一种用于低产液油井流量测量的浮子流量计.pdf

一种用于低产液油井流量测量的浮子流量计。主要解决现有的流量计测量下限较高无法测量低产液油井流量的问题。其特征在于：在出液口上方有差动变压器传感器，与该传感器相配合的多台阶柱形线圈骨架的轴线位置处中空形成空心柱体；在所述多台阶柱形线圈骨架的三个平滑位置各绕一组线圈，其中两边线圈绕成向外增长的台阶状线圈；在空心柱体内有一个呈倒T形的多台阶圆柱体浮子，所述多台阶圆柱体浮子由下至上依次由圆锥体、浮子下端粗圆台部分和浮子杆体连接后构成，在浮子杆体上有方形扶正台阶，在浮子骨架内部处嵌有铁氧体软磁圆柱。所述浮子流量计的测量下限非常低适用于测量低产液油井流量，而且还可以有效解决测试施工中流量计的卡堵问题。

权利要求书一种用于低产液油井流量测量的浮子流量计，具有仪器外筒（2），其特征在于：在仪器外筒（2）轴线的下端面设置有进液口（1），在仪器外筒（2）的侧壁上设置出液口（3）；在所述出液口（3）的下端面固定有基准台阶（5），其上光滑平面与所述出液口（3）最低处相平齐；在出液口（3）的上方有一个差动变压器传感器（6），与该传感器相配合的多台阶柱形线圈骨架（7）的外圆最大处直径与仪器外筒（2）的内径相等，而骨架的轴线位置处中空形成空心柱体（8），在所述多台阶柱形线圈骨架（7）的最上面部分向轴中心钻穿4个孔（9），其中两个攻丝用于与外筒固定，另两个用于导引空心柱体内液体排出；在所述多台阶柱形线圈骨架（7）的三个平滑位置各绕一组线圈，其中两边线圈绕成向外增长的台阶状线圈（10）；在空心柱体（8）内有一个呈倒T形的多台阶圆柱体浮子（11），其中，所述多台阶圆柱体浮子（11）由下至上依次由圆锥体（13）、浮子下端粗圆台部分（12）和浮子杆体连接后构成，在浮子杆体上有方形扶正台阶（14），在所述浮子伸入差动变压器骨架内部处嵌有一个铁氧体软磁圆柱（15）。

说明书一种用于低产液油井流量测量的浮子流量计 
技术领域
本实用新型涉及一种用于油田油井流量测量领域的流量计，尤其是涉及一种用于低产液油井流量线性测量的浮子流量计。 
背景技术
我国大部分油田目前已经进入了注水开发后期。近几年来，随着我国社会的持续稳健的发展和人民生活水平的整体改善与提高，我国对于石油资源的需求日益紧迫，石油资源已经是影响我国国民经济与社会生活进一步健康发展和稳定的重要问题。我国不得不在大量进口石油的前提下不断挖掘老油田潜力，进行主力油层的堵水和薄、差油层的射孔作业，不断开发边缘油田、低孔渗油田。这些工作本身意味着油田开发进入低产液开发阶段。其实在我国各油田，低产液油井普遍存在。例如辽河油田、华北油田、吉林油田等普遍存在低产液油井，这些油井产液量一般都在10m3/d以下，单层产液量最低可达1m3/d。目前大庆油田有注水井一万多口,其中,含低渗透油层的分注井有八千多口。据油田油井管理调查报告,在老区和外围低渗透油田普遍存在井下流量计量程不符的问题,这类问题占流量计问题的91%。大庆外围油田储层物理性质较差,孔隙度和有效渗透率都很低,属于低渗透油田。这些区块油井产液比较低,平均单井产液在5 m3/d以下,对合层开采的井,每层产液就更低了,有的甚至是不到1 m3/d。在这样的油田开发区块进行产出剖面流量测井,难度可想而知。因此如何提高低产出井测试资料的准确度和精确度,是急需解决的难题。目前常用的涡轮流量计、示踪流量计以及现有的浮子流量计的流量下限较高，且在低产液井中,通常会产生非线性响应或非一致性响应,已经不能很好解决低产液井的实际问题。因此研究启动排量更低、适合低产液油井的线性流量计是油田测试工作必须面对和解决的重要课题，对于低渗透油田开发具有重大现实意义。 
