用于找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头.pdf

一种用于找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头。主要解决现有的测井仪器不能对油、气、水三相流进行准确计量的问题。其特征在于：所述膜组合探头包括总体积流量计量单元、油体积流量计量单元以及一个气体积流量计量单元，其中，油体积流量计量单元中由内膜(15)、外膜(16)组成圆形、环形两个腔体，内膜(15)采用亲油、憎水膜，外膜(16)采用亲水、憎油膜；所述气体积流量计量单元包括脱气膜(25)、气计量涡轮变送器(26)；上述各部件之间按照总体积流量计量单元、油体积流量计量单元、冲砂阀、气体积流量计量单元的顺序由下至上采用丝扣连接。该种膜组合探头应用于测井仪上后能够同时分层测量出产气、油、水量，提高了测量精度。

1.  一种用于找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头，包括一个由直流电磁铁(24)、圆柱阀(23)、平面密封阀(22)、侧出液窗(21)组成的冲砂阀以及探头壳体，其特征在于：
所述膜组合探头还包括一个总体积流量计量单元、油体积流量计量单元以及一个气体积流量计量单元，其中，所述总体积流量计量单元包括涡轮外筒(14)、涡轮总承(13)以及压紧垫圈(12)；
所述油体积流量计量单元包括内筒(19)、外筒(20)、内膜(15)、外膜(16)、集油管(17)、油计量涡轮变送器(18)，其中，由内膜(15)、外膜(16)组成圆形、环形两个腔体，内膜(15)采用亲油、憎水膜，外膜(16)采用亲水、憎油膜；
所述气体积流量计量单元包括脱气膜(25)、气计量涡轮变送器(26)；
上述各部件之间的连接均采用丝扣连接，按照总体积流量计量单元、油体积流量计量单元、冲砂阀、气体积流量计量单元的顺序由下至上连接。

用于找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头
技术领域：
本实用新型涉及一种应用在地球物理生产测井领域中用于采油井找水、找油测井仪上的装置，尤其是涉及一种组合式探头。
背景技术：
目前国内使用的找水、找油测井仪一般都是油水两相流分层找水测试仪。这种测试仪大多采用涡轮计量流量，电容法或阻抗法以及同轴线相位法测量含水率。应用这种测试仪存在以下无法校正的因素：(1)受地层水矿化度影响，每个区块、每口井矿化度值不等。(2)受低流饱压差井脱气影响。由于不同井具有不同的低流饱压差值，井况、地层产状不同，所以脱气量为未知数。气体对涡轮转动计算贡献在含水率计测量时不体现，解释含水率，产油量的误差较大，却又无方法估算该值。(3)低产井出砂量较大，砂卡仪器转动件测井一次成功率较低，一般在75-80％左右。(4)仪器维修、刻度和测井复杂性和难度，几支仪器测成一口井，难以解释的井数越来越多。目前三相流找水测试仪，国内仅有低能源含水率密度计，用涡轮计量产层总流量，铬-109源测密度和含水率，由于使用放射性源，应用空间、数量受限，而且密度计精度仅0.02g/cm³，含水率测量误差已达±10％，无产气量值的给出。总之，目前仍没有一种可以较好实现对油井各产层产出的油、气、水量进行较好计量的测井仪器。
实用新型内容：
为了解决现有油田测井领域中没有一种可以较好实现对油井各产层产出的油、气、水量进行准确计量的测井仪器的问题，本实用新型提供一种用于采油井找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头，将该种油气水三相膜组合探头应用于采油井找水、找油测井仪上后，测井仪上只需要设置几块用于接收涡轮流量计所传送出来的计量信号的电路板，就可以精确获得油田采出液中油、气、水三相流的含量，克服了目前两相流找水测试仪器受高频信号干扰、不同采油井矿化度不同、测量误差大的缺点，在国内外首次实现了在油、气、水三相产出的采油井中分层测量产气量、产油量和产水量。此外，应用这种探头后的仪器易于维护、标定和使用，提高了诊断的准确性和测井一次成功率。
