小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计.pdf

本发明是小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，涉及油田井下生产测试技术领域，用于井下分层注CO2流量测试。仪器分为两段，上部是测量段，下部是密封段。测量短节上部设线路板仓，下部设电缆道和内流道。内流道自上而下设进气孔、温度探头和压力探头、阻流体和旋涡探头；内流道的横截面呈近椭圆形；密封短节上同样设有电缆道和内流道且与测量短节的相通；密封短节的内流道下端设出气孔；密封短节下部设电机仓，电机固定在其顶部。电机驱动传动轮和螺纹套并带动挤压套压缩密封环空。由于在内流道内设置了温度与压力探头，采用了近椭圆形流道和全集流测试方式，提高了本发明流量计测量小流量CO2的测试精度。

1.  小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，测量短节（3）本体上部设线路板仓（2），线路板（32）安装在线路板仓（2）内，测量短节（3）本体下部于线路板仓（2）以下设平行轴向电缆道（30）和内流道（9），电缆（31）安装在电缆道（30）内，内流道（9）侧壁设置阻流体（7）和旋涡探头（8），其特征在于，内流道（9）上端设进气孔（4），在进气孔（4）和阻流体（7）之间于内流道（9）侧壁设置温度探头（5）和压力探头（6）；内流道（9）的横截面呈近椭圆形；密封短节（20）连接在测量短节（3）以下，密封短节（20）本体上同样设有平行轴向电缆道和内流道，且与测量短节（3）的电缆道（30）和内流道（9）相通；密封短节（20）的内流道下端设出气孔（22）；密封短节（20）本体下部设电机仓（40），电机（24）固定在电机仓（40）的顶部，电机（24）驱动传动轮（28），传动轮（28）设外螺纹，电机仓（40）侧壁设长条形导孔（26），电机仓（40）内设螺纹套（25），螺纹套（25）从内部密封导孔（26），螺纹套（25）设内螺纹并与传动轮（28）的外螺纹相配合；密封短节（20）外部设台阶并套有密封环（21），密封环（21）以下设挤压套（23）套在密封短节（20）外，挤压套（23）与螺纹套（25）通过连接筋（27）相固定。

2.  根据权利要求1所述的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，其特征在于，所述的内流道（9）的横截面有两条平行的边，两端呈半圆形。

3.  根据权利要求2所述的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，其特征在于，所述的内流道（9）的横截面的长宽比为2.0～2.8。

4.  根据权利要求1所述的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，其特征在于，在螺纹套（25）以上位置设有限位开关（41）。

5.  根据权利要求1所述的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，其特征在于，所述的密封环（21）的外径小于密封短节（20）外径。

