油气水三相多功能检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种油气水三相多功能检测系统，该系统包括油气水分离存储罐、气体流量产生与调控装置、液体流量产生与调控装置和多功能井管装置，油气水分离存储罐为进行油气水混合流体的分离的装置，并进行液体存储和液体参数的调整，气体流量产生与调控装置是气体的产生装置，提供气体流动的动力并指示气体的流量,调节气体流量的大小使流量恒定，液体流量产生与调控装置提供液体流动的动力并指示液体的流量,调节液体流量的大小使流量恒定，多功能井管装置中具有可置换井筒，并带动该可置换井筒偏转。
【专利说明】油气水三相多功能检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田开发【技术领域】，特别是涉及到一种油气水三相多功能检测系统。【背景技术】
[0002]油井中油气水三相流体在套管内流动是个复杂的技术问题。为了了解套管井内油气水的流动状态，研究流动规律，测量流动中的各个单相的产量，通过建立“油气水三相流实验装置”，模拟井内的原油、天然气、地层水在套管内流动。使用这类装置，进行测井仪器的刻度、实验研究井内流体的流量、流速、油气水各相的产量等多种参数之间相互关系，为生产、科研提供实验数据。
[0003]世界上较早的油气水三相流装置，1970年代建造于美国休斯敦大学，国内同类装置1980年代建造于大庆油田。1990年代以后国内许多油田、科研机构，相继建设了 “油气水三相流实验装置”，它们都可以实现油气水三相流量的调控，这些流体在模拟井内(装置的组成部件)混合流动，模拟了井内流体的流量等环境条件，满足了一般生产、科研的需求。
[0004]随着科研的深入，对装置所模拟的井内环境需要进一步接近油井井下实际环境，除了需要模拟不同的流量外，还需要模拟油水的流体特性参数，如粘度、矿化度、密度等。但原有装置不能满足这个需求，因为一旦改变流体粘度、矿化度等流体参数，会使得装置的测控精度下降(系统中流量计受粘度影响后测不准)、部件腐蚀受损(锈蚀后流体污染、系统精度更差)、部分管道堵塞等问题发生；另外，原装置系统庞大，造价高，流量在范围0-600m3/d的装置也需要投入数百万元(人民币);再者，原装置依靠高精度流量计(如质量流量计)测量流量、在小流量时，液体、气体体的流量测量(控制)精度低；还有，原装置仅仅方便于模拟油井5.5in (英寸)7in少数套管，不方便模拟小管径(IOOmm以下)管道，不能控制流体混合程度(乳化程度)、不能模拟井内原油中析出天然气的均匀的微小气泡；不能有效地控制、测量小气量；不能控制气体在井内流体中分布状态；只用于油井中流体流动，不方便检验民用水表，气表；用于检验测井仪器中的流量仪器，不方便检验其他种类的流量计等。也就是说，原装置具有功能单一(专用且仅仅可以模拟流量变化)、造价高、与低流量下精度差的缺陷。
[0005]以上种种缺陷，使得原装置已经不能满足生产和科研需求，例如，生产实践中发现，粘度、矿化度等参数，对电容式持率(流动中相体积的空间占有率)计存在明显影响，需要用试验手段确定其影响程度，原装置不能实现这个实验。油水混合状态影响测井仪器响应，原装置不能模拟等。为此我们发明了一种新的油气水三相多功能检测系统，解决了以上技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种低成本、高精度、多功能的油气水三相多功能检测系统。 本发明的目的可通过如下技术措施来实现:油气水三相多功能检测系统，该油气水三
相多功能检测系统包括油气水分离存储罐、气体流量产生与调控装置、液体流量产生与调控装置和多功能井管装置，该油气水分离存储罐为进行油气水混合流体的分离的装置，并进行液体存储和液体参数的调整，该气体流量产生与调控装置是气体的产生装置，提供气体流动的动力并指示气体的流量，调节气体流量的大小使流量恒定，该液体流量产生与调控装置连接于该油气水分离存储罐，提供液体流动的动力并指示液体的流量，调节液体流量的大小使流量恒定，该多功能井管装置连接于该气体流量产生与调控装置和该液体流量产生与调控装置，该多功能井管装置中具有可置换井筒，并带动该可置换井筒偏转。
[0007]本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:
该油气水三相多功能检测系统还包括油气水流量测量罐，该油气水流量测量罐连接于该多功能井管装置，以进行油气水三相的单相流量的测量。
