专利名称：高温高压四参数测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田上使用的井下测试仪，特别涉及一种在稠油开采注蒸气过程中对吸气剖面的温度、压力、流量和干度进行精确测量的测试仪。
蒸气吞吐和蒸气驱是目前用于稠油开采的一种最经济最有效的方法，注蒸气井的井下注汽参数的变化情况和各油层的吸气情况直接反映了蒸气的驱油效果，并直接关系到稠油油藏的动用程度和稠油的产量。为了准确对稠油油藏进行动态分析，就必须有一种专用的测试仪器能精确可靠地测出井下的温度、压力、流量和干度四个参数。但目前现有的测试仪器均存在各种不足之处和局限性。
本受让人的专利号为92237200.5，公告日为1994年4月13日的中国实用新型专利公开了一种“真空隔热吸气剖面测试仪”。请参见图4。该测试仪包括探测总成、耐高温隔热瓶总成、信号变送总成和井下单片机采样系统四个部分。
其中的探测总成由测量探针2a、流体稳定段3a、引压管4a、钢丝绳帽5a和上密封接头7a组成。测量探针由多个几何形状各异的笛形管组合而成，该组合管上具有测压小孔，用于直接感受两相流的动压。流体稳定段3a为一中空的长圆柱体，侧面开有一个测压孔，用于监测井筒内的静压。引压管4a为一个细长管，能把测量探针2a测得的动压及流体稳定段3a测得的静压传入一耐高温隔热瓶总成。钢丝绳帽5a是一个管件，一端与流体稳定段3a连接。用于将测试仪悬到井下的钢丝绳从钢丝绳帽5a的中间通过，并卡固在此。
耐高温隔热瓶总成由隔热瓶塞9a和瓶体8a组成。瓶体8a为内外夹层结构，中间的夹层部分被抽吸成真空，具有隔热功能。
信号变换器总成由差压变送器10a、压力变送器11a、温度变送器及信号传输装置构成。温度检测元件12a为一个铂热电阻耐热高温引线经隔热瓶塞9a铂热电阻测得的温度输入隔热瓶的温度变送器。
井下单片机采样系统由主机、I/O接口、多层线路板及采样软件组成。由差压变送器10a、压力变送器11a、温度变送器输出的信号进入I/O接口的采样器，由单片机的采样软件定时定点采样，并将采集结果存储在RAM内。
这种现有的测试仪利用两相流在流动过程的脉动特性对吸气剖面的温度、压力、流量和干度进行精确测量，必须使用笛形管或类似结构结构，因此导致如下缺点1.其采用笛形管结构来测试压力，笛形管的伸展方向由于与测试仪在油管内的运动方向相外部持垂直，而妨碍测试仪的运动。
2、用于固定钢丝绳的钢丝绳帽位于笛形管的下部，所以，在使用时，钢丝绳必须穿过笛形管，导致笛形管被分成两个部分，而影响测试效果。
3、笛形管位于整个装置的上部，当由于钢丝绳断裂而使测试仪遗落于井下，并欲使用工具将其打捞上来时，打捞工具会因施力在笛形管上而使其遭到破坏。
4、现有装置的隔热耐高温瓶总成虽然可以使外界热量不能传入，但在工作状态下，由于其内部电子元件分布不均，产生的热量会使瓶内局部温度过高，而影响电路的运行。
5、现有隔热耐高温瓶总成的瓶塞对瓶体的密封效果在长时间的高压状态不能满足实际需要。
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种利用两相流的差压在不同位置上的不同，对上述四参数进行测试，使压力测试装置不会妨碍测试仪运动的吸气剖面测试仪。
本实用新型的另一个目的在于提出一种钢丝绳不会影响测试效果的测试仪。
本实用新型的再一个目的在于提出一种在因钢丝绳断裂而使测试仪遗落于井下时，打捞工具可以容易地施力在其上而不会使其遭到破坏的测试仪。
本实用新型的又一个目的在于提出一种使隔热耐高温瓶内的温度分布均匀的测试仪。
本实用新型的还一个目的在于提出一种瓶塞对瓶体的密封在长时间的高压状态仍能满足实际需要的测试仪。
本实用新型提出这样一种用于在稠油开采注蒸气过程中对吸气剖面的温度、压力、流量和干度进行测量的测试仪，包括绳帽、测量段、连接在测量段下部的保温段、连接在保温段下部的绝热段以及位于绝热段中的数据采集存储系统；所述测量段包括沿测试仪纵向依次排列的、用于测试不同纵向位置的井下压力的压力传感器，和热电偶；所述数据采集存储系统中包括用于接收其中一个压力传感器测得的压力值信号的压力传感器，和多个用于接收其中每两个压力传感器测得的压力值信号从而产生多个差压信号的差压传感器，以及用于接收热电偶所产生的温度信号的温度传感器；和用于将压力传感器分别测得的压力值和由热电偶测出的温度值传送给数据采集存储系统从而通过计算获得温度、压力、流量和干度值的毛细管和导线。
以下结合附图对本实用新型的详细描述将使本实用新型的上述特点和目的变得更加清晰。
图1-A·B是本实用新型提出的测试仪的纵向剖视图。
图2是本实用新型的瓶塞在保温段所具有的锥形结构的示意图。
