專利名稱：一種井下浮子流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油田測(cè)井領(lǐng)域中用于測(cè)量井下油井產(chǎn)液流量的流量計(jì)，尤其是涉及一種利用浮子原理進(jìn)行測(cè)量的井下浮子流量計(jì)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)油井過(guò)環(huán)空產(chǎn)出剖面測(cè)井的流量測(cè)量以渦輪流量計(jì)為主，這種流量計(jì)其計(jì)量機(jī)構(gòu)與計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)都設(shè)在殼體內(nèi)，其計(jì)量機(jī)構(gòu)通常采用由葉輪和葉輪軸相固接的形式，在葉輪軸的一端設(shè)有渦桿，計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)則由若干相互連接的、具有齒輪傳動(dòng)比的齒輪組、指針和刻度盤(pán)組成，其中第一組齒輪為渦輪，與渦桿相嚙合，其余齒輪組則與指針相連接。此種流量計(jì)受儀器外徑和集流效果的限制，使得可測(cè)量流量的下限不能做得太低，因此導(dǎo)致流量測(cè)量范圍?。徊⑶?，由于葉輪與軸承在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)將沙礫卷入，使得這種渦輪式流量計(jì)不適于測(cè)，量含砂的流體，所以當(dāng)井下油井產(chǎn)液中含砂量較高時(shí)，這種流量計(jì)的適用就受到很大的限制。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的井下渦輪式流量計(jì)的流量測(cè)量范圍小、不能測(cè)量含砂流體的不足，本實(shí)用新型提供一種井下浮子流量計(jì)，該種井下浮子流量計(jì)主要利用地面浮子流量計(jì)的工作原理設(shè)計(jì)而成，具有可在低流量條件下啟動(dòng)、測(cè)量范圍寬、可測(cè)量含砂流體的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該種井下浮子流量計(jì)，包括浮子、出液口短接、連接短接，其中浮子的上端為直桿形，其下端為錐體。流量計(jì)量機(jī)構(gòu)由一個(gè)具有線圈和鐵芯的差動(dòng)變壓器式傳感器以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)測(cè)量電路構(gòu)成，出液口短接連接于傳感器外殼和連接短接之間，浮子與差動(dòng)變壓器式傳感器均位于傳感器外殼與出液口短接相連接后所形成的空腔內(nèi)。線圈纏繞于絕緣骨架之上，鐵芯位于絕緣骨架的腔內(nèi)，在差動(dòng)變壓器式傳感器的下端固定有一個(gè)壓縮彈簧，浮子的上端穿過(guò)壓縮彈簧與鐵芯的下端相連。在連接短接與浮子的下端之間固定有一個(gè)下托彈簧，上述鐵芯、壓縮彈簧、浮子與下托彈簧固定后具有相同的中心軸線。
本實(shí)用新型具有如下有益效果由于采取上述方案的井下浮子流量計(jì)為流體提供的流通通道短，通過(guò)加長(zhǎng)浮子位移量和壓縮彈簧的彈性系數(shù)，可以提高流量的測(cè)量上限，通過(guò)上托彈簧的托扶作用，使零流量時(shí)浮子處于力平衡狀態(tài)，使測(cè)量流量下限降低，由此可大大提高對(duì)流體的測(cè)量范圍；此外，浮子與流道內(nèi)壁距離大于流體內(nèi)含砂的粒徑，因此能夠用于含砂流體的測(cè)量。


附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型在油水兩相流條件下的標(biāo)定結(jié)果圖。
圖中1-傳感器外殼，2-線圈，3-鐵芯，4-浮子，5-壓縮彈簧，6-出液口短接，7-連接短接，8-上托彈簧，9-絕緣骨架。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型主要基于地面浮子流量計(jì)的原理構(gòu)成。地面浮子流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來(lái)進(jìn)行測(cè)量的體積流量?jī)x表，又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì)。浮子流量計(jì)的流量檢測(cè)元件是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子所組成，當(dāng)被測(cè)流體從下向上經(jīng)過(guò)錐管和浮子所形成的環(huán)隙時(shí)，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度，因此浮子在錐管中高度和通過(guò)的流量有對(duì)應(yīng)關(guān)系。