[0008]该油气水流量测量罐包括透明外罐，内外罐间隙容积刻度尺,透明内罐，内罐容积刻度尺，内罐拉绳，滑轮，砝码，支架和测量流体进入管，该透明内罐位于该透明外罐内，该透明内罐的顶端连接于该内罐拉绳，并通过该支架上的该滑轮与该砝码相连，该测量流体进入管连接于该透明内罐，为流体进入该透明内罐的管道，该内罐容积刻度尺位于该透明内罐上，以读取流体体积,该内外罐间隙刻度尺位于该透明外罐上,根据该内外罐间隙刻度尺所指示的水面高度进行该流体体积的计量。
[0009]该油气水流量测量罐还包括流体进入管和开闭互斥联动阀门，该开闭互斥联动阀门控制流体是否从该流体进入管中流入该油气水流量测量罐。
[0010]该油气水流量测量罐还包括气体排空阀，液体排空泵和液体单向阀门，该液体排空泵经过该液体单向阀门，将油水液体输送到该油气水分离存储罐，该气体排空阀将气体从该透明内罐中排空。
[0011]该油气水三相多功能检测系统还包括流量系统连接管线，该流量系统连接管线为该油气水三相多功能检测系统中各个部件间的连接管线。
[0012]该油气水分离存储罐包括油气水分离油水存储罐、高粘度油和高矿化度水存储罐、油气水进入管道、出油管道、出水管道、第一调节阀和第二调节阀，流体从该油气水进入管道进入该油气水分离油水存储罐,并在该油气水分离油水存储罐中进行水下、油上的分离，分离后的油通过该出油管道进入该高粘度油和高矿化度水存储罐，分离后的水通过该出水管道进入该高粘度油和高矿化度水存储罐，通过该第一调节阀向该高粘度油和高矿化度水存储罐中的存油空间加入一定量的高粘度油，通过该第二调节阀向该高粘度油和高矿化度水存储罐中的存水空间加入一定量的高矿化度水。
[0013]该气体流量产生与调控装置包括空气压缩机，过压停机旋钮，气体逸出调节阀，气体压力表，气体流量调节阀门，气体流量指示表和出气管道，该空气压缩机抽取环境空间的空气压缩后从该出气管道输送到该油气水三相多功能检测系统，该过压停机旋钮在压缩后的空气压力超过预定压力时，进行自动停机保护，该气体流量指示表指示该压缩后的空气的流量，该气体压力表指示该压缩后的空气的压力，该气体逸出调节阀和该气体流量调节阀门调节该压缩后的空气的流量。
[0014]该油气水三相多功能检测系统包括第一液体流量产生与调控装置和第二液体流量产生与调控装置，该第一液体流量产生与调控装置与该油气水分离油水存储罐的油层相连，该第二液体流量产生与调控装置与该油气水分离油水存储罐的水层相连。
[0015]该液体流量产生与调控装置包括液体泵，液体进入管道，超压自动回流阀门，回流调节阀，压力表，液体流量指示表，流量调节阀门和出液管道，该油气水分离油水存储罐中的液体通过该液体进入管道由该液体泵抽取，并通过该液体泵给液体加压，该加压后的液体一路通过该回流调节阀返回到该液体泵的入口的该液体进入管道，再次被吸入该液体泵，该加压后的液体另一路经过该流量指示表指示流量、该流量调节阀门调节流量，从该出液管道流出进入该油气水三相多功能检测系统，该超压自动回流阀门在该加压后的液体的压力超过预定压力时，进行过压自动回流保护，该压力表显示该加压后的液体的压力。
[0016]该多功能井管装置包括流体进口，流体出口，装置整体转动轴、流体回流管道兼骨架和变径透明井筒，流体通过该流体进口进入该变径透明井筒，并通过该流体回流管道兼骨架从该流体出口流出，该装置整体转动轴连接于该流体回流管道兼骨架，以使该多功能井管装置整体转动。
[0017]该多功能井管装置还包括井管底座、井管顶座、密封盖、电缆密封器和可伸缩的密封箍，该井管底座位于该多功能井管装置的底部，下部连接于该流体进口，该流体来源于该液体流量产生与调控装置，在底部混合并流入该变径透明井筒，该井筒底座上部连接该可伸缩的密封箍，该可伸缩的密封箍以上连接该变径透明井筒，该变径透明井筒顶部连接在该井管顶座，该井管顶座包括两个出口，一个出口是侧面的该流体出口，连接该流体回流管道兼骨架，从该流体回流管道兼骨架进入该油气水三相多功能检测系统的流体循环，另一个出口为顶端的该密封盖，该密封盖上安装有电缆密封器，该测井仪器的电缆通过该电缆密封器连接到该变径透明井筒外，该密封盖阻挡该流体的逸出并允许该测井仪器的电缆的通过。
[0018]该多功能井管装置还包括流量计，该流量计置换该变径透明井筒，以进行民用水表、气表的检测。
