一种超声传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在油田上使用的井下测量传感器，尤其涉及一种超声传感器。
【背景技术】
[0002] 生产测井通常是指油气井投产以后所进行的测井作业，包括完井后的注入井和产 出井测井技术。近年来，生产测井的任务已经从钻井初期的各个阶段扩展至油井的整个开 采历程，主要目的是评价油气井自身的状况和监测油藏的动态变化，为油田管理提供依据。 根据测量对象和测量目的不同，生产测井大致可划分为三个重要组成部分：工程技术测井、 产层评价测井和生产动态测井。其中，产出剖面测井属于生产动态测井的范畴，贯穿于油气 井从投产到报废的全过程。主要任务是对产出井的流动剖面进行动态监测，了解每个产层 的产出情况。产出剖面的测井解释是精细化油藏描述的基础资料，在油气田开发领域起着 举足轻重的作用。
[0003] 水平井技术是我国二十世纪末期迅速发展起来的新技术，由于在提高产量和开发 效益方面表现出了巨大的潜力和优势，得到了油气田开发领域的普遍重视。在水平井中，受 重力分异作用的影响，油-气-水三相在管道中分层流动。国内外测井工程师和石油院校 的专家学者们普遍认为，在水平井中不适合采用中心采样器件，而且在油-气-水分层流动 的条件下，要准确获得产层中各相的产量，更适合采用相持率和相速度联合测量的间接测 量策略。
[0004] 近年来，相关测井工具陆续被开发和生产，比较有代表性的为由Sondex公司开发 的MAPS(Multiple Array Production Suite 多阵列生产套件）以及由 Schlumberger 公司 开发的Flow Scanner(流扫描器KMPS集成了呈圆周分布的电容探针阵列、电导探针阵列 和涡轮阵列，电容探针阵列根据介质介电常数的差异区分油-气-水三相，电导探针阵列则 主要用于精确定位水相的分布，涡轮阵列利用分布在测量截面不同位置上的涡轮感知各相 流体的流速。与MAPS不同，Flow Scanner采用纵向阵列结构，并且使用光纤探针取代电容 探针，对气相具有更好的分辨能力。上述两种测井工具，均采用涡轮传感器作为流速测量装 置，在理想情况下，涡轮的转速与流体的流速成正比关系。涡轮传感器为转动部件，在实际 测量时，常常会因为井底出砂而导致涡轮遇卡。更为严重的是，涡轮传感器的响应受启动排 量的限制，根据现场应用反馈，对一些中低产液量的油井，发生了涡轮传感器失效的情况。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提出了一种超声传感器，能够解决现有的传感器在测 量流体流速时存在的遇卡和启动排量受限制的问题，提高了检测精度和可靠度。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提出了一种超声传感器，该超声传感器包括：超声探 头、机械臂和保护筒。
[0007] 超声探头，用于发射和接收超声波。
[0008] 机械臂，用于安装和支撑超声探头，并通过打开或收缩带动超声探头伸出或缩入 保护筒。
[0009] 保护筒，用于固定机械臂，并保护缩入保护筒内的机械臂与超声探头。
[0010] 优选地，机械臂和超声探头均包括多个，每个机械臂上未固定于保护筒的一端上 安装一个超声探头。
[0011] 其中，多个机械臂固定安装于保护筒的外壁上的多个凹槽内，多个凹槽的形状、尺 寸相同，并围绕保护筒的外壁上同一圆周均匀分布；一个机械臂安装于一个凹槽内，每个机 械臂的固定端安装于每个凹槽的靠近保护筒的端头的一端，并且各个机械臂在凹槽内的固 定点形成围绕保护筒的第一圆周；当各个机械臂在管道空间中旋转处于打开位置时，多个 超声探头等间隔分布，各个超声探头的位置形成围绕保护筒的第二圆周，第一圆周和第二 圆周所确定的平面与保护筒的轴线垂直。
[0012] 优选地，机械臂通过打开或收缩带动超声探头伸出或缩入保护筒是指：
[0013] 机械臂打开时，机械臂未固定于保护筒的一端携带超声探头伸至所测管道空间 内。
[0014] 机械臂收缩时，机械臂未固定于保护筒的一端携带超声探头缩至保护筒的凹槽 内。
[0015] 优选地，保护筒上安装有数量相等、排列方式相同并且空间位置相互对称的两组 机械臂与超声探头，分别位于保护筒的两端。
[0016] 优选地，当机械臂在管道空间中旋转处于打开位置时，两组超声探头分别形成上 游超声阵列和下游超声阵列。
[0017] 其中，上游超声阵列和下游超声阵列位于管道空间内流体流动的不同位置；上游 超声阵列和下游超声阵列之间保持预定的间距；上游超声阵列和下游超声阵列中的超声探 头一一相对并互相发射和接收超声波。
[0018] 优选地，上游超声阵列和下游超声阵列中的超声探头互相发射和接收超声波是 指：
[0019] 上游超声阵列中的超声探头发射超声波，由与其在位置上相对的下游超声阵列中 的超声探头接收超声波，并将超声波被发射和接收的时间差记录为正向传播时间。
[0020] 下游超声阵列中的超声探头发射超声波，由与其在位置上相对的上游超声阵列中 的超声探头接收超声波，并将超声波被发射和接收的时间差记录为反向传播时间。
[0021] 优选地，超声传感器还包括处理器，固定于保护筒内；处理器与各个超声探头连 接。
[0022] 处理器，用于采用以下数学式确定上游超声阵列和下游超声阵列中两个在位置上 相对的超声探头的中心连线与测量截面交点处的流体流速： /.)(/, -t,)
[0023] AV =---~- V:
[0024] 其中，AV为流体流速，D为上游超声阵列和下游超声阵列阵的所形成的圆周平面 之间的距离，h为超声波的正向传播时间，1 2为超声波的反向传播时间。
[0025] 优选地，超声传感器的测量截面是由井眼管道内的管道空间内壁所围成的圆面； 测量截面与管道空间的轴线垂直，定位于上游超声阵列和下游超声阵列之间的任意位置。
[0026] 与现有技术相比，本发明包括超声探头、机械臂和保护筒。超声探头，用于发射和 接收超声波。机械臂，用于安装和支撑超声探头，并通过打开或收缩带动超声探头伸出或缩 入保护筒。保护筒，用于固定机械臂，并保护缩入保护筒内的机械臂与超声探头。通过本 发明的方案，能够解决现有的传感器在测量流体流速时存在的遇卡和启动排量受限制的问 题，提高了检测精度和可靠度。
【附图说明】
[0027] 下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一 步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
[0028] 图1为本发明实施例的超声传感器在机械臂打开时的状态示意图；
[0029] 图2为本发明实施例的超声传感器在机械臂收缩时的状态示意图；
[0030] 图3为本发明实施例的超声传感器的上游超声阵列结构示意图；
[0031] 图4为本发明实施例的超声传感器的下游超声阵列结构示意图；
[0032] 图5为本发明实施例的超声传感器的测量截面示意图。
【具体实施方式】
[0033] 为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不 能用来限制本发明的保护范围。
[0034] 本发明是鉴于现有技术存在的各种问题而提出的，其目的在于，提供一种用于水 平井动态监测的测量传感器，该传感器在测量流体流速时不存在遇卡和启动排量的限制。