专利名称：一种井下流体密度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于油井测量装置技术领域，具体涉及一种井下流体密度测量装置。本发明可用于油气井内流体密度的测量，主要适应于垂直井和斜井。
背景技术：
目前国内油气井密度的测量主要用放射性密度计。该密度计由于要在仪器内设置一个 γ射线源，带来了额外的安全防护问题。市场迫切需要采用其它的方法来实现流体密度的测量。美国SONDEX公司生产的FDD003形压差式流体密度计，具有以下特点其内部采用了一支精密的弹性薄膜差压式传感器。薄膜的变形量由两侧的压差值而定。薄膜两侧设置两个电容电极，用电容法来测定薄膜片的变形量。由于井下测量点的绝对压力可达 lOOMPa，而流体密度产生的压差都小于0. OlMPa，绝对压力超出测量值一万倍以上。为了防止压差超出额定值，整支仪器的使用要求十分繁杂，且容易在使用中损坏其精密压差传感
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发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种井下流体密度测量装置。本发明的原理是利用U形水银槽两侧水银柱高度差产生的压力差和被测压差值相平衡，与水银血压计测人体血压的原理相似。本发明的井下流体密度测量装置，其特点是，所述的测量装置包括水银槽组件、传压导管、感压器；所述的水银槽组件含有U形水银槽I、电极，在U形水银槽I中注有水银； U形水银槽I的左侧水银柱I管通过上感压器传压导管I与上感压器连接，U形水银槽I 右侧水银柱I管通过下感压器传压导管与下感压器连接，在上感压器传压导管内充有传压介质I，在下感压器传压导管内充有传压介质II，在左侧水银柱I和右侧水银柱I的外壁上分别设置有上感压器侧电容电极和下感压器侧电容电极；在U形水银槽I的下部设置有连接水银的电极I，U形水银槽I内的底部还设置有两侧水银柱通断阀I ；上感压器侧电容电极、下感压器侧电容电极、连接水银的电极I分别与电容差值转换电路连接；电容差值转换电路与数字化和传输电路、井下传输电缆、地面记录设备依次连接。所述的上感压器侧电容电极和下感压器侧电容电极的长度相同。所述的传压介质I和传压介质II采用绝缘油。所述的U形水银槽I的左侧水银柱I管壁和右侧水银柱管壁采用绝缘材料制成， 水银柱管的内径为3mm 6mm，水银柱管的壁厚为Imm 3mm。所述的上感压器侧电容电极和下感压器侧电容电极的长度均为5cm 10cm。本发明的一种井下流体密度测量装置的第二种结构与上述测量装置基本相同，不同之处是，所述的上感压器侧电容电极和下感压器侧电容电极分别替换为上感压器侧电阻电极和下感压器侧电阻电极，在U形水银槽II的左侧水银柱II和右侧水银柱II的上部分别设置有上感压器侧电阻电极和下感压器侧电阻电极，上感压器侧电阻电极和下感压器侧电阻电极分别与传压介质III、传压介质IV相接触。所述的传压介质III、传压介质IV分别采用导电电解质溶液。所述的U形水银槽II的左侧水银柱II和右侧水银柱II的管壁均采用绝缘材料制成，其内径为3mm 6mm。本发明在第二结构中要再设置一个用作温度影响修正的电解质电阻率测量柱。本发明提出的井下流体密度测量装置具有以下优点1.和放射性密度计相比， 可省去仪器内的放射源，减少了仪器安置和运输的困难，提高了安全性。2.和国外(美国 SONDEX公司FDD003形)采用的压差式流体密度计相比具有以下特点①薄膜变形原理的传感器，因井下的工作压力值比测量的最大压差值高出一万倍以上，所以传感器的薄膜易损坏。而水银柱压力平衡式传感器的变形元件是水银。它不易损坏，有利于提高其可靠性和工作寿命。②柱压力平衡式传感器和国外采用的精密弹性薄膜传感器相比，制造工艺要求较低，易于生产和推广作用。
