油水兩相流插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器的制造方法
【專利說明】油水兩相流插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及油田測試領(lǐng)域所用的油井高含水油水兩相流含水率及流量測量傳感 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油田開采進(jìn)入中晚期階段，大多數(shù)油田長期注水開發(fā)，油田采出液含水率大 幅上升，進(jìn)入高含水或者接近特高含水生產(chǎn)期，從指導(dǎo)油田開發(fā)方案角度，準(zhǔn)確確定儲集層 油水生產(chǎn)特性對油田穩(wěn)油控水及提高石油采收率具有重要意義。
[0003] 進(jìn)入高含水期的油井產(chǎn)液剖面測井面臨極大挑戰(zhàn)，主要是高含水油水兩相流分散 相局部濃度及局部流速沿管截面方向呈非均勻分布，且分散相泡徑大小亦隨油相及水相流 速發(fā)生較大變化，特別是分散相泡徑大小對分散相濃度（持水率）測量靈敏度有較大影 響。目前油井動態(tài)監(jiān)測普遍使用的環(huán)形電導(dǎo)式傳感器（ZL98250643. 2 ;ZL201320294984.X; ZL201120500694. 7)主要響應(yīng)于測量電極之間分散相平均濃度特性，該類電導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu) 相對簡單，傳感器響應(yīng)穩(wěn)定，且對流型無擾動，可完成對油水兩相流含水率測量。但是，上述 環(huán)形電導(dǎo)式傳感器靈敏場分布不甚均勻，在高含水油水兩相流分散相局部濃度及局部流速 非均勻流動條件下，含水率測量靈敏度及分辨率存在較大局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種適用于高含水的油水兩相流插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器， 通過四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)式傳感器上下游相關(guān)電極測量提取油水兩相流總流速信息。本發(fā) 明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種油水兩相流插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器，包括插入體（2)，用于將插入 體（2)固定在測量管道（1)內(nèi)的支架（3)，插入體包括導(dǎo)流段和測量段，導(dǎo)流段為錐形，從端 部較細(xì)；測量段為柱狀，其截面由四個向內(nèi)凹的圓弧形組成。所述的電導(dǎo)傳感器包括兩組分 別分布在測量段上下游兩個不同截面上的電極，每組電極對包括均勻布置的四對弧形對壁 電極（4)，每對電極包括激勵電極和接收電極；激勵電極均光滑嵌入在插入體的外表面，接 收電極均固定在測量管道（1)內(nèi)壁相對應(yīng)的位置，每個激勵電極的圓心均位于與其的接收 電極的中部，位于上下游的每個扇區(qū)弧形對壁電極對結(jié)構(gòu)相同，用于每個扇區(qū)局部相關(guān)流 速測量。
[0006] 作為優(yōu)選實施方式，所述的電導(dǎo)傳感器，激勵電極圓心角a=90°，接收電極圓 心角0 = 45°。電極軸向高度h= 1. 5mm。
[0007] 本發(fā)明為了提高高含水油水兩相流含水率測量分辨率，將環(huán)形電導(dǎo)式傳感器縱向 平均測量模式改為沿管截面方向分布式平均測量模式。在測量方式上，在集流后小直徑測 量通道內(nèi)加裝插入體，其插入體上加工出四個扇區(qū)弧面，每個扇區(qū)弧面與其相對的管道內(nèi) 壁表面分別光滑鑲嵌弧形電導(dǎo)傳感器，構(gòu)建出插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器分布式測 量模式。插入體的作用是改善插入體與小管道內(nèi)壁環(huán)形空間的流動結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在設(shè)計弧 形對壁電導(dǎo)傳感器時，采用電場有限元分析方法對傳感器電極幾何尺寸（電極高度、電極 角度）進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到增強(qiáng)分布式電導(dǎo)傳感器敏感場強(qiáng)度及提高高含水油水兩相流含水 率測量靈敏度之目的。具有以下優(yōu)點：
[0008] (1)本發(fā)明設(shè)計的插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器集流作用明顯，在改善流場 內(nèi)油水兩相流局部濃度及局部流速非均勻流動特性前提下，可顯著提高分散相（油滴）體 積濃度測量分辨率，同時利用四扇區(qū)上下游電導(dǎo)傳感器波動信號可實現(xiàn)油水兩相流總流速 有效測量。
[0009] (2)本發(fā)明設(shè)計的插入體前置段導(dǎo)流效果顯著，對弧形對壁電導(dǎo)傳感器測量段的 流場擾動小，有利于在高含水情況下獲取穩(wěn)定的電導(dǎo)傳感器測量信號。
[0010] (3)本發(fā)明設(shè)計的插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器可適用于垂直油井內(nèi)低流速 高含水油水兩相流流動參數(shù)（流量及含水率）高分辨測量。
【附圖說明】
[0011] 圖1是插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖2是插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器局部結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖3是插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器弧形對壁電極部分截面圖。
[0014] 圖4是插入體不意圖：（a)立體圖；(b)正視圖；（c)俯視圖。
[0015] 圖5是插入體前置段截面圖。
[0016] 圖6是插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器有限元剖分結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖7是高含水油水兩相流兩種流型四扇區(qū)測量信號，（a)和（b)分別為泡狀流、細(xì) 小泡狀流。
[0018] 圖8是插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器某扇區(qū)泡狀流及細(xì)小泡狀流時上下游 相關(guān)信號及其對應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)，（a)典型泡狀流的上下游測量信號；(b)圖（a)所示信號 的互相關(guān)函數(shù)；（c)典型細(xì)小泡狀流的上下游測量信號；（d)圖（c)所示信號的互相關(guān)函 數(shù)；
[0019] 圖9是插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器在高含水油水兩相流時歸一化電導(dǎo)測 量值與實驗標(biāo)定的總流量及含水率之間實驗相關(guān)圖版。
[0020] 附圖標(biāo)記說明：
[0021] 1測量管道；2插入體；3用于固定插入體的支架；4弧形對壁測量電極
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。該發(fā)明涉及的高含水油水兩相流 插入式四扇區(qū)對壁弧形電導(dǎo)傳感器如下所述：
[0023] 參見圖1和2,本發(fā)明設(shè)計一個插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器，包括測量管道 1、插入體2、用于固定插入體的支架3和光滑嵌入在管內(nèi)壁及插入體上下游的八對弧形對 壁電極4。每對電極包括激勵電極和接收電極，分別光滑嵌入在插入體弧面和管內(nèi)壁上。激 勵電極圓心角為a，接收電極圓心角為0。激勵電極光滑嵌入插入體弧面，接收電極光滑 嵌入管內(nèi)壁面。上下游的每個扇區(qū)弧形對壁電極對結(jié)構(gòu)完全相同，用于每個扇區(qū)局部相關(guān) 流速測量。
[0024] 將設(shè)計的插入式四扇區(qū)弧形對壁電導(dǎo)傳感器安裝在垂直上升油水兩相流小管道 上，當(dāng)高含水油水兩相流流經(jīng)傳感器時，采集插入式弧形對壁電導(dǎo)傳感器各扇區(qū)輸出信號。 在數(shù)據(jù)處理時，首先，將下游每個扇區(qū)測量的混合流體電壓數(shù)據(jù)處理為歸一化電導(dǎo)值，然 后，將四個扇區(qū)的歸一化電導(dǎo)值進(jìn)行平均，最后，按照實驗圖版提取出相應(yīng)的含水率值，其 中，實驗圖版中的總流量可通過每個扇區(qū)上下游局部相關(guān)流速融合計算獲得。
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