一种油井井下多相流测试设备的制作方法

1.本实用新型涉及油田设备领域，具体来说是一种油井井下多相流测试设备。


背景技术：

2.油田生产井在生产过程中，定期或不定期地了解生产井的生产状态是必需的，目前最常用的测试装置是涡轮流量计、电容式持水率计和流体密度计三者的组合流量计。涡轮流量计的测试原理是流体流动带动涡轮转动，进而通过涡轮转速反应流量大小，由于涡轮流量计测试原理的限制，它存在以下四点不可忽视的缺陷，其一，受启动流量限制，由于涡轮本身的质量，当流量不够大时，涡轮难以启动；其二，受流体性质影响，尤其是粘度影响，当流体粘度较高（比如稠油）时，涡轮难以转动；其三，当流体脱气时，气对涡轮转速的影响程度远大于油水，涡轮转速会异常偏大，严重干扰涡轮转速反应流量的一般规律，导致流量严重失真；其四，一般会通过集流伞集流来减小启动流量的限制，但不可避免的是集流伞会改变流体的原本流速，更多的是反应集流后流体的中心流速，与原本流速相差较远，导致测得的流量也有较大失真。
3.在油井中不同的液层由于压强、温度等各种条件的不同，会导致不同深度不同液层的流体流速不同，这样使得单一的流速测量的方法变得不可靠。
4.电容式持水率计基于生产井中流动油气与水的介电特性差异来测量混合流体持水率，混合流体电容的不同反应了油气与水比例的不同，受其测试原理的限制，它存在以下两点不可忽视的缺陷，其一，当含水较高时，水的导电性成为主导地位，此时含水率的变化已经难以引起电容的变化，故在中高含水时，测试分辨率严重下降；其二，油气介电特性差别不大，当流体脱气时，气的存在会严重混淆油的影响，导致持水率严重失真。
5.流体密度计主要是基于油水与气的密度差异来测试流体是否脱气，但是由于油水与气的密度相差甚远，一旦流体脱气，混合流体的密度就会趋向于气的密度，气多气少难以反应，故定性可行，但定量不可靠。
6.此种组合流量计，当流体脱气时，可定性反应是否脱气，但脱气程度难以反应，同时由于气的影响，油水流量和持水率严重失真；当流体不脱气时，只在中高含水、中高流量的非稠油井中测试效果可以接受，低流量井、稠油井或者含水很高时测试结果失真严重。且常规的组合流量计，在井下容易摆动，造成检测结果的不准确。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种油井井下多相流流量检测设备，能够检测出流体脱气程度，并且在管内位置稳定。
8.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
9.一种油井井下多相流测试设备，包括机架、外壳、铠装电缆；其中的探测系统包括超声波探头、涡轮流量计、持水率计，所述铠装单芯或多芯电缆固定于机架顶部，在机架外设有外壳，所述外壳底部与顶部贯通，在设备内部设有最上层机架上设有超声波探测仪主
机，与之配套的超声波探头与之连接并设于机架下部，在超声波探头底部设有持水率计，在所述超声波探头上方位置，涡轮流量计设于机架上，在外壳外围设有若干根侧支架，所述侧支架穿过外壳与机架相互连接，探测系统连接至pcb板。
10.优选地，在外壳内部设有遥测模块，所述遥测模块通过pcb板与探测系统连接。
11.优选地，所述侧支架通过与机架旋转连接，在侧支架上还旋转连接有连接杆，连接杆底部与机架之间设有弹簧，所述所有侧支架外围的外接圆直径略大于待测油井井壁外径。
12.优选地，在外壳底部设有导流锥，所述导向柱上预留有流道孔。
13.与现有技术相对比，本实用新型具有以下优点：
14.能够应用超声波流量测试技术，可以测试出相邻产出层之间油量、气量和水量的相对变化情况，再结合涡轮流量计和电容式持水率计，可以克服低流量、流体脱气、高含水或稠油井的限制，并可测得目前常规组合流量计难以测得的脱气程度参数。
附图说明
15.图1为本实用新型的立体示意图。
16.图2为本实用新型的剖视结构示意图。
17.其中，附图标记如下：1
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铠装单芯或多芯电缆，2
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外壳，3
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风道，4
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导流锥，5
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超声波探测仪主机，6
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连接杆，7
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弹簧，8
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涡轮流量计，9
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机架，10
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持水率计，11