本实用新型的技术方案是：该种用于采油井找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头，包括一个由直流电磁铁、圆柱阀、平面密封阀、侧出液窗组成的冲砂阀以及探头壳体，其中所述组合式探头还包括一个总体积流量计量单元、油体积流量计量单元以及一个气体积流量计量单元，其中，所述总体积流量计量单元包括涡轮外筒、涡轮总承以及压紧垫圈。所述油体积流量计量单元包括内筒、外筒、内膜、外膜、集油管、油计量涡轮变送器。其中，由内膜、外膜组成圆形、环形两个腔体，内膜采用亲油、憎水膜，外膜采用亲水、憎油膜。所述气体积流量计量单元包括脱气膜、气计量涡轮变送器。上述各部件之间的连接均采用丝扣连接，按照总体积流量计量单元、油体积流量计量单元、冲砂阀、气体积流量计量单元的顺序由下至上连接。
本实用新型具有如下有益效果：将上述油气水三相膜组合探头与集流器连接后，油井采出液经集流器集流后流入组合式探头腔体，首先通过底端总体积流量计量单元中的涡轮总承计量出总的体积流量，然后进入油体积流量计量单元中由内膜、外膜形成的环形空间，水相介质通过外膜流出仪器体外，而油相介质则通过内膜流入集油管后经涡轮变送器计量出油体积流量，最后，气相介质，通过外筒与直管之间的环形空间运移至第四部分的脱气膜经过气计量涡轮变送器计量出气体积流量。因此，本方案克服了目前两相流找水测试仪器受高频信号干扰、不同采油井矿化度不同、测量误差大的缺点，在国内外首次实现了在油、气、水三相产出的采油井中分层测量产气量、产油量和产水量。
附图说明：
图1是与本实用新型联合使用的集流器的结构剖视图。
图2是本实用新型内总体积流量计量单元的结构剖视图。
图3是本实用新型内油体积流量计量单元的结构剖视图。
图4是本实用新型内冲砂阀的结构剖视图。
图5是本实用新型内气体积流量计量单元的结构剖视图。
图6是本实用新型各部件整体连接后的下部结构剖视图。
图7是本实用新型整体连接后的上部结构剖视图。
图8是本实用新型中油体积计量单元的A-A向剖面图。
图9是本实用新型中油体积计量单元的B-B向剖面图。
图10是本实用新型中油体积计量单元的C-C向剖面图。
图中1-进液窗，2-进液管，3-中心管，4-进液孔，5-皮球内外胎，6-滑套，7-螺旋滑道，8-拉伸弹簧，9-公扣接头，10-卸压阀，11-泵阀外筒，12-压紧垫圈，13-涡轮总承，14-涡轮外筒，15-内膜，16-外膜，17-集油管，18-油计量涡轮变送器，19-内筒，20-外筒，21-侧出液窗，22-平面密封阀，23-圆柱阀，24-直流电磁铁，25-脱气膜，26-气计量涡轮变送器。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
首先介绍一种与本实用新型配合使用的集流器。该集流器为皮球集流器，具体结构如图1所示，此图为该种皮球集流器处于打开状态后的结构剖视图。由图中可见，该皮球集流器由进液窗1、进液管2、中心管3、中心管3上的进液孔4、皮球内外胎5、滑套6、呈凸起状且与中心管3焊接成为一体的螺旋滑道7、拉伸弹簧8、公扣接头9组成，其中，所述进液窗1左端的母扣与所述中心管3右端的公扣进行丝扣连接，所述进液管2与所述中心管3上的进液孔4焊接在一起，所述皮球内外胎5的左端固定在所述中心管3上，其右端固定在所述滑套6的左端上，所述滑套6内径带有凹陷形螺旋导槽且装有“O”型密封盘根，套装在中心管3上，所述滑套6的右端与皮球内外胎5的左端固定在一起，所述滑套6的左端与弹簧8做径向滑动连接，所述螺旋滑道7的右端与所述滑套6的内螺旋导槽相衔接，且与滑套6做滑动配合，所述滑套6可在螺旋滑道7导程的导引下做轴向拉伸及径向旋转动作。
下面详述本种油气水三相膜组合探头的构成：
该种用于采油井找水、找油测井仪上的油气水三相膜组合探头主要由总体积流量计量单元、油体积流量计量单元、冲砂阀以及气体积流量计量单元组成，其整体连接后的上、下部结构剖视图分别如图7、图6所示。
其中，所述总体积流量计量单元的结构剖视图如图2所示，主要包括涡轮外筒14、涡轮总承13以及压紧垫圈12。在涡轮总承13中涡轮轴两端有维坑宝石作轴承，这样可使粘性摩擦力矩减小，同时也可减小轴向的负荷，提高灵敏度。在涡轮的轴上镶有直径为1.5mm的永久磁钢。在涡轮的上方或侧面装有一个带有导磁架的线圈，当涡轮旋转时，磁钢跟着旋转。根据电磁感应定律，导线和磁力发生相对运动，在导线中就会产生电动势。当涡轮旋转时在线圈中产生一个类似正弦曲线的交变信号，通过记录该交变信号的频率而获得涡轮的转速。当仪器下到预定测点深度后，给皮球集流器上的电磁振动泵供电，将皮球集流器打开，使它封闭仪器与套管之间的环形空间，迫使井内流体全部流经仪器内部，流体的动能使涡轮旋转。在测量范围内，涡轮的转速与流量成正比，所以只要测出涡轮的转速，即可求出井内各点的流量。
