专利名称：脉冲中子流量计测量非牛顿流体流量的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非牛顿流体的测量方法及测量装置。具体讲该方法是用于油田注入井注入剖面的测量，尤其对于“三次采油”注聚合物、三元复合物和分层配注的部分注水井，注物为水基溶液和水，其流动状态不符合牛顿定律流体注入物的测量。
目前在采油行业注水井注入剖面一般用常规测井仪器测量，如涡轮流量计、同位素示踪测井等方法测量。但在“三次采油”注入井中为提高采收率，注入的流体是高黏度的聚合物水溶液，用现有的仪器测量注聚合物溶液井时，因注入流体粘度增高，导致涡轮不能正常转动，影响测量结果，甚至无法测量；同位素示踪法也由于聚合物粘度大，示踪剂无法分散，导致测量精度下降，还有注入量低以及地层的射孔深度大，地层吸液孔隙不均等因素影响也得不到理想的结果。对于测量管后地层的注入剖面，目前只有同位素示踪法能够进行测量，但受到井筒粘污和示踪剂沉降的影响，测量结果也不能够反映地层的真实情况。
本发明的目的是针对油田开发后期，为解决注聚合物溶液井注入剖面的监测这一难题提出一种脉冲中子流量计测量非牛顿流体流量的方法及其装置。注聚合物溶液井和分层配注井中，流体的流动不符合牛顿的流动定律，要想准确测量流体的流量，目前的方法是无法解决的。本发明提出的采用脉冲中子流量计测量非牛顿定律流体的流量，能够解决注聚合物和分层配注井的注入剖面测量的难题。
本发明的主要技术内容是，用脉冲中子流量计测量非牛顿流体，通过测量非牛顿流体中水分子中的氧元素，测量水流的速度，间接测量出非牛顿流体的流速。仪器由中子发生器和特征γ射线探测器组成。中子发生器发射中子，使井筒内的水或水溶液中的氧元素活化，氧活化后具有放射性，放出6.13Mev的γ射线，如果水流动，γ射线探测器就可以测出水的流动信号，进而测出水的流速。
快中子氧活化反应 当快中子与水溶液中的氧元素发生作用时，就会发生(n,p)反应。16O(n,p)16N反应属于发射质子的反应，生成的放射性167N核经β-衰变后变为处于激发态的168O核，然后16O的激发态核又通过发射6.13Mev的伽马射线回到基态。
活化阈能10.2Mev，特征γ射线能量6.13Mev，半衰期7.13s。
测量方法是采用一个较短的活化期(1-10s)，选择一个较长的数据采集期(一般为60s)进行活化测量。中子源至探测器的距离L是已知的，通过测量活化水从中子源被活化，流到探测器被探测的时间t，根据公式V=l/tt=∫f(t)tdt∫f(t)dt]]>计算出流体的速度V，可以多次重复测量以提高测量精度。
脉冲中子流量计由中子发射部分、γ射线接收部分、电源供给部分组成。中子发射部分由中子管7、高压倍加器4组成，装在绝缘筒5内；接收部分由探测器8、前置放大器9、探测器高压变换器11、数据采集板10组成，通过四芯滑环6与中子发射部分连接；电源供给部分由三芯滑环1、直流变换器2组成，三芯滑环上部与测井电缆连接，下部与直流变换器连接，直流变换器提供中子发射部分和γ射线接收部分所需电源，整个仪器装在外壳体3内。
探测器8的数量大于等于1均可；探测器8与中子管7的距离大于50cm均可。
其电路结构如图3所示，三芯滑环1与三芯电缆连接，分别用做2个100V直流供电和1个数据传输。缆芯1供100V直流电源通过直流变换器2输入高压倍加器4，高压倍加器4输出与中子管7连接，高压倍加器4把100V直流电变换成120KV高压供给中子管；缆芯2供100V直流电进入直流变换器2，变换出+5V、+15V电源，分别供给数据采集板10、探测器高压变换器11和前置放大器9，同时变换出+3V电源提供给中子管7；100V电源供给阳极脉冲产生器，在数据采集板的控制下，变换出2500V阳极脉冲，控制中子管的定时发射。中子管在阳极脉冲的控制下，发射中子，发射时间为1-10s。探测器高压变换器11为4个探测器8提供900V的高压，探测器8通过接收伽马信号，将探测的伽玛信号转变为电信号，经过前置放大器9放大，进入数据采集板10进行计数，数据采集板定时采集4个探测器的计数，同时采集接箍器12的接箍信号，经过预处理，通过缆芯3传输到地面系统。同时数据采集板10接收地面系统传送的命令，产生阳极脉冲控制信号，控制中子管的发射时间和发射频率。