图3是用于本实用新型的传感器、井下单片机数据定时采集存储系统的原理框图。
图4是现有测试仪的纵向剖视图。
如
图1所示，本实用新型的测试仪包括位于顶端的绳帽1、固定连接在绳帽下部的测量段2、连接在测量段下部的保温段3和连接在保温段3下部的绝热段4。
绳帽1包括一个小直径的上部11和一个大直径的下部12，一中心孔13贯穿整个绳帽。用于悬挂测试仪的钢丝绳(图中未示)可穿过并固定在该中心孔13中。在小直径的上部11的外周面上具有齿形部，用于在因钢丝绳断裂而使测试仪遗落于井下时，打捞工具可以容易地施力在其上而将测试仪夹住并打捞上来。
测量段2包括一个导热良好的金属壳体26、位于壳体26中的三个用于测试压力的压力传感器21、22和23(在本实用新型中所示的压力传感器为扩散硅压阻式传感器，以下简称为膜盒)和一个用于测量温度的热电偶25，以及位于壳体26两端的上端盖27和下端盖24。上端盖27的内部有一个通孔，当其被固定在壳体26上时，该通孔使壳体26内部与外界相通。三个膜盒21、22和23依次沿测试仪的纵向设置在壳体26中，并且，在它们顶部的应变膜片的上方，分别被上端盖27或一隔离盖28隔离出一个与壳体26内部的其它部分隔绝的感应空间。隔离盖28的侧部具有使上述感应空间与外界相通的孔281。对应于膜盒22、23的隔离盖28的孔281，在壳体26上设有孔261。通过孔281和孔261，膜盒22、23的感应空间与测试仪外部相通。上端盖27在膜盒21的上部隔离出一个类似的感应空间，该感应空间通过上端盖27中的通孔与测试仪外界相通。上端盖27通过螺纹与绳帽1连接在一起，从而使测试段2与端帽连结在一起。当这样连接起来以后，绳帽1的中心孔13与上端盖27的孔相对准，从而使膜盒21的测试空间与测试仪外部相通。
应该注意的是，所使用的钢丝的直径应比中心孔13的内径小，以保证膜盒21的测试空间与测试仪外界的畅通。
热电偶25装在膜盒23与下端盖24之间的空间中。由于壳体26由导热良好的金属材料例如不锈钢构成，所以，热电偶25虽然装在壳体26中，也可较精确地测得测试仪外的温度。
通过膜盒21、22和23测得的压力值和由热电偶测得的温度值通过毛细管和导线传输到绝热段4。
保温段3包括通过一环形件31与下端盖24相连的瓶塞配合件33、用于封住下面再说明的真空腔的瓶塞34，以及贯穿下端盖24环形件31、瓶塞配合件33和瓶塞34的保温段芯体32构成。保温段芯体32用于导引来自测量段2的毛细管和导线，为了增加整个测试仪的强度，其上半部由金属构成，该芯体32的下半部包含有吸热剂36并伸在下面将要提到的真空腔42中，用于封住下面将要提到的均热管并使来自芯体32的上部的热量不会传至绝热段4中。
如图2所示，瓶塞34大致为中空的圆柱形，其内孔的上部为渐扩的喇叭形。与瓶塞34内孔配合的保温段芯体32的金属上部亦形成有一个直径渐大部321，该直径渐大部321与瓶塞34内孔上部配合在一起，构成一个锥形配合部。该锥形配合部可以确保瓶塞34与芯体32气密地配合在一起，从而保证绝热段4中的真空腔42处于真空状态。另外，在锥形配合部的芯体32和瓶塞34之间还加有一个密封垫37，该垫37优选由紫铜制成。
本实用新型测试仪的绝热段4包括带有底端头46的外壳41、均热管43及位于均热管43内腔45中的传感器组5和单片机数据采集存储系统6。该外壳41的内壁与均热管43外壁之间的空间被抽成真空而构成真空腔42，如上文所提及的，该真空腔由瓶塞34气密的封住，用于保证测试仪在注气井下350摄氏度的环境下工作6个小时，内腔45内的温度不超过40摄氏度。另外，均热管43的作用还在于，当内腔45内因电子元件的工作而导致局部温度升高时，该均热管良好的导热性可保证内腔内的温度均匀。位于均热管43和底端头46之间的弹簧47用于为均热管减震。
参见图3，传感器组5包括一个温度传感器、一个压力传感器和两个差压传感器，压力变送器和差压变送器将压力传感器和两个差压传感器中的压力信号变换为电信号，并将这些信号送至单片机数据采集存储系统6。
在使用时，本实用新型的测试仪由钢丝绳悬挂下井，利用测试仪外壳与油管壁之间构成的环形空间作为节流装置，由三个膜盒21、22和23分别测得的三个压力P1、P2和P3，同时由热电偶25测出温度，这些被测出的压力值和温度值分别通过毛细管和导线传送给传感器组5，其中，膜盒21测得的压力P1传给传感器组5的压力传感器作为所需要的压力值，膜盒21和膜盒22测得的压力P1和P2传给一个差压传感器产生一个差压信号P1，膜盒22和膜盒23测得的压力P2和P3传给另一个差压传感器产生第二个差压信号P2，热电偶25测得的温度信号传送给温度传感器。变送器将这些压力信号、差压信号转换为电信号，并由单片机数据采集存储系统6放大、滤波和A/D转换后存储起来。当测试仪从井下返回地面后，地面主机利用这样采集的数据，不但可获得温度和压力，而且应用根据气液两相流理论而得出的数学模型，利用差压P1和P2，即可计算出流量和干度值。
