专利名称：测量油井持水率的持水传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种与油田测井仪器配套的电容式持水传感器。
二背景技术：
油田对于油井的井下套管内原油的含水测量使用持水仪器进行测井，通过资料的解释计算得到油井各个生产层的持水率。持水是流动液体的单位体积内水所占用的体积，可用小数或百分数方式表示，它代表了油水的体积比例。测井仪器在测量套管中的持水时，一种测量持水的仪器使用电容式传感器，仪器置于套管中心，传感器内部流入油水混合液体，探测其油水体积的比例即持水率。现有的电容式持水传感器包括上、下接头和之间的金属外壳、金属探针组成，金属外壳、金属探针之间构成环型测量空间，环型测量空间与上下接头的“细脖子”形成轴向贯通，形成被测量流体与井下油流同步流动。同时其环型测量空间的设计长度(也称探头有效长度)通常只有10cm。该传感器的原理是探针或探棒(正极)与地线(外壳，负极)构成一个电容器，电容量的大小与正负极间物质的介电常数成正比。当油水在探测空间内呈分离静止状态时，电容量与油水比例有线性函数关系。这时传感器有较高的油水比例的测量精度和分辨率。但如果传感器内部的油水不是静止分离，而是自由流动，流动中油水分布状态不稳定，使得电容量与持水的函数关系变得更加复杂，这时传感器精度严重降低，更不适应低产井，在50方/天以下的低产流量下误差可以达到200％以上，并且分辨率低，只能分辨持水大于0.1(10％)以上的变化。
三
发明内容
本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种高精度、高分辨率的测量油井持水率的持水传感器。
实现上述目的采取的技术方案是通过改变持水传感器的结构，在传感器外部流体流动的环境中，迫使进入传感器内部的油水混合流体相对静止分离，传感器工作在稳定的环境中，就可以得到更高的测量精度。1、加大传感器有效长度，由原来10-12厘米，增加到30-200厘米。2、改变流体进出口的大小与形状，把原流体进出口与流体流动平行改为垂直，数量由上下各3个改为各1个。
具体方案是包括上接头、下接头和位于上下接头之间的金属外壳、金属探针，金属探针外有绝缘层，金属外壳和金属探针之间构成环型测量空间，在金属外壳与上下接头之间分别设有与环型测量空间贯通的流体进出口，其特征是流体进出口分别径向开设在金属外壳的上下端部，环型测量空间的轴向长度比原有长度提高3-20倍，流体进出口口径在5-15毫米范围内。
通过上述措施的改进，就保证了流体进入传感器内部以后呈现相对静止且油水分离的状态，也就保证了更高的精度和分辨能力。
四
附图1是现有传感器结构图；附图2是本实用新型传感器的结构图。
五具体实施方式
对比附图1和附图2，两种传感器都是由上接头1、上流体进出口2、过线孔3、金属探针(探棒)4、金属外壳5、绝缘层6、环型测量空间(环形取样室)7、下流体进出口8、下接头9、金属外壳负极线10、金属探针正极线11组成。不同点是环型测量空间的长度从10-12厘米提高30-200厘米，流体进出口由原来平行油流流动方向改变为垂直油流流动方向，同时减少流体进出口的数量和口径。
上述改进是通过大量的具体实验取得的在垂直的内径124毫米透明管道内(模拟油井套管)，按油水1∶9的体积比例注入流体(含水10％)，保持流量(300方/天)恒定。把有效长度50厘米的新传感器(透明的模型)放入管道的中心位置。流体进入传感器并从上下口进出，在10秒后，进出基本停止，传感器内部的流体相对静止并油水分离，把这种外部流动而内部静止的状态叫第一种状态。取样室内外流体不交换，是内外的压力差相等，而压力差相等的条件是内外持水率相等。在外部，油水比例是1∶9，压力差等于49厘米水柱。在内部油水分离，高度是45厘米水加5厘米油，压力差也是49厘米水柱。
按数学思维列方程x厘米水柱+y厘米油柱＝50厘米 (高度相等)(1)x厘米水柱+0.8y厘米油柱＝49厘米水柱 (压差相等)(2)方程(1)(2)的唯一解是45厘米水柱加5厘米油柱，即传感器内外部流体不交换时，内部的油水比例(持水)一定等于外部的油水比例。这样测量传感器的电容量，就可以得到稳定的油水比例数值，即高精度的持水测量结果。
