用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器.pdf

本发明公开了一种用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器。该集流器的主体工作部分包括：油水集流通道2、气体分离出口3、气体分离通道4、集流伞5、气体分离入口6、浮子开关7、助力弹簧8、油水相集流入口9，结构上设计了气相分离腔、气体分离通道、控制气相分离的浮子开关和油水集流通道。该集流器使气相在可控条件下加以分离，变复杂的三相流为简单的两相流，使测量结果更加准确。

1、  一种用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器，包括上接头(15)，其特征在于：空心的上接头(15)上部有油水出口(1)，上接头(15)底部连接有集流伞(5)，上接头(15)内中部螺纹连接中管(17)，中管(17)的外部有外管(16)，外管(16)分别与上接头(15)及下接头(18)螺纹连接，中管(17)的下部与外管(16)螺纹连接，外管(16)与中管(17)之间有环形空间即气体分离通道(4)，外管(16)上方的上接头(15)壁上有与气体分离通道(4)相通的气体分离出口(3)，下接头(18)上方的外管(16)壁上有弹簧(8)，弹簧(8)上方有浮子(7)，浮子(7)对应的外管(16)壁上有与气体分离通道(4)相通的气体分离入口(6)，中管(17)下方的下接头(18)壁上有油水集流入口(9)，集流伞(5)的伞筋底部连接有集流器滑环(12)，集流器滑环(12)套在下接头(18)的下部，集流器滑环(12)与集流器驱动机构(13)相连接。

2、  根据权利要求1所述的用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器，其特征在于：集流伞(5)撑起，套管(14)内的截面空间被封闭，集流伞(5)下方的套管(14)内有气相分离腔(10)内、油相分离段(11)和水相分离段。

3、  根据权利要求1所述的用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器，其特征在于：中管(17)及外管(16)下部的空腔为油水集流通道(2)。