[0019]本发明中的油气水三相多功能检测系统，是在长期使用“油气水三相流实验装置”的实践中，不断地发现了这种装置的某种缺陷与不足，同时，也逐步地对其局部进行改造，不断地完善其功能，使用简单的控制工艺，逐步替代了原装置复杂的设施，大大降低设备成本；通过改善原装置各类设施的工艺关系，实现了小流量下的高精度的测量与控制；依据科研需要，不断增加一新功能，尤其是改变流体粘度等参数的功能等。把这些改动综合起来，构成了本发明中的油气水三相多功能检测系统。本发明中的油气水三相多功能检测系统，使用简易的控制工艺分别调节、气、水单相的压力，从而调控了其流量大小，实现流量测控低成本；使用测量罐测量流量，避免粘度、矿化度等流体参数对流量计的不利影响，保证了测量高精度；主要部件采用耐腐蚀器材解决原装置不耐腐蚀的问题；使用方便置换的模拟井管装置，实现多种仪表的检测，使用目标的多样化；油水免控制的自动分离循环使用；在液体存储实施中调控流体粘度、矿化度等参数。通过以上措施保证了系统的高精度、多功能、低成本的特点的实现，可以为油田实验室、科研院所实验室提供新功能的实验设备，对研究油井内油气水流动规律具有重要作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1中的油气水分离存罐的结构示意图；
图3为图1中的气体流量产生与调控装置的结构示意图；
图4为图1中的液体流量产生与调控装置的结构示意图； 图5为图1中多功能井管装置的结构示意图；
图6为图1中多功能井管装置的另一结构示意图；
图7为图1中的油气水流量测量罐的结构示意图；
图8是使用本发明进行电容持水率测井仪器受到原油粘度影响实验结果图板。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0022]本发明的油气水三相多功能检测系统是一种模拟多种流体混合流动的实验设施，其主体是一个流体循环流动的管路系统。系统中的油气水混合流动，其中各单相流体的流量可调整、可控制。系统的管道中流动的流体自身的参数允许改变(油粘度、密度、水矿化度等)。系统中多功能井管装置，是实现系统功能的实用部件，通过它来实施“模拟油井内油气水多相流体流动”、模拟直井、斜井、水平井的流动，测井仪器的标定检验、民用气表水表检验等多种功能。
[0023]如图1所示，图1为本发明的油气水三相多功能检测系统的一具体实施例的结构图。该油气水三相多功能检测系统由油气水分离存储罐101、气体流量产生与调控装置102、液体流量产生与调控装置103、多功能井管装置104、油气水流量测量罐105和流量系统连接管线106等功能模块组成。
[0024]油气水分离存储罐101是进行油气水混合流体的分离、存储、液体参数调整的装置，它实现油气水混合流体的分离，进行液体存储，循环使用，还用于液体介质的粘度、矿化度等参数的调整。
[0025]气体流量产生与调控装置102是气体的产生装置，提供气体流动的动力，直接指示气体的流量，并可调节气体流量的大小并使气体流量恒定。
[0026]液体流量产生与调控装置103连接于油气水分离存储罐101，提供液体流动的动力，可直接指示油、水的流量，并调节油、水流量的大小并保持恒定。
[0027]多功能井管装置104连接于气体流量产生与调控装置102和液体流量产生与调控装置103，多功能井管装置104中可以置换井筒，并可以带动井筒偏转。置换井管的井筒的功能，井筒置换为不同的内径管道，就模拟了多种规格的套管，把井筒置换等待检测的民用水表(油表、气表)，就可以实施仪表的检验或刻度。使用透明材料制造井筒，可以对流体流动过程进行观察，记录；把井筒两端增加快速阀门，可以瞬间截取井内流体，测量混合流体的持率，得到井内总流量、持率、井斜、流体粘度、密度、等多种参数之间相互制约的关系。这些关系是实验研究多相流体混合流动规律的基础数据，使用本系统，可以模拟更多的参数，实验结果更接近油井实际，更具科学研究价值。
[0028]改变井管的倾斜角度Θ，就模拟了不同斜度的油井中的流体流动，把测井仪器置入井管中，进行模拟测井，实现各种井斜、流量、含率(单相流量与总流量之比)条件下的测井仪器“刻度”，当井管中流体的粘度介质特性改变后，模环境更加接近油井的实际环境，仪器刻度的效果更好。
[0029]油气水流量测量罐105连接于多功能井管装置104和流量系统连接管线106，实现油气水三相的单相流量(及总流量)的精确测量的功能。[0030]本发明的油气水三相多功能检测系统在运行时，流体的整体流动循环过程:油水从油气水分离存储罐101中流出，经过液体流量产生与调控装置103增压，产生液体流量，气体直接从环境空间经过气体发生装置102增压，产生气体流量。从气体发生装置102，液体流量产生与调控装置103流出的流体，经过流量系统连接管线106，流入到多功能井管装置104的底端混合，然后向上流经多功能井管装置104，再从顶部经流量系统连接管线106返回到底端后分为二选一的两路，一路是进入油气水流量测量罐105，进行高精度的油气水三相流量的精确测量，测量后液体返回到油气水分离存储罐101，继续参与流体循环；第二路是流体直接从多功能井管装置104流出后返回油气水分离存储罐101。在油气水分离存储罐101内，实现油气水分离，其中气体从101的顶端逸出，液体分离后再次进入系统，流体如此循环不止，直到气体流量产生与调控装置102和液体流量产生与调控装置103停泵，系统停止运行。
