本发明属于流量测量技术领域，是一种利用电场式相浓度传感器测量两相流体中分散相流速、相流量，特别是测量油井内油水两相流体中分散相流速、相流量的方法及相应的装置。在管子中流动的两相流体中，如果测出分散相的相流速、相浓度，而管子的内截面已知，就可以计算出分散相的相流量，本发明就是以这种方式计算流量的。 生产测井是油田提高产量、节能、提高采收率的基础工作。油井中油水两相流体中分散相通常为油相。井下分层油相流速、流量的测量是生产测井中的最重要内容之一，它用于确定井下的工作状况。但目前在油井的生产测井中还只能使用误差较大的间接方法来估算油相流速和流量，这是因为在现有的测两相流体中分散相流速、流量的测量方法中，主要由于结构方面的原因，还没有一种方法能用于油井中。例如公知的相关流速、流量测量方法（《相关流量测量技术》，徐苓安著，天津大学出版社，1988·7），它是利用两个相浓度传感器输出信号波形之间的相似性以确定分散相流过这两个传感器之间距离所需的时间进而确定分散相的流速，它需要两个独立的、性能一致地相浓度传感器及相应的输出通道，所需引线多，特别是下边传感器的引线需跨越过上边的传感器，这在井下很困难，这使得相关法在目前还没有用于油井中油相流速、流量的测量。
本发明的目的是要提供一种用一个传感器测量两相流体中分散相相流速、相浓度、相流量的方法和相应的装置。使它能适用于多种使用环境、特别是能在油井中使用。
本发明的目的是这样实现的：在被测流体中沿流体流动方向放置一个相浓度传感器，它的输出信号幅值直接反映了两相流体中分散相的相浓度大小。传感器测量探头检测空间内沿流体流动方向上依次设置一到数个敏感区，每个敏感区两边为非敏感区。在两相流体中一个分散相流体单元的流体位于测量探头的敏感区时，传感器的输出信号值与该流体单元位于测量探头的非敏感区时的输出信号值不一样。因此每当一个分散相单元从非敏感区经过敏感区时，传感器输出信号值也相应改变，输出波形中出现一个对应的脉动，也只有当分散相单元越过敏感区时，传感器输出信号波形中才有这样的脉动信号出现。若测量探头上有M个敏感区，则当分散相单元经过测量探头时，输出信号波形中就会出现M个相关的脉动，我们把由同一个分散相单元经过M个敏感区所产生的M个脉动称为相关的脉动，每一个分散相单元经过测量探头就会产生一组相关的脉动，这样当含有许多分散相单元的两相流体从测量探头上流过时，传感器输出信号波形中就有许多组相关的脉动穿插地混在一起。在每一组相关的脉动中，相邻的脉动在时间坐标轴上之间的间隔就是分散相单元通过对应的相邻敏感区之间距离所需的时间;波形中单个脉动在时间坐标轴上的宽度就是分散相界面通过测量探头上对应敏感区所需的时间。由于测量探头敏感区的宽度及相邻敏感区之间的距离是确定的，因此由单个脉动就可以计算出分散相界面通过测量探头的速度，由每组相关脉动中相邻脉动的间隔就可以计算出分散相单元通过测量探头的速度，这两种速度在实际使用上是一样的。由此就得到了流过测量探头的两相流体中分散相的相流速、相浓度及相流量。
由于只有相关脉动中相邻脉动的间隔才反映分散相单元流过测量探头的速度，因此要从传感器输出信号波形混在一起的脉动中区别出一组组相关的脉动。因为测量探头敏感区的排列是固定的，所以相关脉动中各个脉动的间隔之比等于测量探头各个敏感区的间距之比，由此就可以从输出信号波形中找出一组组相关的脉动从而计算出流过测量探头分散相的相速度，为此传感器测量探头至少需要三个敏感区。
如果传感器测量探头的敏感区是等距排列的，也可以不用找出一组组相关的脉动而直接找相关脉动中相邻脉动的间隔。因为在传感器输出信号波形中所有的任意两个脉动之间的、大小不同的间隔中，出现次数最多的间隔就是分散相单元经过测量探头相邻敏感区之间距离所需的时间，也就是相关脉动中相邻脉动的间隔，因此只要从传感器一段时间内输出信号波形中所有的任意两个脉动之间的间隔中找到这个出现概率最高的间隔，就可以得到流过测量探头分散相的相速度，为此传感器测量探头至少需要两个敏感区。