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种用于低产液油井流量测量的浮子流量计，该种流量计的测量下限非常低，适用于测量低产液油井流量，而且还可以有效解决注聚环境、出砂环境、堵水环境、稠油环境、套管严重锈蚀环境等油井产液剖面测试施工中对流量计的卡堵问题。 
本实用新型的技术方案是：该种用于低产液油井流量测量的浮子流量计，具有仪器外筒，在仪器外筒轴线的下端面设置有进液口，在仪器外筒的侧壁上设置出液口；在所述出液口的下端面固定有基准台阶，其上光滑平面与所述出液口最低处相平齐；在出液口的上方有一个差动变压器传感器，与该传感器相配合的多台阶柱形线圈骨架的外圆最大处直径与仪器外筒的内径相等，而骨架的轴线位置处中空形成空心柱体，在所述多台阶柱形线圈骨架的最上面部分向轴中心钻穿4个孔，其中两个攻丝用于与外筒固定，另两个用于导引空心柱体内液体排出；在所述多台阶柱形线圈骨架的三个平滑位置各绕一组线圈，其中两边线圈绕成向外增长的台阶状线圈；在空心柱体内有一个呈倒T形的多台阶圆柱体浮子，其中，所述多台阶圆柱体浮子由下至上依次由圆锥体、浮子下端粗圆台部分和浮子杆体连接后构成，在浮子杆体上有方形扶正台阶，在所述浮子伸入差动变压器骨架内部处嵌有一个铁氧体软磁圆柱。 
本实用新型具有如下有益效果：本种浮子流量计是根据流体力学原理设计而成，将出液口位置设计在流量计外筒上，等圆周分布；而浮子上控制流体流出截面的部分仅是一个薄圆台片，浮子的居中依靠伸入到空心柱体上的方形扶正导引台阶完成。这种结构设计不仅使得仪器在同一外筒内径情况下有更大的流量测量范围，而且工作稳定、可靠，更加实用。另外，将出液口形状设计为三角形与长方形组合，由此可以解决在实际情况下由于浮子部分与外筒内径间存在间隙，造成浮子在低流量部分对流量测量敏感程度严重下降，出现严重非线性甚至不反应或者说流量测量下限不够低的问题。本流量计采用三角形与长方形组合出液口形状设计补偿了低流量测量非线性问题，大大降低了流量测量下限。本设计制作的流量计在流量模拟仿真系统进行测试中对自来水的流量测量下限保守说为0.1方/天，对10#工业白油的流量测量下限轻松达到0.05方/天。另外，浮子流量计自身特性是浮子位移会随流量增大而变得平缓下降，而通过对差动变压器线圈构形的合理设计可以使得在测量范围内随着磁心位移增加，输出的调制电压幅度平缓增大。本流量计设计中就是采用将差动变压器两个次级线圈绕线逐层向外增加的台阶形设计达到流量测量线性化的结果。由于浮子流量计的出液窗口的下端面采用了三角形设计以及差动变压器采用了阶梯形线圈设计技术，大大弥补了传感器由于浮子圆片与外筒存在间隙而对于低粘度液体在极低流量范围产生的测量非线性，使得所研制的浮子流量传感器对于水和含水率较高的混合液体的流量测量响应在0～20方/天流量变化范围内基本为线性关系，流量测量下限对于混合介质条件低于0.1方/天，对于全水介质条件是0.1方/天。传感器对白油在模拟仿真系统所限的0～8方/天流量变化范围内的测量响应也基本为线性关系，流量测量下限更小，低于模拟系统提供的0.05方/天流量下限，只是在流量极低范围内由于传感器过补偿而出现了非线性。使用时，可以通过调节出液口下面外筒基准台阶到三角形低部之间的距离来改变对不同流体的补偿程度，使之达到线性。另外，本种流量计还可以有效解决注聚环境、出砂环境、堵水环境、稠油环境、套管严重锈蚀环境等油井产液剖面测试施工中对流量计的卡堵问题 
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
图中1‑进液口，2‑仪器外筒，3‑出液口， 5‑基准台阶，6‑差动变压器传感器，7‑多台阶柱形线圈骨架，8‑空心柱体，9‑孔，10‑台阶状线圈，11‑多台阶圆柱体浮子，12‑浮子下端粗圆台部分，13‑圆锥体，14‑方形扶正台阶，15‑铁氧体软磁圆柱，16‑内螺纹。 