所述油体积流量计量单元的结构剖视图如图3所示，主要包括内筒19、外筒20、内膜15、外膜16、集油管17、油计量涡轮变送器18。其中，由内膜15、外膜16组成圆形、环形两个腔体，内膜15采用亲油、憎水膜，外膜16采用亲水、憎油膜，当流体流入腔体的环形空间时，水相介质通过由亲水、憎油膜制成的外膜16流出仪器体外，而油相介质通过由亲油、憎水膜制成的内膜流入集油管，后经过油计量涡轮变送器18进行计量。而气相介质，因其粘度低、运动速度快，通过外筒与直管之间的环形空间运移至气体积流量计量单元的脱气膜处。
所述冲砂阀的结构剖视图如图4所示，包括直流电磁铁24、圆柱阀23、弹簧、平面密封阀22、侧出液窗21。正常测量条件下，平面密封阀22靠弹簧压力，密封了内膜15、外膜16的组合腔及侧出液窗21。当需要冲刷腔内的污物时，给直流电磁铁24线圈通电，线圈内的衔铁向上动作，使圆柱阀23、平面密封阀22向上运动，打开侧出液窗21及内膜15、外膜16的组合腔，用流经仪器内的介质将附着在膜表面的污物冲掉。
所述气体积流量计量单元的结构剖视图如图5所示，包括脱气膜25、气计量涡轮变送器26，其中脱气膜是用憎油、憎水材料制成。由膜腔运移过来的气相介质，在脱气膜内进行脱气后，经气计量涡轮变送器26计量，后从顶部的出气窗流出仪器。
上述各单元以及各部件之间的连接均采用丝扣连接，按照总体积流量计量单元、油体积流量计量单元、冲砂阀、气体积流量计量单元的顺序由下至上连接，而皮球集流器通过其上的公扣接头9与组合式探头中涡轮总承13上的母扣相连接。
具体工作过程如下：
由电磁振动泵输送过来的介质经进液管2、进液孔4进入皮球内外胎5中，皮球开始膨胀。皮球膨胀的同时，使套装在中心管3上的滑套6做轴向拉伸、径向旋转的动作，其动作使拉伸弹簧8拉伸。当皮球内外胎5封闭了井下套管与中心管3的环形空间后，电磁振动泵停止工作，皮球集流器的状态如图1所示。在这里，由于皮球集流器密封了井下套管与仪器的环形空间，全部井内介质经进液窗1、中心管3、与中心管3连接的公扣接头9流入组合式探头中的涡轮总承13，即流入总体积流量计量单元中，通过涡轮变送器进行混合流体总体积计量，得到总体积流量。之后，流入油体积流量计量单元，通过膜组合腔，完成对水相介质的过滤、油相介质的计量、气相介质的分离。分离后的气相介质由外筒直管形成的环形空间将气体运移到气体积流量计量单元进行气体计量。
当流体流经组合式探头中的全部体积流量计量单元后，即对井内流体计量完成以后，打开电磁振动泵上的泄压阀10，皮球内外胎5内的介质通过进液孔4、进液管2流出仪器。在皮球集流器收缩的同时，滑套6在已经拉伸的拉伸弹簧8的作用下做回位动作，进行轴向收缩、径向旋转，使绑在滑套6上的皮球集流器内外胎5的左端也随时进行轴向拉伸、径向旋转，动作完成。
将该种组合式探头应用于采油井找水、找油测井仪上后，测井仪上只需要设置几块用于接收涡轮流量计所传送出来的计量信号的电路板，就可以精确获得油田采出液中油、气、水三相流的含量。即利用本实用新型后，可以直接依照下列公式确定油、气、水三相混合流体中的含水率、含气率和含油率。公式如下：
Q＝Q_w+Q₀+Q_g
K_w＝Q_w/Q
K₀＝Q₀/Q
K_g＝Q_g/Q
式中：
Q：三相混合流体的体积流量；m³/d
Q₀：油体积流量             m³/d
Q_g：气体积流量             m³/d
Q_w：水体积流量             m³/d
K₀：含油率；               ％
K_g：含油率；               ％
K_w：含水率；               ％
由此可见，将该种油气水三相膜组合探头应用于采油井找水、找油测井仪上后，可以直接反映三相介质的真实测量结果，无需进行校正，因此测量较为准确。此外，本实用新型实现了对混合后三相介质的分别计量，这是在中外测井界无先例可循的。另外，本实用新型还可适应于油气集输工程中的计量，大幅度地降低生产成本。