[0031]存储罐是存储油水的容器，原装置一般分为存油罐、存水罐，连接在分离罐后面，共计3个罐体实现油气水的分离、存储功能，本发明把3罐合一，叫做“油气水分离、存储一体罐”节省了该部件的空间与造价。在此基础上，为了增加“改变流体粘度、矿化度等功能”又增加了(新功能的需要)用于流体参数调整的液体存储罐。这2个罐结合，实现为系统提供油、水液体的功能，所提供的油水，允许改变粘度、矿化度，气体不参与整体流体循环。如图2所示，图2为图1中的油气水分离存罐I的一具体实施例的结构图。油气水分离存储罐由油气水分离油水存储罐1、高粘度油和高矿化度水存储罐2、油气水进入管道3、出油管道8、出水管道9和第一调节阀10和第二调节阀11等组成。
[0032]流体分离过程为:在系统中流动的流体，从油气水进入管道3进入油气水分离油水存储罐I，在油气水分离油水存储罐I中，流体从油气水进入管道3缓慢流向出油管道8和出水管道9。混合流体中的气体，很快从气水分离油水存储罐I的顶部分离、逸出，油水混合的液体，在缓慢流动中，在重力作用下自然实现水下、油上的自动分离，只要时间合适，进入罐体的液体流到出口前就实现了油水分离。油气水分离油水存储罐I的进口区域4和5是油水分离区域,而出口区域是油上水下的存储区域；油气水分离油水存储罐I是油气水分离罐也是液体存储罐，是实现液体循环使用、流体参数改变的主要设施。
[0033]粘度、矿化度等流体参数调节过程为:高粘度油和高矿化度水存储罐2是高粘度油、高矿化度水的存储罐，罐的空间6存高粘度油，空间7存高矿化度水；在流体流动中，打开第一调节阀10的一段时间，向流体中增加了一定量的高粘度油，继续流体的循环流动，并提取样品进行粘度检验，直到调节到预定数值后，停止，系统的流体粘度参数调节完毕。系统中水的矿化度参数调节过程与粘度调节过程类似，打开出水管道9，打开第二调节阀11从空间7向系统中注入一定量的高矿化度水，循环后提取样品测量水的矿化度，调节到预定数值。
[0034]如果模拟“聚合物”(油田采油注入地层的化工流体)，则把油气水分离油水存储罐I内的流体全部置换为聚合物。全部器材使用耐腐蚀的非金属材料，预防高矿化度液体的腐蚀。系列罐(容器)的组合，实现了油气水免控制自动分离、液体循环使用、粘度、矿化度调控等功能。
[0035]液体从油气水分离油水存储罐I流出，进入流量产生与调控装置103，实现流体流动、流量调节、流量稳定的功能。原装置这些功能实现需要使用稳压罐、高压罐、压力测量-稳压反馈自动控制，电控调节阀门，等复杂的设施。本发明极大简化了该功能的实现所需要的部件，使用简易的阀门等调控，实现了流量的调节与自动稳定流动的功能，在功能基本一样的前提下，极大降低了部件的造价。
[0036]如图3所示，图3为图1中的气体流量产生与调控装置102的一具体实施实例的结构图。气体流量产生与调控装置包括空气压缩机12，空气压缩机12自带的过压停机旋钮13，气体逸出调节阀14，气体压力表15，气体流量调节阀门16，气体流量指示表17和出气管道18。气体压缩机12抽取环境空间的空气，产生气体流量后从出气管道18输送到系统的管道中使用，最后在油气水分离油水存储罐I中逸出，返回到系统外的空间。该过压停机旋钮13在压缩后的空气压力超过预定压力时，进行自动停机保护，该气体流量指示表17指示该压缩后、经过气体逸出调节阀14分流后流动的气体的流量，该气体压力表15指示流动中气体的压力。该气体逸出调节阀14和该气体流量调节阀门16调节该压缩后的空气的流量，调节停止后，气体流量自动保持恒定。
[0037]气体流量产生与调控装置的操作俞运行过程:把过压停机旋钮13调节到预定压力(过压自动停机保护)；半开气体逸出调节阀14和气体流量调节阀门16 ;空气压缩机12供电，开始运转；空气压缩机12从环境中直接抽取空气压缩(增压)后从出气管道18进入流体系统；观察气体流量指示表17指示的流量，流量较小，则部分关闭气体逸出调节阀14，增加气体压力表15的压力，进入系统的流量增加，气体流量指示表17自动指示新流量，也可以增加气体流量调节阀门16的开度，同样增加系统流量；当流量大于设定值后，进行相反的操作；当调节停止后，系统将自动保持压力稳定，流量稳定；但这是流量的粗略显示，要保证流量的精度，还另需要使用“流量测量罐”进行更精确的测量，测量后再次调整流量的大小。