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超声波探头，12
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遥测模块。
具体实施方式
18.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
21.一种油井井下多相流测试设备，包括机架9、外壳2、铠装单芯或多芯电缆1。探测系统包括超声波探头11、涡轮流量计8、持水率计10。所述铠装单芯或多芯电缆1固定于机架9顶部，用于牵引设备在油井管道内部上下移动。在机架9外设有外壳2，外壳2包裹整个设备，在底部与顶部贯通，中间为流道，在设备内部机架9的最上层上设有超声波探测仪主机5，与
之配套的超声波探头11与之连接并设于机架9下部。
22.在本实施例中，使用的超声波探测仪是一种基于多普勒反射效应的超声波探测仪，超声波探测仪探头11发射一定频率的超声波信号，并接收经井筒中油泡或气泡反射回来的超声波信号。探头设计基于以下基本原理：由于气泡向上的运动速度相对油泡更大，故经气泡反射回来的超声波信号产生的频移更大；同时气泡与水的波阻抗差异比油泡与水的波阻抗差异更大，故经单位气泡反射回来的超声波信号幅度比经单位油泡反射回来的超声波信号幅度更大。对采集到的时域信号做短时傅里叶变换得到频率
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幅度数据，然后将多个短时傅里叶变换结果相加，得到整个时间段的频率
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幅度曲线图。理论上，大量气泡或油泡引起的随机频移会主要分布在某一频率上下，故频率
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幅度曲线图会呈正态分布，经验证确实如此。气泡相比油泡，运动速度更大、运动程度更加杂乱无章，故气泡反射信号的频移分布范围更宽，所以有气产出时频率
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幅度曲线图半幅点的宽度更大；同时由于气泡反射超声波信号的能力更强，所以有气产出时频率
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幅度曲线图的幅值更大；统一的，当气泡或者油泡数量增多即产气量或者产油量增加时，也即反射泡的数量增多时，频率
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幅度曲线图的幅值也会增大。在通过铠装单芯或多芯电缆1将设备在井筒中上下移动至不同产出层时，通过处理后的频率
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幅度曲线图的半幅点宽度和幅值便可得知相邻产出层之间油量和气量的相对变化情况。当井筒中相邻两个产出层的半幅点宽度和幅值发生变化时，便可推断出这两个层之间油量和气量的变化情况油量增多或气量增多。
23.在超声波探头11底部设有持水率计10，在所述超声波探头11上方位置，所述持水率计10在本设备上下移动至不同液层时，可得每层的持水率。
24.涡轮流量计8设于机架9上，所述涡轮流量计8的叶片轮位于设备外壳2内流道上，可测的所在液层的液体流动速度。
25.在外壳2外围设有若干根侧支架3，所述侧支架3穿过外壳2与机架相互连接。所述侧支架3与机架9旋转连接，在侧支架3上还旋转连接有连接杆6的一端，连接杆6的另一端底部与机架9之间设有弹簧7，所述所有侧支架3外围的外接圆直径略大于待测油井井壁外径。这样的结构使得当设备放置入油井时，侧支架3外围一端，在弹簧7的作用下可贴紧油井井壁，这样使得装置在油井内部具有更好的稳定性，避免了装置在油井内液体流速较高时产生摆动，从而影响测量结果。
26.在外壳2的底部设有导流锥4，导流锥4是一种由实心金属材料制作而成的导流锥，导流锥4锥体本身的自重较大，并且为锥形，使得设备在井道内流体冲刷下尖头部分始终向下，在导向锥4上预留有流道孔，在井道中能够将使得固定比例的流体流入至设备内部的流道中。
27.整个探测系统连接至pcb板，pcb板上连接有遥测模块12，遥测模块12通过铠装单芯或多芯电缆1上的连接线将数据传送至地面测量人员。
28.使用原理：通过超声波探测仪可判断是液体内是否出气并且以及从哪一层开始出气，若不出气，则根据涡轮流量计8在最上层测试出的总流量、总持水率和超声波流量计测试得到的相邻层之间油水量的变化情况计算每层的油量，结合每层持水率，进一步反算出每层的水量及总流量；若出气，则根据超声波流量计测得的出气程度，对涡轮流量计和持水率计作气影响的修正。只需要测得最上层的总流量，便可得到每层的分层流量，可避免因下部产出层流量较小导致涡轮难以启动而测不到流量信息的缺陷；根据超声波流量计测得的
脱气程度，可对涡轮流量计和持水率计作气影响的修正，大幅降低流体脱气的影响；另外若每层的涡轮转速均有反应，则可据此计算出又一个油水量，并可将此结果与前述结果进行对比分析，使测试结果更为准确可靠。
29.按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。