权利要求1.一种高温高压四参数测试仪，包括绳帽(1)、测量段(2)、连接在测量段(2)下部的保温段(3)连接在保温段(3)下部的绝热段(4)以及位于绝热段(4)中的数据采集存储系统(5、6)；其特征在于所述测量段(2)包括沿测试仪纵向依次排列的、压力传感器(21、22和23)，和热电偶(25)；所述数据采集存储系统(5、6)中包括用于接收其中一个压力传感器测得的压力值信号的压力传感器，和多个用于接收其中每两个压力传感器测得的压力值信号从而产生多个差压信号的差压传感器，以及用于接收热电偶所产生的温度信号的温度传感器；用于将压力传感器(21、22、23)分别测得的压力值和由热电偶(25)测出的温度值传送给数据采集存储系统(5、6)的毛细管和导线。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述测量段(2)包括一个金属壳体(26)、位于壳体(26)中的三个用于测试压力的压力传感器(21、22和23)和一个热电偶(25)，以感器(21、22和23)和一个热电偶(25)，以及位于壳体(26)两端的上、下端盖(27、24)；上端盖(27)的内部有一个通孔，当其被固定在壳体(26)上时，该通孔使壳体(26)内部与外界相通；三个膜盒(21、22和23)依次设置在壳体(26)中并且它们的顶部感应膜的上方分别被上端盖(27)和隔离盖(28)隔离出一个与壳体26内部的其它部分隔绝的感应空间；隔离盖28的侧部具有使上述感应空间与外界相通的孔(281)；对应于膜盒(22、23)的隔离盖(28)的孔(281)，在壳体(26)上设有孔(261)；通过隔离孔(281)和孔(261)，膜盒(22、23)的感应空间与测试仪外部相通；上端盖(27)在膜盒(21)的上部隔离出一个类似的感应空间，该感应空间通过上端盖中的孔与测试仪外界相通；
3.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述绳帽(1)位于这个测试仪的顶端并包括一个小直径的上部(11)和一个大直径的下部(12)，一中心孔(13)贯穿整个绳帽，在小直径的上部(11)的外周面上具有齿形部。
4.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述绝热段(4)包括外壳(41)和均热管(43)，外壳(41)的内壁与均热管(43)的外壁之间构成真空腔(42)，该真空腔由一瓶塞(34)气密地封住。
5.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述保温段(3)包括通过一环形件(31)与端盖(34)相连的瓶塞配合件(33)、用于封住真空腔(42)的瓶塞(34)、以及贯穿下端盖(24)、环形件(31)、瓶塞配合件(33)和瓶塞(34)的保温段芯体(32)构成。
6.根据权利要求5所述的测试仪，其特征在于，所述瓶塞(34)大致为中空的圆柱形，其内孔的上部为渐扩的喇叭形，与瓶塞(34)内孔配合的保温段芯体(32)的上部亦形成一个直径渐大部(321)，该直径渐大部(321)与瓶塞(34)内孔上部配合在一起，构成一个锥形配合部。
7.根据权利要求6所述的测试仪，其特征在于，在锥形配合部的芯体(32)和瓶塞(34)之间还加有一个密封垫(37)。
8.根据权利要求7所述的测试仪，其特征在于，该垫(37)由紫铜制成。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的测试仪，其特征在于，所述压力传感器和差压传感器为扩散硅压阻式传感器。
10.根据权利要求1到8中任意一项所述的测试仪，其特征在于，所述外壳(26、41)和均热管(43)由不锈钢制成。
专利摘要一种用于在稠油开采注蒸气过程中对吸气剖面的温度、压力、流量和干度进行测量的测试仪，包括绳帽、测量段、连接在测量段下部的保温段、连接在保温段下部的绝热段以及位于绝热段中的数据采集存储系统；由压力传感器分别测得的压力值和由热电偶测出的温度值，分别通过毛细管和导线传送给数据采集存储系统，从而通过计算获得温度、压力、流量和干度值。这种装置结构能对上述四个参数进行精确地测量。
文档编号E21B47/10GK2269463SQ9622652
公开日1997年12月3日 申请日期1996年6月7日 优先权日1996年6月7日
发明者马冬岚, 林宗虎, 王栋, 邱祖廉, 许宝燕, 陈大众, 赵业卫, 郑钰 申请人:辽河石油勘探局钻采工艺研究院