测量方法采用“点测”不集流。仪器下井后，先测一条伽玛基线，该基线与接箍曲线共同完成校深工作，然后把仪器下到指定深度后开始定点测量。测量方法是选择一个较短的活化期(1-10s视水流速度而定)，采用60s的数据采集时间进行活化测量。从发射中子到采集完成，是一个测量周期，一般每个测量点须测量10-15个周期。水流的速度是根据中子源至探测器的距离，活化水通过探测器的时间确定出来的，多次测量的目的是提高测量精度。
本发明的技术效果在于，该测量方法和仪器与现有的测量方法相比较具有如下的优点；首先，该方法不使用任何放射性示踪剂，这样就克服了抱团、粘污、沉淀、地层漏失等因素影响；其次，该方法在分层配注的注入井中可在油管内直接测量油套空间的水流速度，准确给出地层的真实吸液情况；另外，该仪器没有旋转部件，不会受到液体粘度的影响，特别适用于注聚合物、三元复合剂水井的注入剖面测量。
图1为本发明脉冲中子流量计(上水流)的结构示意图；图2为本发明脉冲中子流量计(下水流)的结构示意图；图3为本发明脉冲中子流量计的电路原理图。
实现本发明的实施例如图所示，脉冲中子流量计可为上水流仪器如图1所示，也可为下水流仪器如图2所示。两种仪器均由12个部件组成，只是连接顺序不同。
下水流仪器的结构如图2所示三芯滑环1上部分与测井电缆连接，下部分与直流变换器相连接，高压倍加器4和中子管7连在一起，装在绝缘筒5内，通过四芯滑环6与探测器8相连；探测器8共有4个分别为8-1、8-2、8-3、8-4，分布在距中子管7中点的距离为61cm、102cm、142cm、183cm；在探测器8-1和8-2、8-3和8-4的中间放置前置放大器9，负责小信号的预放大；在探测器8-2和8-3之间放置数据采集板10，负责采集4个探测器的测量结果；在仪器的后部有探测器高压变换器11和接箍器12组成。所有部件全部安装在仪器外壳体3内。
上水流仪器的结构如图1所示，排列顺序为；三芯滑环1、直流变换器2、接箍器12、探测器高压变换器11、探测器8分布的顺序为8-4、8-3、8-2、8-1，在探测器之间放置了前置放大器9和数据采集板10，然后通过四芯滑环6和中子管7相连，最后是高压倍加器4，中子管7和高压倍加器4装在绝缘筒5内，所有部件装在仪器外壳体3内。
两种仪器结构不同，但电路原理及工作方式相同，如图3所示。
权利要求
1.脉冲中子流量计测量非牛顿流体流量的方法，其特征在于该方法是用脉冲中子流量计测量非牛顿流体，通过测量非牛顿流体中水分子中的氧元素，测量水流的速度，间接测量出非牛顿流体的流速，测量过程是中子发生器发射中子，使井筒内的水或水溶液中的氧元素活化，氧活化具有放射性，放出6.13Mev的γ射线，如果水流动，γ射线探测器就可以测出水的流动信号，进而测出水的流速； 当快中子与水溶液中的氧元素发生作用时，就会发生(n,p)反应，16O(n,p)16N反应属于发射质子的反应，生成的放射性167N核经β-衰变后变为处于激发态的168O核，然后16O的激发态核又通过发射6.13Mev的伽玛射线回到基态；活化阈能10.2Mev，特征γ射线能量6.13Mev，半衰期7.13s；测量方法是，采用一个较短的活化期(1-10s)，选择一个较长的数据采集期(一般为60s)进行活化测量，中子源至探测器的距离L是已知的，通过测量活化水从中子源被活化，流到探测器被探测的时间t，根据公式V=l/tt=∫f(t)tdt∫f(t)dt]]>计算出流体的速度V。