[0038]如图4所示，图4为图1中的液体流量产生与调控装置103的一具体实施实例的结构图。液体流量产生与调控装置包括液体泵19，液体(油或水)进入管道20(来自油气水分离油水存储罐I)，超压自动回流阀门21，回流调节阀22，压力表23，液体流量指示表24，流量调节阀门25和出液管道26。系统中油水分别单独使用图4所示流量装置。液体来自油气水分离油水存储罐1，经本装置增压、稳流后从出液管道26提供给系统使用，最后返回到油气水分离油水存储罐1，循环使用。液体从油气水分离油水存储罐1，经过进入管道20抽取到液体泵19，经过液体泵19给液体增压，增压后的液体流动分为二路，一路从回流调节阀22返回到液体泵19的入口的进入管道20，再次被吸入液体泵19，该路流体为局部循环流动，二路流体从液体泵19增加后，经过流量指示表24、流量调节阀门25，从出液管道26流出，输送到系统中参与系统的流体循环。液体泵19输出流量是固定数值，等于一路、二路流量之合，调解回流调节阀22、流量调节阀门25的开度，就是调节第二路流体流量的大小，当调节停止后，二路流量自动稳定在一个确定的数值。当调节回流调节阀22、流量调节阀门25的开度同时接近关闭时，压力表23的压力快速增大，为了保护液体泵19，设置了超压自动回流阀门21，在压力超过预定压力时，超压自动回流阀门21自动打开进行过压自动回流保护。
[0039]该液体泵从分离存储一体罐中抽取液体并给液体加压，加压后的液体的压力超过预定压力时，过压自动回流保护阀门自动开启，确保压力不再上升，当压力处在正常工作范围时，调整回流阀与流量控制法的开度，可以调整流量的大小，经过调整的流量的液体的流动压力靠压力表指示其大小，靠流量表指示流量的大小，通过该出液管道进入该油气水三相多功能检测系统，当停止流量的调节后，装置自动实现液体流量恒定。
[0040]图4所示的装置的操作过程:把超压自动回流阀门21调节到预定压力(过压自动回流保护)；半开回流调节阀22和流量调节阀门25 ;电机供电，液体泵19开始运转；液体泵19从油气水分离油水存储罐I抽取液体(油或水)后从液体进入管道20进入本装置；观察液体流量指示表24指示的流量，流量较小，则部分关闭半开回流调节阀22，增加压力表23的压力，进入系统的流量增加，液体流量指示表24自动指示新流量，也可以增加流量调节阀门25的开度，同样增加系统流量；当流量大于设定值后，进行相反的操作；当调节停止后，系统将自动保持压力稳定(压力表23自动显示),流量稳定(液体流量指示表24自动指示)；要保证流量的精度，还需要使用“流量测量罐”进行更精确的测量，再次调整流量的大小，直到达到预定数值。本装置采用了简易工艺技术，实现液体流量的发生、流量大小的调整与自动稳定流动。
[0041]流体从液体流量产生与调控装置经过管道连接流入多功能井管装置。多功能井管装置是实现系统的“多功能”的主要部件。该部件坐落在可以转动的支架上，允许井筒倾斜，模拟斜井，该部件，通过置换管道，实现“管径任意调节”，检测民用水表气表等多种功能。如图5所示，图5为图1中多功能井管装置104的一具体实施实例的结构图。多功能井管装置包括流体进口 27，流体出口 28，装置整体转动轴29、流体回流管道兼骨架30、井管底座31、变径透明井筒32、井管顶座33、密封盖34、电缆密封器35和可伸缩的密封箍36。
[0042]流体通过该流体进口 27进入该变径透明井筒32，并通过该流体回流管道兼骨架30从该流体出口 28流出，该装置整体转动轴29连接于该流体回流管道兼骨架30，以使该多功能井管装置整体转动。该井管底座31位于该装置的底部，下部连接于油气水进入流体进口 27，油气水来源于液体流量产生与调控装置103，在底部流体进口 27混合并流入井筒，井管底座31的端口是DN125法兰，其作用是更换井筒与支撑井筒。在井筒的底座以上的井筒中连接可伸缩的密封箍36，该可伸缩的密封箍36以上连接变径透明井筒32，该可伸缩的密封箍36的作用是允许整体井筒在一定长度内伸缩，方便井筒的安装、更换。变径透明井筒32顶部连接在井管顶座33，井管顶座33位于井筒顶部，其端口也是DN125法兰，法兰的作用也是支撑固定井筒。