本種井下浮子流量計(jì)的測(cè)量原理既符合傳統(tǒng)浮子流量計(jì)的測(cè)量原理，但又有一定區(qū)別。
如圖1所示，該種井下浮子流量計(jì)，包括由聚酰亞胺材料制成的浮子4、出液口短接6、連接短接7，其中浮子4的上端為直桿形，其下端為錐體。流量計(jì)量機(jī)構(gòu)由一個(gè)具有線圈2和鐵芯3的差動(dòng)變壓器式傳感器以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)測(cè)量電路構(gòu)成。在本例中，采用了兩個(gè)線圈，兩個(gè)線圈之間的關(guān)系為串聯(lián)連接，在其中一個(gè)線圈的兩端引出電壓信號(hào)輸出端，傳感器工作時(shí)，要在兩個(gè)串聯(lián)后的線圈兩端加上交流電壓，這樣當(dāng)鐵芯在線圈中的位置發(fā)生變化時(shí)，線圈的電感就會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致線圈的阻抗值發(fā)生變化，最終由電壓信號(hào)輸出端所輸出的電壓信號(hào)就會(huì)按照某種函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化。傳感器外殼1由2Cr13材料制成，它與出液口短接6相連接，浮子4與差動(dòng)變壓器式傳感器均位于傳感器外殼1與出液口短接相連接后所形成的空腔內(nèi)。線圈2纏繞于絕緣骨架9之上，鐵芯3位于絕緣骨架9的腔內(nèi)，它可沿絕緣骨架9的中心軸線上下移動(dòng)。在差動(dòng)變壓器式傳感器的下端固定有一個(gè)壓縮彈簧5，浮子4的上端穿過(guò)壓縮彈簧5的中央后與鐵芯3的下端相連，所以當(dāng)浮子4在流體的作用力下移動(dòng)時(shí)，鐵芯3將隨之移動(dòng)。下托彈簧8固定在連接短接7與浮子4的下端之間，當(dāng)然，這里所謂的固定是指將下托彈簧8固定在連接短接7之上，但與浮子4之間只是一個(gè)支撐的關(guān)系，當(dāng)零流量時(shí)，下托彈簧8將浮子4托住，當(dāng)有流體通過(guò)時(shí)，浮子4發(fā)生位移后，則脫離下托彈簧8。上面所提及的這些鐵芯3、壓縮彈簧5、浮子4與下托彈簧8在固定后，它們的中心軸線都要保證在一條直線上。
在本實(shí)用新型中，在浮子上移過(guò)程中，流體在出液口處的流通截面積逐漸增大，符合浮子流量計(jì)的測(cè)量原理，但是由于在浮子的上下兩端設(shè)有上彈簧和下彈簧，在從啟動(dòng)到下彈簧工作過(guò)程中，流動(dòng)壓力不必用于克服浮子重力，從而易于降低流量測(cè)量下限，而在高流量范圍內(nèi)，在流通截面積的增加量不足以滿足測(cè)量范圍要求時(shí)，流量計(jì)設(shè)有上彈簧，用彈簧彈力克服流動(dòng)壓力，提高流量計(jì)的測(cè)量上限。
零流量時(shí)，浮子4由上托彈簧8托扶，上托彈簧8被壓縮，浮子4處于平衡位置，其力學(xué)關(guān)系式為M1+M2+M3＝0 (1)其中，M1是上托彈簧的彈力；M2是浮子所受的浮力；M3是浮子所受的重力，代入各自的表達(dá)式得k1Δx+ρgV-mg＝0(2)k1是下彈簧彈力系數(shù)；Δx是下彈簧的壓縮長(zhǎng)度；ρ是流體密度；g是重力加速度；V是浮子體積；m是浮子質(zhì)量。
低流量時(shí)，在流動(dòng)壓力作用下，浮子4上浮，其位移量由位移傳感器測(cè)量，流體在出液口位置的流通截面積增大，浮子4在新的位置達(dá)到平衡，其力學(xué)關(guān)系式為F(Q)+k1Δx+ρgV-mg＝0(3)隨著流量增加，上托彈簧8的壓縮長(zhǎng)度變?yōu)榱?，在該流量范圍?nèi)，浮子4的力學(xué)關(guān)系式為F(Q)+ρgV-mg＝0 (4)進(jìn)入高流量后，壓縮彈簧5開(kāi)始被壓縮，浮子4的力學(xué)關(guān)系式為由于流量計(jì)設(shè)有上托彈簧，零流量時(shí)浮子處于力平衡狀態(tài)，只要有外力作用，浮子即可產(chǎn)生位移，所以可以將流量計(jì)的流量測(cè)量下限設(shè)計(jì)較低；由于流量計(jì)設(shè)有壓縮彈簧，在較高流量范圍內(nèi)，流量計(jì)不至于很快飽和。從設(shè)計(jì)角度，本實(shí)用新型中所述的流量計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)低啟動(dòng)流量，寬測(cè)量范圍。