图1是本发明的井下流体密度测量装置的原理图。图2是本发明的井下流体密度测量装置第一实施例的剖面示意图。图3是本发明的井下流体密度测量装置第一实施例的测量电路框图。图4是本发明的第二实施例的剖面示意图。图5是本发明的第二实施例中电解质电阻率测量柱的结构剖面图。图中，1.上感压器 2.上感压器传压导管 3.传压介质I 4.下感压器 5.下感压器传压导管 6.传压介质II 8.左侧水银柱I 9.右侧水银柱I 11.上感压器侧电容电极 12.下感压器侧电容电极 13.连接水银的电极 I 14.两侧水银柱通断阀I 18.左侧水银柱II 19.右侧水银柱II 21.电容差值转换电路 22.数字化和传输电路 23.井下传输电缆 24.地面记录设备 31.上感压器侧电阻电极 32.下感压器侧电阻电极 33.电解质电阻率测量上电极 34.电解质电阻率测量柱 35.电解质电阻率测量下电极 36.传压介质 IV 37.传压介质III 43.连接水银的电极II 44两侧水银柱通断阀II 15. U形水银槽I 16. U形水银槽II。
具体实施例方式下面根据附图对发明做进一步详细描述。图1是本发明的井下流体密度测量装置的原理图。图1中，本发明的井下流体密度测量装置的工作原理是，水银柱压力平衡传感器部分的上感压器1通过上感压器传压导管2和上感压器传压介质I 3，将压力传送至下方水银槽组件中的U形水银槽左侧水银柱 I 8上表面。下感压器4通过下感压器传压导管5和下感压器传压介质II 6将压力传送至下方水银槽组件中的U形水银槽的右侧水银柱I 9上表面。两个感压口间的压差变化将引起U形水银槽两侧水银柱高度的相应变化。测量出两侧水银柱的高度差，就可直接计算出两侧测压口间的压差值。仪器处于垂直位置时，从U形水银槽内部压力平衡看有下式
AP=AH ·ρ(介)*g + M寒疯.水f艮) g-Μ Mfr)*g..........①式中:ΔΡ 上下两感压口的压力差。Δ H:上下两感压口的高度差。Ah 上感压器侧水银柱表面与下感压器侧水银柱表面的差值。P (介)两侧传压介质的密度。P (水银)水银的密度。g 重力加速度
由于上、下感压器间的压差值是由井内流体密度在重力作用下产生的，有以下平衡
式
￡xP = AH */5(1 体)*g ........②
式中P (流体)为井内被测流体密度。由①、②两式解得
夕疏体(介)+ Δ^^^ρ(水银)—ρ (介))...........③
在一支测量仪器中，P (介)、P (水银)、DH都是已知的，测量出水银柱的高差Ah，就可得到井内流体的密度。图1中，上下两个感压器的功能是将井内流体的压力直接传递到感压器内部的传压介质上，感压器外壳由橡胶薄膜或塑料薄膜构成，薄膜厚度在0. 05至0. 2毫米之间。要求感压器体积的变形量大(大于1立方厘米)，而内外压差尽量小(小于O.OOOlMPa)。两个感压器通过仪器外壳的开孔和外部的井内流体直接接触，上、下两感压器的安装距离ΔΗ和密度测量的灵敏度有关，一般选为0. 3至1米。传压导管材料的选择与测量装置的设置有关，也可使用金属导管，电阻测量应采用绝缘导管。传压介质的选择也和测量装置的设置有关。实施例1
图2是本发明的井下流体密度测量装置第一实施例的剖面示意图。图3是本发明的井下流体密度测量装置的测量电路框图。在图2、图3中，本发明本发明的一种井下流体密度测量装置，包括水银槽组件、传压导管、感压器；所述的水银槽组件含有U形水银槽I 15、 电极，在U形水银槽I 15中注有水银；U形水银槽I 15的左侧水银柱I 8管通过上感压器传压导管I 2与上感压器1连接，U形水银槽I 15右侧水银柱I 9管通过下感压器传压导管5与下感压器4连接，在上感压器传压导管2内充有传压介质13，在下感压器传压导管5 内充有传压介质Π6，在左侧水银柱I 8和右侧水银柱I 9的外壁上分别设置有上感压器侧电容电极11和下感压器侧电容电极12 ；在U形水银槽I 15的下部设置有连接水银的电极I 13，U形水银槽I 15内的底部还设置有两侧水银柱通断阀I 14;上感压器侧电容电极 11、下感压器侧电容电极12、连接水银的电极I 13分别与电容差值转换电路21连接；电容差值转换电路21与数字化和传输电路22、井下传输电缆23、地面记录设备M依次连接。所述的上感压器侧电容电极11和下感压器侧电容电极12的长度相同，均为6mm。所述的传压介质13和传压介质116采用绝缘油。所述的U形水银槽I 15的左侧水银柱I 8管壁和右侧水银柱I 9管壁采用绝缘材料制成，水银柱管的内径为4mm，水银柱管的壁厚为2mm。图2中，U形水银槽I 15壳体由耐高温的绝缘材料构成，传压介质采用绝缘油。