2.权利要求1所述脉冲中子流量计，其特征是该流量计由中子发射部分、γ射线接收部分、电源供给部分组成，中子发射部分由中子管(7)、高压倍加器(4)组成，装在绝缘筒(5)内；接收部分由探测器(8)、前置放大器(9)、探测器高压变换器(11)、数据采集板(10)组成，通过四芯滑环(6)与中子发射部分连接；电源供给部分由三芯滑环(1)、直流变换器(2)组成，三芯滑环上部与测井电缆连接，下部与直流变换器连接，直流变换器提供中子发射部分和γ射线接收部分所需电源，整个仪器装在外壳体(3)内。
3.根据权利要求2所述脉冲中子流量计，其特征在于，探测器(8)的数量大于等于1均可，探测器(8)与中子管(7)的距离大于50cm。
4.根据权利要求2所述脉冲中子流量计，其特征在于流量计分为上水流仪器和下水流仪器，下水流仪器的三芯滑环(1)上部分与测井电缆连接，下部分与直流变换器(2)相连接，高压倍加器(4)和中子管(7)连在一起，装在绝缘筒(5)内，通过四芯滑环(6)与探测器(8)相连，探测器(8)分别为(8-1)、(8-2)、(8-3)、(8-4)，分布在距中子管(7)中点的距离61cm、102cm、142cm、183cm，在探测器(8-1)和(8-2)、(8-3)、(8-4)的中间放置了前置放大器(9)，在探测器(8-2)和(8-3)之间放置了数据采集板(10)，在仪器的后部有探测器高压变换器(11)和接箍器(12)，所有部件安装在壳体(3)内；上水流仪器的排列顺序为，三芯滑环(1)、直流变换器(2)、接箍器(12)、探测器高压变换器(11)、探测器(8)分布的顺序为(8-4)、(8-3)、(8-2)、(8-1)，在探测器之间放置前置放大器(9)和数据采集板(10)，然后通过四芯滑环(6)和中子管(7)相连，最后是高压倍加器(4)，中子管(7)和高压倍加器(4)装在绝缘筒(5)内，所有部件装在仪器外壳体(3)内。
5.根据权利要求2所述脉冲中子流量计，其特征在于电路结构为，三芯滑环(1)与三芯电缆连接，分别用做2个100V直流供电和1个数据传输，缆芯(1)供100V直流电源通过直流变换器(2)输入高压倍加器(4)，高压倍加器(4)输出与中子管(7)连接，高压倍加器(4)把100V直流电变换成120KV高压供给中子管缆芯(2)供100V直流送入直流变换器(2)，变换出+5V、+15V电源，分别供给数据采集板(10)、探测器高压变换器(11)和前置放大器(9)，同时变换出+3V电源提供给中子管7；100V电源给阳极脉冲产生器，在数据采集板的控制下，变换出2500V阳极脉冲，控制中子管的定时发射，中子管在阳极脉冲的控制下发射中子，发射时间为1-10s；探测器高压变换器(11)为探测器(8)提供900V高压，探测器(8)通过接收伽玛信号，将探测器伽玛信号转变为电信号，经过前置放大器(9)放大，进入数据采集板(10)进行计算，数据采集板定时采集4个探测器的计数，同时采集接箍器(12)的接箍信号，经过予处理，通过缆芯(3)传输到地面系统，同时数据采集板(10)接收地面系统传送的命令，产生阳极脉冲控制信号，控制中子管的发射时间和发射频率。
全文摘要
本发明涉及一种脉冲中子流量计测量非牛顿流体流量的方法及装置,该方法是通过测量非牛顿流体中水分子的氧元素,测量水流的速度间接测量出非牛顿流体的流速,仪器由中子发生器和特征γ射线探测器组成,该方法可应用到测量注聚合物、三元复合物的注入井及分层配注注水井的测井及施工工艺中,测量精度高,克服了现有测量仪器的缺点。
文档编号G01F1/708GK1305094SQ0012319
公开日2001年7月25日 申请日期2000年10月30日 优先权日2000年10月30日
发明者王建民, 肖培琛, 姜亦忠, 马庆成, 李剑浩 申请人:大庆石油管理局测井公司