井管顶座33分为两个出口，其一是侧面的流体出口 28，连接着流体回流管道兼骨架30，从流体回流管道兼骨架30流入出口 28进入流体循环，其二是顶端的密封盖34，该密封盖34的作用阻挡流体的逸出但允许测井电缆通过，在密封盖34上安装有电缆密封器35，该电缆密封器35用于处于井筒内部的测井井内仪器与地面仪表的连接。当不使用测井仪器时，密封盖34、电缆密封器35只起流体密封作用。在井管底座31、井管顶座33之间的变径透明井筒32是可以置换的，变径透明井筒32的两端是DN125法兰，变径透明井筒32的中间段，也是试验所需的井筒段，可以制作任意的尺寸、形状。不同的尺寸可以模拟不同规格的套管，不同的形状可以适应不同的需要，例如安装、检测民用流量仪表，模拟油井地面出口管道，用于研究油井地面油水计量。整个三相流系统的多功能在这个设施上得到实现。
[0043]整体的装置围绕装置整体转动轴29，可以偏转角度Θ，模拟不同斜度的油井；当井筒垂直时，Θ定义为0°，水平为90°，装置可以模拟0-120°内任意的井斜角度。
[0044]图6为图1中的多功能井管装置104的另一具体实施例的结构图。与图5的部件编号基本一致，本图6中，图5中的变径透明井筒32置换为图6的流量计37，以进行民用水表、气表的检测。从图5与图6的实例，看出系统多功能的实现方式。
[0045]如图1所示，流体从多功能井管装置104流出后，经过阀门选择，流入油气水流量测量罐105，实现系统中另一关键的技术-流量高精度测量。原装置流量测量使用多只(流量范围不同)流量计测量仪表、微机接口、测量软件等复杂系统构成，即便如此，还是在小流量下测量不准，导致系统控制的流量精度降低，另外，这些流量计不能有效测量高粘度的液体(精度严重变差)，使得整个系统不可改变流体的粘度的缺陷发生。本发明首先改变了原装置的测量流量的方式，重要改变有两点，一是原系统在流量调整区域实施流量检测，本发明则是把原流量调控区域的流量计作为现场指示仪表，把正式的流量测量改变到现在的区域-流过井筒之后，这一改变主要针对原装置这样的问题，即在井筒之前测量流量，只能保证了流量计所处的管道的流量，当油气水混合流动时，流量计不能准确反映井筒(装置功能发挥的区域)内真正的流量，小流量下尤其严重(具体原因的说明超出本发明需要的范围，不具体介绍)，这是导致原装置精度差，尤其是小气量的精度差的重要原因。把流量测量改到流过井筒之后，就保证了测量的是模拟井内的流量，克服了原装置的不足。第二种改变的作用更重要-改变测量方式，该流量测量为计量罐测量。流体计量罐测量流量是精度最高的流量测量方法。任何种类的流量计都需要使用计量罐，使用计量罐可以保证系统的流量高精度测量。油气水三相(单相、或两相、或三相)流体混合流动，同时测量其中的每个单相流体的流量，这种计量罐目前没有实际的产品，为配合本新发明，特专门设计、制造了这种罐。罐体测量流量不受流体粘度影响，对高粘度流体同样实现高精度测量。图7为图1中的油气水流量测量罐105的一具体实施例的结构图；
流量测量罐也是一个小系统，由底座38，透明外罐39，内外罐间隙容积刻度尺40，透明内罐41，内罐容积刻度尺42，内罐拉绳43，滑轮44，砝码45，支架46，流体进入管47，开闭互斥联动阀门48，流通管道49，测量流体进入管50，气体排空阀51，液体排空泵52，液体单向阀门53等组成。
[0046]系统工作的初始状态为透明内罐41中预先充满水54。透明内罐41位于透明外罐39内，该透明内罐41的顶端连接于内罐拉绳43，并通过支架46上的滑轮44与砝码45相连。开闭互斥联动阀门48控制流体是否从流体进入管47中流入该油气水流量测量罐。测量流体进入管50连接于透明内罐41，为流体进入透明内罐41的管道。内罐容积刻度尺42位于透明内罐41上，以读取流体体积，内外罐间隙刻度尺40位于透明外罐39上，根据内外罐间隙刻度尺40所指示的水面高度进行流体体积的微量计量。配合时间计量。测量流体的总流量，分别计量油气水的单项体积，分别同时测量油、气、水的单项流量。
[0047]液体排空泵52经过液体单向阀门53，把油水液体输送到油气水分离存储罐101中(图1)，气体排空阀51用于将气体从透明内罐41中排空。