传感器内外流体交替的第二种状态是过渡态。降低传感器外部流体的持水，例如改油水比例2∶8，这时传感器外部压差由49厘米水柱变为48(40厘米厘米水柱加10厘米油柱)。传感器内部49厘米水柱，内部比外部高1厘米水柱的压力。这时水快速从底部口流出，从上部口吸入带有油滴的水，油漂浮在上部，传感器内部液体中油量增加，水量降低，直到内部液体油水比例也为2∶8时，压力等于48厘米水柱，传感器停止液体的内外交换，内部的流体相对静止并自然实现油水分离，回到第一种状态。
传感器内外流体交替的第三种状态也是过渡态。传感器内部压力小于外部压力，液体沿着与第二种状态相反的方向进出，也达到第一种状态。
第二、三种流动过渡所需时间与内外持水差别大小有关，对10％的持水变化，一般在30秒之内完成。可以任意改变液体的油水比例和流速，传感器总是可以实现内部的稳定，只是稳定的时间略有差别，在使用时录取传感器的数据则需等待液体稳定后测量，连续测量并录取平均值，可以得到精确的数据。
如果出现第四种状态，即液体不停地从下孔流入，上孔流出，传感器不能得到稳定的数据，说明液体进出孔的方向、长度或大小不合适，只要长度、方向、孔大小合适，就可以避免出现这种状况。
加大传感器长度对提高性能的原理分析加长传感器的进出口距离，会增加传感器内外液体的不平衡的压差，有利于内外液体的交换，从而提高分辨率，提高测量精度。以实验传感器为例计算，持水为90％的液体，传感器有效长为10厘米时，内外部液柱压差都是9.8厘米水柱。这时外部持水减小到80％的液体，外部压差减小到9.6厘米水柱，内外压差0.2厘米水柱，由于液体的粘度影响，传感器内外部液体在这0.2厘米水柱的压差下不流动，即不能分辨10％的持水变化。传感器测量误差至少是10％。而把传感器加长到50厘米，相同条件下，计算传感器内外的压差变大为1厘米水柱，长度增大5倍，压差也增加5倍，假定传感器都在0.2厘米水柱下刚好开始液体交替，对于短传感器，持水分辨率是10％最小误差也是10％，对于50厘米的长传感器，0.2厘米水柱的压差，可以计算出对应的是2％的持水变化，长传感器的分辨率是2％最小误差也是2％。
利用传感器内外流体差的计算方法。可以得到，传感器长度增加N倍，其分辨能力就提高N倍，误差缩小到1/N。即传感器越长，精度越高，但太长会使得仪器变得笨重。实验表明，传感器实际长度在0.3-1.5米范围内效果最好。
为检验本设计的实际效果，制作了多种实验模型，在模型井内进行检验，测量结果见表格。
实验流量从30方/天到500方/天，含水100％到0％，组合情况400多组，以上只给出了极少部分实验数据，已可以说明新传感器可以保证探测空间内部的液体相对静止，呈油水分离状态。传感器的分辨率由原来的10％，提高到1％，误差减少10％以上。
权利要求1.一种测量油井持水率的持水传感器，包括上接头、下接头和位于上下接头之间的金属外壳、金属探针，金属探针外有绝缘层，金属外壳和金属探针之间构成环型测量空间，在金属外壳与上下接头之间分别设有与环型测量空间贯通的流体进出口，其特征是流体进出口分别径向开设在金属外壳的上下端部。
2.根据权利要求1所述的测量油井持水率的持水传感器，其特征是环型测量空间的轴向长度比原有长度提高3-20倍，流体进出口口径在5-15毫米范围内。
专利摘要本实用新型涉及一种与油田测井仪器配套的电容式持水传感器。具体方案是包括上接头、下接头和位于上下接头之间的金属外壳、金属探针，金属探针外有绝缘层，金属外壳和金属探针之间构成环型测量空间，在金属外壳与上下接头之间分别设有与环型测量空间贯通的流体进出口，其特征是流体进出口分别径向开设在金属外壳的上下端部，环型测量空间的轴向长度比原有长度提高3－20倍，流体进出口口径在5－15毫米范围内。通过上述措施的改进，就保证了流体进入传感器内部以后呈现相对静止且油水分离的状态，也就保证了更高的精度和分辨能力。
文档编号E21B49/00GK2913606SQ20062008688
公开日2007年6月20日 申请日期2006年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者谢景平, 修华, 王长文, 许玉俊, 赵国华 申请人:中国石化集团胜利石油管理局测井公司