為保證流量測(cè)量下限的測(cè)量靈敏度，浮子4的上端直桿與壓縮彈簧5的靜態(tài)長(zhǎng)度之差應(yīng)當(dāng)在1厘米到5厘米之間。
此外，當(dāng)出液口短接6的內(nèi)壁直徑與浮子4下端圓錐體底面直徑的差值范圍在2毫米到5毫米之間時(shí)，本實(shí)用新型經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明適用于含砂流體流量測(cè)量時(shí)具有較好的應(yīng)用效果。
應(yīng)用本實(shí)用新型，由于浮子與內(nèi)壁的距離大于2mm，能夠有效防止砂卡，因此可用于含砂流體測(cè)量。
圖2是一特定尺寸的井下浮子流量計(jì)在油水兩相流條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，橫軸為標(biāo)準(zhǔn)流量，縱軸為輸出頻率變化量。流量計(jì)啟動(dòng)流量設(shè)計(jì)為1m3/d，流量上限設(shè)計(jì)為70m3/d。如果要增加流量上限，只需增加浮子行程。
應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行工作時(shí)，應(yīng)將井下集流器連接在連接短接7上，當(dāng)集流器工作時(shí)，流體進(jìn)入集流空間，由出液口短接6流出，不同的流量對(duì)應(yīng)不同的流通截面積，截面積的變化轉(zhuǎn)化為浮子的位移，通過(guò)位移傳感器來(lái)測(cè)量位移量進(jìn)而即可測(cè)得流體流量。
權(quán)利要求1.一種井下浮子流量計(jì)，包括浮子(4)、出液口短接(6)、連接短接(7)，其特征在于所述浮子(4)的上端為直桿形，其下端為錐體，流量計(jì)量機(jī)構(gòu)由一個(gè)具有線圈(2)和鐵芯(3)的差動(dòng)變壓器式傳感器以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)測(cè)量電路構(gòu)成，傳感器外殼(1)與出液口短接相連接，浮子(4)與差動(dòng)變壓器式傳感器均位于傳感器外殼(1)與出液口短接相連接后所形成的空腔內(nèi)，線圈(2)纏繞于絕緣骨架(9)之上，鐵芯(3)位于絕緣骨架(9)的腔內(nèi)，在差動(dòng)變壓器式傳感器的下端固定有一個(gè)壓縮彈簧(5)，浮子(4)的上端穿過(guò)壓縮彈簧(5)與鐵芯(3)的下端相連，在連接短接(7)與浮子(4)的下端之間固定有一個(gè)下托彈簧(8)，上述鐵芯(3)、壓縮彈簧(5)、浮子(4)與下托彈簧(8)固定后具有相同的中心軸線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下浮子流量計(jì)，其特征在于所述浮子(4)的上端直桿與壓縮彈簧(5)的靜態(tài)長(zhǎng)度之差的差值范圍在1厘米到5厘米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種井下浮子流量計(jì)，其特征在于出液口短接(6)內(nèi)壁直徑與浮子(4)下端圓錐體底面直徑的差值范圍在2毫米到5毫米之間。
專利摘要一種應(yīng)用于油田測(cè)井領(lǐng)域中用于測(cè)量油井產(chǎn)液流量的井下浮子流量計(jì)。主要解決現(xiàn)有的井下渦輪流量計(jì)流量測(cè)量范圍小、不能測(cè)量含砂流體的問(wèn)題。其特征在于流量計(jì)量機(jī)構(gòu)由差動(dòng)變壓器式傳感器以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)測(cè)量電路構(gòu)成，浮子(4)與差動(dòng)變壓器式傳感器均位于傳感器外殼(1)與出液口短接相連接后所形成的空腔內(nèi)，線圈(2)纏繞于絕緣骨架(9)之上，在差動(dòng)變壓器式傳感器的下端固定有一個(gè)壓縮彈簧(5)，浮子(4)的上端穿過(guò)壓縮彈簧(5)與鐵芯(3)的下端相連，在連接短接(7)與浮子(4)的下端之間固定有一個(gè)下托彈簧(8)，上述部件固定后具有相同的中心軸線。具有可在低流量條件下啟動(dòng)，測(cè)量范圍寬、可測(cè)量含砂流體的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/00GK2725527SQ200420077489
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者莊海軍, 劉興斌, 袁智蕙, 鞠明淵, 張新紅 申請(qǐng)人:大慶油田有限責(zé)任公司