小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计
技术领域
本发明涉及石油开采中使用的井下生产测试技术领域，特别是涉及一种小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计。
背景技术
二氧化碳（CO₂）驱已经成为国内外油田开发一种重要接替技术，它不但能提高油田采收率，还有利于CO2减排，保护环境，因此得到了各油田的重视和应用。目前井下注CO₂都是采用的多油层合注工艺。由于油藏的非均质性，地质学家提出了分层注气的要求。对于多薄油层的分注来说，各层的配注量可能很小。CO2在井下处于超临界状态，其粘度接近气体的粘度。小流量和低粘度给井下分层测试带来了困难。
可以借鉴的测试技术是井下分层注水技术中使用的测试流量计。井下分层注水测试多使用电磁式流量计，由于CO₂和水的导电特性不同，电磁式流量计不能用于测量CO₂的流量。
也有使用井下涡街流量计进行分层注水测试的。中国专利局2007年12月26日授权了一种“小排量集流井下涡街流量计”，其专利申请日是2006年12月21日，专利申请号是200620166863.7，该专利公开的流量计是在本体上设置两个通道，水从其中一个通道流过进行测试。该技术若用于测试超临界CO₂的流量会存在三个问题：一是，涡街流量计的测试探头测得的是流体的流速，需要经过结合密封计算才能得到流体的质量流量或标况气体流量，但超临界二氧化碳的密度受温度和压力的影响变化很大，如果没有在流量测试探头附近获得准确的温度和压力，就不能测得准确的CO₂流量。二是，涡街流量计的流道的横截面一般是圆形的，这种形状的流道用于测量较低流量（如0.2吨/小时）的超临界二氧化碳时，其阻流体产生的旋涡很弱，测试探头难以测到信号。三是，集流流量计在测试时需要有密封件密封流量计本体与流道的环空，如果仅使用密封圈来密封，密封圈下下井的过程中很容易被损伤。
发明内容
为解决上述技术问题，发明了小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，该发明的流量计能够实现准确测量井下小流量超临界CO₂，并能提高测试成功率。
本发明采用了如下的技术方案：
小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，测量短节本体上部设线路板仓，线路板安装在线路板仓内，测量短节本体下部于线路板仓以下设平行轴向电缆道和内流道，电缆安装在电缆道内，内流道侧壁设置阻流体和旋涡探头，内流道上端设进气孔，在进气孔和阻流体之间于内流道侧壁设置温度探头和压力探头；内流道的横截面呈近椭圆形；密封短节连接在测量短节以下，密封短节本体上同样设有平行轴向电缆道和内流道，且与测量短节的电缆道和内流道相通；密封短节的内流道下端设出气孔；密封短节本体下部设电机仓，电机固定在电机仓的顶部，电机驱动传动轮，传动轮设外螺纹，电机仓侧壁设长条形导孔，电机仓内设螺纹套，螺纹套从内部密封导孔，螺纹套设内螺纹并与传动轮的外螺纹相配合；密封短节外部设台阶并套有密封环，密封环以下设挤压套套在密封短节外，挤压套与螺纹套通过连接筋相固定。
优选实施例，内流道的横截面有两条平行的边，两端呈半圆形，横截面的长宽比为2.0～2.8。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面，由于采用了横截面为近椭圆形的特殊流道，使得涡街旋涡发生体产生的旋涡信号增强，更有利于小流量CO₂的测量。另一方面，在本发明的流量计的外周设置了密封环，实现了集流测试，也就是所有的CO₂流量都是经过了内流道向下流动，较外流式、非集流式的测试方法来讲，本发明从流动方式上加强了小流量的CO₂测量。第三，在内流道于旋涡探头附近设置压力与温度探头，是在旋涡探头最近的距离上测得的流经旋涡探头的CO₂的温度和压力，用这样测得的流速、温度与压力来计算CO₂的质量流量更加准确。第四，密封环在常态下其外径较密封短节的外径小，下井过程不会被损伤，用于提高测试成功率。
附图说明
前面简单地描述了本发明，接下来参考描述本发明的以下具体实施例的图纸进一步、详细地叙述本发明。这些图纸只描述了该发明的一些典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。在这些图纸中：
图1是本发明的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计的结构示意图。
图2是本发明的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计测试时集流状态示意图。
图3是导孔形状示意图。
图4是内流道横截面形状示意图。
具体实施方式
见图1本发明的小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计的结构示意图所示，流量计分为两段，上部是测量段，下部是密封段。测量短节3本体上部设线路板仓2，线路板32安装在线路板仓2内。测量短节3本体下部于线路板仓2以下设平行轴向电缆道30和内流道9，电缆31安装在电缆道30内，内流道9侧壁设置阻流体7和旋涡探头8，内流道9上端设进气孔4，在进气孔4和阻流体7之间于内流道9侧壁设置温度探头5和压力探头6，温度探头5和压力探头6的相对位置可以互换；内流道9的横截面呈近椭圆形。密封短节20连接在测量短节3以下，二者之间通过螺纹连接并设密封圈。密封短节20本体上同样设有平行轴向电缆道和内流道，且与测量短节3的电缆道30和内流道9相通，且在内流道9的连接部位设有密封圈。密封短节20的内流道下端设出气孔22；密封短节20本体下部设电机仓40，电机24固定在电机仓40的顶部。电机24驱动传动轮28，传动轮28设外螺纹。电机仓40侧壁设长条形导孔26，长条孔的形状见图3所示。电机仓40内设螺纹套25，螺纹套25从内部密封导孔26，也就是螺纹套25两端设置密封圈，密封圈跨过导孔26从而对导孔26实现密封，防止井液进入电机仓40。螺纹套25设内螺纹并与传动轮28的外螺纹相配合，电机24驱动传动轮28旋转，传动轮28又带动螺纹套25上下运动；密封短节20外部设台阶并套有密封环21，密封环21以下设挤压套23套在密封短节20外。挤压套23与螺纹套25通过连接筋27相固定，见图3所示，连接筋27可以在导孔26内上下滑动。
温度探头5、压力探头6、旋涡探头8和电机24各自通过电缆31与线路板32连接。
为了防止仪器下井时损伤密封环21，密封环21在自然状态下的外径较密封短节20的外径小。
流量计下井时，其上端连接测井电缆帽，下端可以连接其它仪器，也可以连接盖帽29。
见图2所示，仪器下井后，首先通过电机24驱动传动轮28旋转，传动轮28又带动螺纹套25向上运动，螺纹套25通过连接筋27带动挤压套23压缩密封环21，使其密封配气器内筒1与涡街流量计之间的环空，迫使被测CO₂全部通过进气孔4进入内流道9，然后通过出气孔22流出。为了保证密封环的密封效果，使挤压套23的挤压力既要足够大，又不能因力太大而烧毁电机24，如图1所示，在螺纹套25以上位置于电机24外侧设置限位开关41，当螺纹套25到达并触动限位开关41时，电机24停止运转。
见图4所示，是内流道9近椭圆形的横截面的优选形状，这是一个典型的体育运动场的跑道的形状，有两条平行的边，两端呈半圆形。其长度为L，半圆的半径为R，此处定义近椭圆形的长宽比为：L/2R。仿真研究和实验表明，内流道9的横截面的长宽比为2.0～2.8时，在低CO₂流量下阻流体7产生的旋涡信号最好。
本文所述的实施例仅仅为典型实施例，但不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明，而是根据权利要求来定义，保护范围包括权利要求的标的的所有等价物。