[0048]油气水体积流量的测量过程:需要秒表(计时器)配合；系统的流体在非测量状态下，从流体进入管47流入，经过开闭互斥联动阀门48的控制，不流经本测量罐，而是直接通过流通管道49流向大系统的油气水分离存储罐101 (图1)，参与流体循环。在某时刻，旋动开闭互斥联动阀门48 (测量开使、计时开始)，流体通过测量流体进入管50进入透明内罐41中，随着流体总量在罐内积累，透明内罐41受流体浮力的作用后重力减小，加上砝码45拉力作用，透明内罐41向上漂浮，在流体流入透明内罐41的过程中，气体快速从液体中逸出并聚集在透明内罐41的顶部，透明内罐41的下部除了原来预存的水外，新增加油水混合液体，在经过一段时间t后，再次旋动开闭互斥联动阀门48 (计时结束)，流体从流体进入管47直接流入流通管道49，不再流入测量罐。罐内待测量的流体,等待数分钟时间，液体的油水自然分离，调整调节砝码45的重量，确保透明内罐41的液体上表面与内外罐之间液体的上表面处在相同的高度(保证内罐41中气体的压力等于罐体外的大气压力、标准气压)，使用内罐容积刻度尺42读取气体体积Vgas,油体积Voil，水体积Vwater,并使用内外罐间隙刻度尺40所指示的水面高度进行流体体积的微量调整，得到时间t内的流入罐体油气水体积Vg, Vo, Vw，则所测的油气水混合流体的总体积流量Q=( Qg+Qo+Qw) /1= Vg/ t +Vot /+Vw/ t=气体流量+油流量+水流量。测量结束后，用液体排空泵52经过液体单向阀门53，把油水液体输送到分离罐101 (图1);减轻砝码45的重量，打开气体排空阀51，把气体从透明内罐41中排空；测量罐整体恢复到原始状态。准备进行下一次的测量。
[0049]使用测量罐测量流量，有四个优点，一是精度高，罐体的容积用国家标准的0.02%的标准计量罐传递刻度，流量测量精度可以达到0.1%,远远高于普通流量计，尤其是气体流量测量；二是长期稳定性好，罐体的容积长期稳定不变可以确保测量精度稳定。三是不受流体粘度、矿化度的影响。四是成本低。使用这种测量方式，克服了原装置改变流体粘度、矿化度精度下降的问题。主要器材使用非金属材料，预防高矿化度液体的腐蚀。
[0050]根据使用目标，本发明提出的油气水三相多功能检测系统可以变为油气、水、单相流装置、油水两相、气水两相流装置。具体制造这种装置，可以根据图1-图7部件设计图，同时依据使用目标，流量范围设计具体尺寸。基本原则是，采用耐腐蚀材料。
[0051]油是一种易燃品，受到国家安全部门的管理与安全控制，制造使用本装置，必须依照国家有关规定，安全使用油品。油也是一种污染源，受到国家环保部门的管理与控制，制造使用本装置，必须依照国家有关规定，接受环保的监督。该装置需要在室内使用，温度范围0-40°C。系统各个部件，需要良好接地，防止静电积累。存油罐，加装呼吸阀门，避雷。油的液化气、雾化气易燃易爆品，有危险。
[0052]本发明中的油气水三相多功能检测系统实现了系统油气水流量测量的高精度、低成本、多功能3重目标。液体精度0.1%，气体精度0.5%。系统制造成本在同等流量范围下，是原装置的1/3?1/5。在继续保持了原装置功能外，新增加改变流体粘度等参数的功能，扩展了实验适应范围，为油田、科研院所提供了新一代油气水多相流实验设备。使用本发明中的油气水三相多功能检测系统进行原装置不能实现的模拟实验研究-变粘度、变矿化度、变乳化程度等新实验，得到油水混合流动中对测井仪器影响的实验数据。该装置的发明为科研进一步深入，提供了基础手段、设施。对油田油井测量【技术领域】的技术进步具有重要意义。
[0053]图8是使用本发明中的油气水三相多功能检测系统进行电容持水率测井仪器受到原油粘度影响实验结果图板。实验结果证实，电容持水率测井仪器受到粘度影响很大，原油粘度增加，仪器的输出向油增加的方向偏移。如果不加修正，资料解释处理会存在较大误差。使用本系统进行粘度模拟实验，可以建立修正图板，不但可以定性地、而且可以定量地抵消原油粘度对测井仪器的不利影响，这对提高测井资料解释精度具重要作用。
【权利要求】
1.油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水三相多功能检测系统包括油气水分离存储罐、气体流量产生与调控装置、液体流量产生与调控装置和多功能井管装置，该油气水分离存储罐为进行油气水混合流体的分离的装置，并进行液体存储和液体参数的调整，该气体流量产生与调控装置是气体的产生装置，提供气体流动的动力并指示气体的流量，调节气体流量的大小使流量恒定，该液体流量产生与调控装置连接于该油气水分离存储罐，提供液体流动的动力并指示液体的流量，调节液体流量的大小使流量恒定，该多功能井管装置连接于该气体流量产生与调控装置和该液体流量产生与调控装置，该多功能井管装置中具有可置换井筒，并带动该可置换井筒偏转。
2.根据权利要求1所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水三相多功能检测系统还包括油气水流量测量罐，该油气水流量测量罐连接于该多功能井管装置，以进行油气水三相的单相流量的测量。