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
由图1所示，该种用于低产液油井流量测量的浮子流量计，具有仪器外筒2，其独特之处在于：在仪器外筒2轴线的下端面设置有进液口1，在仪器外筒2的侧壁上设置出液口3；在所述出液口3的下端面固定有基准台阶5，其上光滑平面与所述出液口3最低处相平齐；在出液口3的上方有一个差动变压器传感器6，与该传感器相配合的多台阶柱形线圈骨架7的外圆最大处直径与仪器外筒2的内径相等，而骨架的轴线位置处中空形成空心柱体8，在所述多台阶柱形线圈骨架7的最上面部分向轴中心钻穿4个孔9，其中两个攻丝用于与外筒固定，另两个用于导引空心柱体内液体排出；在所述多台阶柱形线圈骨架7的三个平滑位置各绕一组线圈，其中两边线圈绕成向外增长的台阶状线圈10；在空心柱体8内有一个呈倒T形的多台阶圆柱体浮子11，其中，所述多台阶圆柱体浮子11由下至上依次由圆锥体13、浮子下端粗圆台部分12和浮子杆体连接后构成，在浮子杆体上有方形扶正台阶14，在所述浮子伸入差动变压器骨架内部处嵌有一个铁氧体软磁圆柱15。
对本方案具体实现的详细描述如下：流量计外筒将其他组成部分包裹在内，从而限定和保护其他组成部分正常工作，同时，其侧壁上的出液口是流量计内流体流出的唯一出口。差动变压器位于外筒内部、出液口的上方，其线圈骨架的最大直径处与外筒内壁紧密配合，骨架的最下端面与出液口上端面平齐。浮子位于外筒内，受外筒内壁和差动变压器骨架内的空心柱体壁双重约束而径向居中，其轴向位移被限定在外筒基准台阶与差动变压器骨架下端面之间。各个组成部分的特征是：流量计外筒的特征在于：外筒内下部圆截面为流量计的进液口，出液口设置在外筒的侧壁上，等圆周分布，可以是两个或三个或四个出液口，这取决于测量范围大小；出液口的形状为等腰三角形和长方形组合，等腰三角形的顶角在组合图形对称轴最低点位置，三角形的底边长度等于长方形的宽度。在外筒内壁出液口下面有一个直径小于仪器外筒内径的基准台阶，台阶朝上的光滑平面与出液口三角形顶点平齐。外筒内壁上下两端加工成内扣螺丝，便于与其他仪器链接。差动变压器的特征在于：差动变压器线圈骨架是由多个不同直径和长度的台阶构形而成，其外圆最大位置与流量计外筒的内径紧密配合。骨架轴线位置被钻成一定直径和长度的空心柱体。在线圈骨架最上面粗且较长的部分向轴中心钻穿4个孔，其中两个攻丝用于与外筒固定，另两个用于导引空心柱体内液体排出。在线圈骨架台阶间的三个平滑位置各绕一组线圈，其中两边线圈绕成向外增长的台阶状。浮子的特征在于：它是一个倒T形多台阶的圆柱体，其下端粗圆台部分的底面直径略小于流量计外筒内径，圆台下表面光滑，中心部分设计成圆锥体；圆台上面到伸入线圈骨架空心柱体里的细长柱体直径要小于空心柱体内径，但这部分两个较粗的方形扶正导引台阶的外径略小于空心柱体内径。在浮子伸入差动变压器骨架内部一定位置处内嵌一个铁氧体软磁圆柱。 
本流量计的工作原理是：流量计在无流量时，浮子在重力作用下初始落在基准台阶上面光滑表面上，完全封住流体向上通道；当测量流量时，浮子被从进液口来的流体向上推起来，并自动调整浮子在进出液两面的压差达到恒定值而稳定在某一高度，从而打开一定面积的出液通道使流体流出来。流量越大，浮子上升就越高，打开的通道面积也就越大。这样，浮子上升的高度就与流体的流量近似成正比。通过差动变压器合理设计，能够使差动变压器输出的调制电压幅度与流体的流量成线性关系，再通过测量电路，可以将流量变化转换为与之成线性关系的电压或频率信号，从而实现低流量线性测量。