两侧水银柱外壁为圆柱形绝缘体，外部套入上感压侧电容圆柱形金属套作为外电极，即上感压器侧电容电极11和下感压器侧电容电极12，水银柱为内电极。左侧水银柱的高度可通过上感压器侧电容电极11与连接水银的电极I 13之间的电容值来测量。右侧水银柱的高度可通过下感压器侧电容电极12与连接水银的电极I 13之间的电容值来测量。上感压器侧电容电极11和下感压器侧电容电极12等长，其长度由流体密度测量的范围和上、下感压器的间距ΔΗ来决定，一般在5至10厘米之间。由于在整个流体密度测量范围内(通常0-1. 3克/ cm3)下传感器侧的水银柱液面高度平均高于上传感器侧的水银柱液面，所以下感压器侧电容电极12可高于上感压器侧电容电极11安装，适当提高0 至3厘米。连接水银的电极I 13安装在U形水银槽I的侧下方或底部。U形水银槽I 15的底部还装有两侧水银柱通断阀I 14。测量时两侧水银连通为一体。在仪器水平放置前以及交通运输中都应关闭该阀，以防止两侧传压介质相互间的流动。图3是本发明的井下流体密度测量装置第一实施例的测量电路框图。如图3所示。 U形水银槽I 15两侧圆柱形电容的差值由电容差值转换电路21转换为电压值，再经数字化和传输电路22、井下传输电缆23送至地面记录设备M。该部分电路也可设计为井下数据存储，后期地面读取式。图2中的两个圆柱形外电极和作为同轴电极的上感压器侧电容电极11、下感压器侧电容电极12水银柱构成两个同轴电容，其电容量和水银柱在电极内的有效高度成正比， 因而两个电容的差值可线性的反映井内流体密度的变化。为了实现电容值的测量，作为同轴电极的上感压器侧电容电极11、下感压器侧电容电极12和连接水银的电极13都必须在外部包上绝缘材料，使它们与井内的流体相隔离。一个较好的解决方法是将整个U形水银槽I安装在一段充满油的密封短节内。实施例2
图4是本发明的第二实施例的剖面示意图。图5是本发明的第二实施例中电解质电阻率测量柱的结构剖面图。在图4、图5中，是本发明的井下流体密度测量装置的第二种结构， 本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是，所述的上感压器侧电容电极11和下感压器侧电容电极12分别替换为上感压器侧电阻电极31和下感压器侧电阻电极32，在U形水银槽II 16的左侧水银柱II 18和右侧水银柱II 19的上部分别设置有上感压器侧电阻电极31和下感压器侧电阻电极32，上感压器侧电阻电极31和下感压器侧电阻电极32分别与传压介质III 37、传压介质IV 36相接触。所述的传压介质III 37、传压介质IV 36分别采用导电解质溶液。所述的U形水银槽II 16的左侧水银柱II 18和右侧水银柱II 19的管壁均采用绝缘材料制成，其内径为3mm。图4、图5中，U形水银槽II 16整体仍由耐高温绝缘材料组成，上方的传压介质 III 37传压介质IV 36采用导电的电解质溶液，在U形水银槽II 16两臂的上部设置两个环形电极，其电极内侧和电解质相接触。在U形水银槽II 16的下方设有连接水银的电极II 43和两侧水银柱通断阀II 44。 水银的电阻率比电解质的电阻率低IO4倍以上，可以不计。测量上感压器侧电阻电极31与连接水银的电极II 43之间的电阻R1，可确定左侧水银面的高度。测量下感压器侧电阻电极32与连接水银的电极II 43之间的电阻R2，可确定右侧水银液面的高度。由于电解质的电阻率变化受温度的影响较大，再设置一个用作温度影响修正的电解质电阻率测量柱34， 电解质电阻率测量柱34上设置有电解质电阻率测量上电极33和电解质电阻率测量下电极 35。测量电解质电阻率测量上电极33和电解质电阻率测量下电极35之间的电阻R3。同时测量Rl，R2, R3便可以确定左右两侧水银面高度，计算出水银柱面的高度差，从而得出井内液体的密度值。本实施例的优点是电阻值的测量电路较简单，不易受外界干扰，工作可靠。 缺点是电解质电阻率受温度影响较大，数据处理中必须用电解质电阻率测量柱34测量数据作修正。本实施例中电阻测量数据的获取过程和实施例1相似，只是将电容值测量电路换做电阻值测量电路，同时加入了电解质电阻率的测量和数据修正。图4、图5中所述电阻测量上感压器侧电阻电极31和下感压器侧电阻电极32的内侧是与电解质溶液直接相接触的。由于电解质的电阻率随温度变化较大，因而要设置一支作为电阻率修正的电解质电阻率测量柱34，同时测量后再作数据修正。由于电解质的电阻率也和溶质的浓度相关，所以本实施例中上感压器的传压介质IV 36、下感压器的传压介质 III 37和电解质电阻率测量柱34内的介质的浓度要保证一致。
