以沿仪器连接件外侧轴向滑动，实现了旋转组件最大外径的调整，可以使仪器的直径更小，适用于小井筒环境；

3、同时配备使用旋转组件A和旋转组件B，可进行上行测量和下行测量；

4、本实用新型结构简单，拆卸方便，可根据不同套管尺寸选择旋转组件。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型旋转组件的结构示意图。

图中，1、电机固定座，2、电机，3、减速机组，4、1#传输线，5、电机端外壁，6、下滑环，7、导线，8、旋转轴，9、1#螺母，10、1#角接触球轴承，11、电机端轴承座，12、旋转端外壁，13、旋转端轴承座，14、2#角接触球轴承，15、2#螺母，16、上滑环，17、旋转叶片，18、旋转座，19、轴承，20、2#传输线，21、弹簧，22、仪器连接件，23、套管，24、全井眼流量计，25、旋转组件A，26、中心持水率计，27、旋转组件B，28、温度压力传感器，29、磁定位，30、马龙头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种主动式持水率测量装置，由下到上依次连接安装全井眼流量计24、旋转组件A25、中心持水率计26、旋转组件B27、温度压力传感器28、磁定位29、马龙头30。

如图2所示，图2为旋转组件的结构示意图，其中包括所述旋转组件包括电机固定座1、电机2、减速机组3、旋转轴8、旋转叶片17、旋转座18、轴承19、仪器连接件22、旋转端轴承座13、旋转端外壁12、电机端轴承座11、电机端外壁5、弹簧21、旋转端轴承座13、导线7、1#传输线4、2#传输线20；所述电机2固定在电机固定座1上，电机2上方连接减速机组，旋转轴下方连接减速机组3；旋转轴8为中空结构，其中部设有轴肩，电机2端轴承座套设在旋转轴8上，通过在旋转轴8下方设置1#螺母9，将电机2端轴承座抵紧在轴肩下方，通过在旋转轴上方设置2#螺母15，将旋转端轴承座13抵紧在轴肩下方；电机2端轴承座外侧设有电机端外壁5，电机端外壁5下端与电机固定座1连接；旋转端轴承座13套设在旋转轴8上，通过旋紧在旋转轴8上方的2#螺母15抵紧在轴肩上方，通过安装在旋转端轴承座13内侧的2#角接触球轴承14与旋转轴8相互转动，旋转端轴承座13外侧设有旋转端外壁12，旋转端外壁12上端连接仪器连接件22，所述仪器连接件22为中空结构，上端设有自内而外的台阶，仪器连接件22外侧套设有弹簧21，弹簧21上端抵紧台阶，下端安装有轴承19；所述轴承19内壁与仪器连接件22外壁为过孔配合，轴承在仪器连接件22外壁可上下滑动，轴承外侧设有旋转座18，旋转座18连接旋转叶片17上部，旋转叶片17下部连接旋转轴8台阶外侧；所述旋转叶片17为中部向外的弧形金属杆，旋转叶片17共设有4个，轴向均布安装在旋转轴8的轴肩和旋转座18上；所述旋转轴8上方和下方分别安装有上滑环16和下滑环6，电机固定座1上设有小孔，1#传输线4从电机固定座1的小孔穿过，到达下滑环6后，通过下滑环6转接到导线7，再穿过旋转轴8的中空部分到达上滑环16，通过上滑环16转接到2#传输线20，然后穿过仪器连接件22，向上连接到井口，井口上设有对应的发动机，带动电机2运转。所述电机2端轴承座、旋转端轴承座13上均设有密封槽，安装密封圈后，实现电机端外壁5内外侧的密封；所述旋转轴8的轴肩上下均设有密封槽，安装密封圈后，实现电机端外壁5内外侧的密封。

根据需要，可以单独使用旋转组件A25和旋转组件B27，来进行上行测量和下行测量。

电机端外壁5和电机端轴承座11之间采用螺钉连接，使电机端外壁5实现轴向不移动，径向转动的目的；旋转端外壁12和旋转端轴承座13之间采用螺钉连接，使旋转端外壁12实现轴向不移动、径向转动的目的。

采用本实用新型进行测试的步骤如下：

下井步骤：一种主动式持水率测量装置与地面仪器用单芯电缆连接，将装置通过环空下井至套管23中，下井时旋转组件A25的旋转叶片17在通过油管环空时，因受到油套空间尺寸限制，旋转叶片17将会被压缩，压缩过程中，旋转叶片17受收到的径向挤压力将通过轴向变形传递到由轴承19和旋转座18所组成的滑块机构上，因此带动滑块机构做轴向移动，此时弹簧21被压缩，旋转组件A25顺利下井；当旋转组件A25顺利通油套环空空间之后，弹簧21的失去外力挤压，回弹力将滑块机构推到原始位置。

测试步骤：当本实用新型下井到达指定产液层后，开始给本装置通电，此时电机2及减速机组3旋转，并带动旋转组件A25旋转，先让电机2在指定位置运行1min之后，开始测量：

电机2旋转所受到的阻力F包括流体阻力F₁和密封圈阻力F₂

F＝F₁+F₂ (1)

式中：F₁—流体阻力，N；

C—阻力系数；

ρ—流体密度，Kg/m³；

ν—旋转叶片线速度，m/s；

S—垂直方向横截面积，m²；

F₂＝πDbμP_ci+πD²P_c/4 (3)

式中：F₂—密封圈阻力，N；

D—传动轴直径，mm；

b—密封圈接触面宽度，mm；

μ—滑动摩擦系数；

P_c—为密封圈摩擦面接触应力，可取测井环境压力，MPa；

i—为密封圈静动摩擦比。

因此，电机2及减速机组3的选择必须是电机2所提供的力矩大于阻力所带的力矩，才能保证该正常工作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种主动式持水率测量装置，其特征在于，包括全井眼流量计、旋转组件、中心持水率计、温度压力传感器、磁定位、马龙头；所述旋转组件包括旋转组件A和旋转组件B，所述全井眼流量计上方依次安装连接有旋转组件A、中心持水率计、旋转组件B、压力传感器、磁定位、马龙头；其中，中心持水率计上下分别连接的旋转组件A和旋转组件B，所述旋转组件A与旋转组件B结构相同，其安装方向相反；

2.根据权利要求1所述的一种主动式持水率测量装置，其特征在于，所述电机端轴承座、旋转端轴承座上均设有密封槽，安装密封圈后，实现电机端外壁内外侧的密封。

3.根据权利要求1所述的一种主动式持水率测量装置，其特征在于，所述旋转轴的轴肩上下均设有密封槽，安装密封圈后，实现电机端外壁内外侧的密封。

4.根据权利要求1所述的一种主动式持水率测量装置，其特征在于，所述旋转叶片设有4个，轴向均布安装在旋转轴的轴肩和旋转座上。

5.根据权利要求1～4中任一所述的一种主动式持水率测量装置，其特征在于，所述旋转组件A可单独安装使用，进行下行测量。

6.根据权利要求1～4中任一所述的一种主动式持水率测量装置，其特征在于，所述旋转组件B可单独安装使用，进行上行测量。