依据本发明提供的测量方法所设计的相应的测量装置，由地面部分和井下部分组成，地面部分由地面电路单元、A/D转换板、计算机等构成;井下部分由传感器和测量探头以及测井电缆构成。测量探头相浓度检测空间中沿流体流动方向有一到数个敏感区，每个敏感区的两边为非敏感区，测量探头轴向的结构尺寸或介质特性的不均匀构成了测量探头的敏感区与非敏感区，用测量探头内电极上一到数个垂直于内电极轴的突出圆盘或紧靠内电极的介质套上槽里的导体就构成了敏感区，敏感区的宽度小于所测两相流体中分散相单元的大小以提高流速测量精度。所用的相浓度传感器是国内各油田广泛使用的短波型含水传感器。
本发明因为只用一个相浓度传感器及测量探头，不需要跨线，引线少，没有可动机械部件，结构和电路简明，传感器和测量探头采用成熟、简便、可靠的工艺制成一体，体积小，整个装置可靠性高，适用性广，能用于一般环境，特别是能用在数千米深、空间狭小、高温、高压的油井中。
依据本发明所提出的具体测量装置由以下的实施例及其附图给出。
图1是本发明提出的分散相流量测量方法所用的具体测量装置中测量探头部分的剖面图;
图2是整个测量装置的系统框图;
图3是地面电路单元的功能框图;
图4是传感器输出信号幅值随时间变化的波形示意图;
图5是计算流速的计算机程序框图;
图6是用于深井的测量探头剖面图;
图7是只有一个敏感区的测量探头的剖面图。
下面结合实施例和附图详细说明依据本发明提出的具体测量装置中测量探头的细节和整个装置的工作情况及工作过程。
实施例1是用于测量油井中油管下面油水两相流体中油相的相浓度即持油率、相速度进而得到相流量的生产测井装置，所用的相浓度传感器是已在国内各大油田广泛使用的短波型含水传感器，已由中国专利（8720552.1）所公开。
图1中包括含水传感器1，传感器1接有测量探头，它主要有内电极2、介质套3、护套4组成。护套4是一个直径25mm的金属管，上面开有流体的入口和出口，含水传感器和测量探头除护套外的其它部件都装在护套内，测量探头的敏感区在护套的入口和出口之间，护套与传感器的外壳相连，它除了起保护仪器、提供流体测量通道的作用外，还是测量探头的外电极。环氧树脂5填充在内电极和介质套之间，这样测量探头的制造工艺比较简单。介质套3既有绝缘作用，也起保护内电极2的作用。内电极2上有三个等距排列的突出圆盘6，这使得圆盘附近的电场较其它地方强，故称为敏感区7、8、9，敏感区7、8、9的两边为非敏感区10、11、12、13，圆盘的厚度很薄，只有1mm，而圆盘的间距有10mm，这使得敏感区的宽度相对它们的间距很小，这样传感器输出信号波形中脉动重迭的机会少，有利于提高流速测量精度。
图2中14是传感器和测量探头;15用于测井时是由几千米长的测井电缆组成的传输通道，它把传感器与地面电路单元16连接起来;地面电路单元16为传感器提供12V的工作电源，并对传感器的输出信号进行初步处理，再把信号送至A/D板17，经过A/D转换送入计算机18中处理。
图3是地面电路单元的功能框图，地面电路单元由工作电源19和信号处理部分组成。根据现场被测流速范围是1cm/s到50cm/s的情况，传感器的输出信号先经过截止频率为500Hz的低通滤波20，以滤掉干扰信号，然后分成二路，一路直接作为含水信号输出至A/D采样;另一路经过截止频率为3Hz的高通滤波21再放大22后作为流速信号输出。这两路信号送到A/D板采样，采样频率为1000Hz。
在测井时，首先把传感器和测量探头用测井电缆送下井，穿过油管与套管之间的环形空间，停在测试层位的上方便可开始测量，这时油井正常工作。在每次测试时，用计算机显示、记录、贮存传感器的输出信号波形待测井结束后再计算处理。