用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器
技术领域：
本发明专利是应用于油田测井领域，用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器。
背景技术：
油井产液剖面测量的目的是了解油井各产层的油水生产状态，对于油井而言，油田地质关心的是油井的产油和出水情况，油井的产量不包括气相。目前国内油井产液剖面测量主要采用的是集流测量方式，集流后油井套管内的流体进入集流测量通道，由于地层压强的降低，目前国内油井套管内的流体已经是油、气、水三相并存状态，由于气相与液相在物性方面的显著差异，油、气、水三相的流动状态极其复杂，目前各种以通过总流量测量和分相含率测量的技术方式均未能解决这一测量难题。现有的各种用于两相流测量的技术，由于油井内气相的存在，测量结果与实际偏差很大，有时测量甚至失去意义。
发明内容：
为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器，该集流器能够实现气相在可控条件下加以分离，测量结果准确。
本发明采用的技术方案是：该用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器包括上接头，空心的上接头上部有油水出口，上接头底部连接有集流伞，上接头内中部螺纹连接中管，中管的外部有外管，外管分别与上接头及下接头螺纹连接，中管的下部与外管螺纹连接，外管与中管之间有环形空间即气体分离通道，外管上方的上接头壁上有与气体分离通道相通的气体分离出口，下接头上方的外管壁上有弹簧，弹簧上方有浮子，浮子对应的外管壁上有与气体分离通道相通的气体分离入口，集流伞的伞筋底部连接有集流器滑环，集流器滑环套在下接头的下部，集流器滑环与集流器驱动机构相连接。
上述的集流伞撑起，套管内的截面空间被封闭，集流伞下方的套管内有气相分离腔内、油相分离段和水相分离段；中管及外管下部的空腔为油水集流通道。
本发明具有如下有益效果：本装置在现有集流器(专利号为：94222766.2)的基础上通过在结构上设计了气相分离腔、气体分离通道、控制气相分离的浮子开关和油水集流通道，使气相在可控条件下加以分离，可以用于油井油、气、水三相流的测量技术，变复杂的三相流为简单的两相流。该集流器在流体进入集流测量通道前将气相分离出去，并且气相的分离是自动完成，油水两相流量不受气相分离的影响，那么在集流测量通道内的流体将成为两相流状态，现有的各种用于两相流测量的技术便可以用于油井油、气、水三相流的测量，变复杂的三相流为简单的两相流，从而解决一直困扰油井产液剖面测量的难题。用于油井多相流测量的可自动控制气体分离型集流器就是通过集器流结构的设计，使气相在可控状态下加以分离，使其不进入集流测量通道，完成仅对油水两相的测量，使测量结果准确。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图；
附图2气液两项实验效果曲线图。
图中：1-油水出口，2-油水集流通道，3-气体分离出口，4-气体分离通道，5-集流伞，6-气体分离入口，7-浮子，8-弹簧，9-油水集流入口，10-气相分离腔，11-油相分离段，12-集流器滑环，13-集流器驱动机构，14-套管，15-上接头，16-外管，17-中管，18-下接头。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
用于油井产出剖面测量的可自动控制气体分离型集流器包括上接头15，空心的上接头15上部有油水出口1，被测量的油水两相由油水出口1流出，上接头15底部连接有集流伞5，上接头15内中部螺纹连接中管17，中管17及外管16下部的空腔为油水集流通道2。中管17的外部有外管16，外管16分别与上接头15及下接头18螺纹连接，中管17的下部与外管16螺纹连接，外管16与中管17之间有环形空间即气体分离通道4，外管16上方的上接头15壁上有与气体分离通道4相通的气体分离出口3，被分离的气体由气体分离入口6进入，经气体分离通道4由气体分离出口3流出，下接头18上方的外管16壁上有弹簧8，弹簧8上方有浮子7，弹簧8能够助力浮子7上移，浮子7对应的外管16壁上有与气体分离通道4相通的气体分离入口6，集流伞5的伞筋底部连接有集流器滑环12，集流器滑环12套在下接头18的下部，集流器滑环12与集流器驱动机构13相连接。
集流器工作时，在集流器驱动机构13的作用下，集流器滑环12带动集流伞筋，集流伞5撑起，套管14内的截面空间被封闭，向上流动的油、气、水三相在集流伞下方汇聚，由于密度差异，开始重力分离，气相处于最上方的气相分离腔10内，向下依次为油相分离段11和水相分离段。
本发明实现自动控制气体分离依据的原理有两个，一个是U型管效应，另一个是封闭气腔内的各点压强相等。此结构U形管效应构成如下：气体分离入口6内的压强通过气体分离通道4-气体分离出口3-套管-油水出口1-油水集流通道2-油水集流入口9-套管与气体分离入口6外的压强相连通。当气相分离腔内有气体分离后，腔内的各点压强均与气-油分离界面处的压强相同。当气-油分离界面低于气体分离入口6下方设定位置时，由于U型管效应，浮子所受到的浮力和弹簧的弹力低于气体分离入口6内外压强差时，浮子开关3开启，气相分离腔内的气相将通过气体分离入口6进入环形气体分离通道4，由气体分离出口3流回套管内；处于下方的油水相将由油水集流入口9进入油水集流通道2，由油水出口1流回套管14内。相反，当气-油分离界面接近气体分离入口6下方设定位置时，由于U型管效应，浮子所受到的浮力和弹簧的弹力高于气体分离入口6内外压强差时，浮子开关3关闭，完成自动气体分离和油水分离进入集流测量通道过程。
浮子开关开启的条件由下式决定：
P1S-P2S＞F1+F2-G
其中，P1是气体分离入口内部的压强；P2是气体分离入口外部浮子开关所受的压强；S是气体分离入口截面积；F1是浮子开关关闭时弹簧的初始弹力；F2是浮子受到的浮力；G是浮子的重力。因此，当忽略油水在集流入口、油水出口和集流通道内的压强损失后，浮子开关的开启由气相分离腔的垂直高度、气体分离通道内初始液体密度、助力弹簧参数和浮子材料及体积决定。
集流器是伞式集流器；集流器外径28mm；油水集流通道内径12mm；气体分离通道为内径16mm-外径14mm环形；浮子材料是氟4；气相分离腔垂直高度是60mm；气体分离入口截面积4mm²。图2是集流器连接涡轮流量计后在气液两相中的实验效果。图的横坐标是气相流量，纵坐标是涡轮响应值，液相流量分别固定为10、12.3和15立方米每天。通过观察可知，在气流量为零时，气体分离出口没有液相流出，说明浮子开关封闭了气体分离入口；当气流量不断变化时，油水出口没有气相流出，而气体分离出口有气相流出，同时涡轮流量计输出保持相对稳定。该实验效果证明，用于油井多相流测量的可自动控制气体分离型集流器能够实现气相在可控条件下加以分离。
集流器驱动机构。