3.根据权利要求2所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水流量测量罐包括透明外罐，内外罐间隙容积刻度尺，透明内罐，内罐容积刻度尺，内罐拉绳，滑轮，砝码，支架和测量流体进入管，该透明内罐位于该透明外罐内，该透明内罐的顶端连接于该内罐拉绳，并通过该支架上的该滑轮与该砝码相连，该测量流体进入管连接于该透明内罐，为流体进入该透明内罐的管道，该内罐容积刻度尺位于该透明内罐上，以读取流体体积，该内外罐间隙刻度尺位于该透明外罐上,根据该内外罐间隙刻度尺所指示的水面高度进行该流体体积的计量。
4.根据权利要求3所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水流量测量罐还包括流体进入管和开闭互斥联动阀门，该开闭互斥联动阀门控制流体是否从该流体进入管中流入该油气水流量测量罐。
5.根据权利要求3所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水流量测量罐还包括气体排空阀，液体排空泵和液体单向阀门，该液体排空泵经过该液体单向阀门，将油水液体输送到该油气水分离存储罐，该气体排空阀将气体从该透明内罐中排空。
6.根据权利要求1所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水三相多功能检测系统还包括流量系统连接管线，该流量系统连接管线为该油气水三相多功能检测系统中各个部件间的连接管线。
7.根据权利要求1所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水分离存储罐包括油气水分离油水存储罐、高粘度油和高矿化度水存储罐、油气水进入管道、出油管道、出水管道、第一调节阀和第二调节阀，流体从该油气水进入管道进入该油气水分离油水存储罐，并在该油气水分离油水存储罐中进行水下、油上的分离，分离后的油通过该出油管道进入该高粘度油和高矿化度水存储罐，分离后的水通过该出水管道进入该高粘度油和高矿化度水存储罐，通过该第一调节阀向该高粘度油和高矿化度水存储罐中的存油空间加入一定量的高粘度油，通过该第二调节阀向该高粘度油和高矿化度水存储罐中的存水空间加入一定量的高矿化度水。
8.根据权利要求1所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该气体流量产生与调控装置包括空气压缩机，过压停机旋钮，气体逸出调节阀，气体压力表，气体流量调节阀门，气体流量指示表和出气管道，该空气压缩机抽取环境空间的空气压缩后从该出气管道输送到该油气水三相多功能检测系统，该过压停机旋钮在压缩后的空气压力超过预定压力时，进行自动停机保护，该气体流量指示表指示该压缩后的空气的流量，该气体压力表指示该压缩后的空气的压力，该气体逸出调节阀和该气体流量调节阀门调节该压缩后的空气的流量。
9.根据权利要求1所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该油气水三相多功能检测系统包括第一液体流量产生与调控装置和第二液体流量产生与调控装置，该第一液体流量产生与调控装置与该油气水分离油水存储罐的油层相连，该第二液体流量产生与调控装置与该油气水分离油水存储罐的水层相连。
10.根据权利要求1所述的油气水三相多功能检测系统，其特征在于，该液体流量产生与调控装置包括液体泵，液体进入管道，超压自动回流阀门，回流调节阀，压力表，液体流量指示表，流量调节阀门和出液管道，该油气水分离油水存储罐中的液体通过该液体进入管道由该液体泵抽取，并通过该液体泵给液体加压，该加压后的液体一路通过该回流调节阀返回到该液体泵的入口的该液体进入管道，再次被吸入该液体泵，该加压后的液体另一路经过该流量指示表指示流量、该流量调节阀门调节流量，从该出液管道流出进入该油气水三相多功能检测系统，该超压自动回流阀门在该加压后的液体的压力超过预定压力时，进行过压自动回流保护，该压力表显示该加压后的液体的压力。
【文档编号】E21B43/34GK103541717SQ201210421718
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2012年7月11日
【发明者】谢景平, 王学元, 王强, 赵国华, 刘树勤 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石化集团胜利石油管理局测井公司