在井下当流入护套的油水两相流体中一个分散相单元即油珠从敏感区7右边的非敏感区10流经敏感区7时，含水传感器1的输出信号值改变，上升或者下降;当这个油珠流过敏感区7进入其左边的非敏感区11时，含水传感器1的输出值向原来的方向恢复，即下降或上升，这样传感器1输出信号波形（图4）中出现一个脉动23，即波峰或波谷，这两者之间无本质差别，故以下把脉动都说成是波峰。当该油珠接着流过后面的两个敏感区8、9时，传感器1输出信号波形中同样也会出现两个对应的波峰，24、25、23、24、25这三个波峰就是一组相关的波峰。由于同一时刻在探头的探测空间内经常有许多油珠，因此在传感器的输出信号波形中有许多不同组相关的波峰穿插地混在一起的，若两个波峰23、26不相关，即它们是由两个不同的油珠所产生的波峰，则它们之间的间隔并不反映油珠的速度，只有相关波峰中的相邻波峰之间的时间间隔，如波峰23与24和波峰24与25之间的时间间隔才是油珠通过相邻敏感区之间的间距所用的时间，如敏感区7与8和敏感区8与9之间的间距所用的时间。要从输出信号波形中找到相关波峰中相邻波峰的间隔，可利用以下特性，首先对于在输出信号波形中由一个油珠产生的一组三个的相关波峰，中间一个波峰与它前后两个波峰的间隔是相同的;其次相关波峰中两个相邻波峰之间的间隔，相对于其它任何两个波峰的间隔，在输出信号波形出现的概率要大。计算机根据这些特性可判断出相关波峰中相邻波峰的间隔进而计算出油珠流过测量探头的速度。
图5是根据上段所述方法计算油珠速度的程序框图，首先打开贮存输出信号波形的数据文件，读出一小段时间的输出信号波形，从中确定各个波峰的位置，再利用上段所述的方法确定相关波峰中相邻波峰的间隔，然后再读一小段时间的输出信号波形进行同样的处理，如此循环直至处理完全部的输出信号波形，把每一小段的结果进行平均，得到整个测试期间相关波峰中相邻波峰间隔的平均值，进而得到油珠流过测量探头的平均速度V。
油水两相流体中油相的相浓度即持油率可以从传感器输出信号的幅值得到，把整个测试期间输出信号值进行平均得到平均值，然后利用持油率与传感器输出信号幅值关系的标定曲线就可以得到整个测试期间的平均持油率q。
油水两相流体中油相的流量Q由下式计算
Q＝A·C·q·V
式中A为油水两相流体在套管中的净流动截面积，在使用中是已知的：C是考虑到油珠流过测量探头的速度并不等于油相在整个流动截面上的平均速度所引入的修正系数，这个系数的标定，既可以在模型井上进行，也可在井下现场测试时进行，在井下油管下面所有出液层位的上面位置所测的油相流量应与地面井口用其它装置所测的油相流量一致，以此可标定C。
图6是用于深井测试的测量探头，由于深井井温高，图1中测量探头中的环氧树脂5不耐高温。图6中的测量探头不用环氧树脂，在内电极上先套一个聚酰亚胺的介质套27，介质套27上有三圈槽，槽中绕有导线28，然后再套上聚酰亚胺介质套3，测量探头的敏感区是利用导线28与内电极的电容耦合形成的。
实施例2所用的装置及测量过程与实施例1中所述的基本一样（图7），不同的只是测量探头结构和流速计算方法。油珠通过测量探头敏感区产生的波峰的宽度就是油水界面通过测量探头的敏感区所需的时间，本实施例据此计算油相的流速。用此法求流速只涉及到单个波峰，不涉及相关波峰中相邻波峰的间隔，所用测量探头的敏感区可以象实施例1中那样有几个，也可以只有一个，敏感区少有利于降低波峰重迭所引起的误差。
图7中测量探头中内电极32头上有一个突出的圆盘35，接地套30与传感器的外壳电气上相连，它屏蔽了内电极的大部分以使测量探头只有一个敏感区29，敏感区的两边是非敏感区34，四氟片31用于内电极头上圆盘与接地套的绝缘，内电极与接地套之间33可以填充介质，也可以在内电极上有套上绝缘套，整个外面再套上聚酰亚胺的介质套3。这种结构使敏感区的宽度与油珠的大小相当，这样降低了油珠重迭即波峰重迭的机会，提高了流速测量精度。