权利要求
1.一种井下流体密度测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括水银槽组件、传压导管、感压器；所述的水银槽组件含有U形水银槽I 15、电极，在U形水银槽I中注有水银； U形水银槽I 15的左侧水银柱I (8)管通过上感压器传压导管I (2)与上感压器(1)连接，U形水银槽I 15右侧水银柱I (9)管通过下感压器传压导管(5)与下感压器(4)连接， 在上感压器传压导管(2)内充有传压介质I (3)，在下感压器传压导管(5)内充有传压介质 II (6)，在左侧水银柱I (8)和右侧水银柱I (9)的外壁上分别设置有上感压器侧电容电极(11)和下感压器侧电容电极(12)；在U形水银槽I 15的下部设置有连接水银的电极I (13)，U形水银槽I 15内的底部还设置有两侧水银柱通断阀I (14)；上感压器侧电容电极 (11)、下感压器侧电容电极(12)、连接水银的电极I (13)分别与电容差值转换电路(21)连接；电容差值转换电路(21)与数字化和传输电路(22)、井下传输电缆(23)、地面记录设备 (24)依次连接。
2.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述的上感压器侧电容电极(11)和下感压器侧电容电极(12)的长度相同。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的传压介质I(3)和传压介质 II (6)采用绝缘油。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的U形水银槽I15的左侧水银柱I (8)管壁和右侧水银柱1(9)管壁采用绝缘材料制成，水银柱管的内径为3mm 6mm， 水银柱管的壁厚为Imm 3mm。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的上感压器侧电容电极(11)和下感压器侧电容电极(12)的长度均为5cm 10cm。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的上感压器侧电容电极(11)和下感压器侧电容电极(12)分别替换为上感压器侧电阻电极(31)和下感压器侧电阻电极 (32)，在U形水银槽II 16的左侧水银柱II (18)和右侧水银柱II (19)的上部分别设置有上感压器侧电阻电极(31)和下感压器侧电阻电极(32)，上感压器侧电阻电极(31)、下感压器侧电阻电极(32)分别与传压介质111(37)、传压介质IV (36)相接触。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述的传压介质111(37)、传压介质IV (36)分别采用导电电解质溶液。
8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述的U形水银槽II16的左侧水银柱II (18)和右侧水银柱II (19)的管壁均采用绝缘材料制成，其内径为3mm 6mm。
全文摘要
本发明公开了一种井下流体密度测量装置，所述的测量装置中的U形水银槽的左、右侧水银柱管通过上感压器传压导管、下感压器传压导管、下感压器传压导管分别与上感压器、下感压器连接，在感压器传压导管内充有传压介质在左右侧水银柱的外壁上分别设置有电容电极或电阻电极。U形水银槽的下部设置有连接水银的电极，U形水银槽内底部设置有两侧水银柱通断阀。本发明的测量装置安全性高，不易损坏，有利于提高其可靠性和工作寿命。
文档编号G01N9/26GK102435534SQ20111043444
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者刘黄莹, 岑大刚, 涂高鹏, 秦犀, 辛宇亮, 高明武 申请人:四川省科学城久利电子有限责任公司