专利名称：一种井下浮子流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田测井领域中用于测量井下油井产液流量的流量计，尤其是涉及一种利用浮子原理进行测量的井下浮子流量计。
背景技术：
目前国内油井过环空产出剖面测井的流量测量以涡轮流量计为主，这种流量计其计量机构与计数机构都设在壳体内，其计量机构通常采用由叶轮和叶轮轴相固接的形式，在叶轮轴的一端设有涡杆，计数机构则由若干相互连接的、具有齿轮传动比的齿轮组、指针和刻度盘组成，其中第一组齿轮为涡轮，与涡杆相啮合，其余齿轮组则与指针相连接。此种流量计受仪器外径和集流效果的限制，使得可测量流量的下限不能做得太低，因此导致流量测量范围小；并且，由于叶轮与轴承在旋转过程中会将沙砾卷入，使得这种涡轮式流量计不适于测，量含砂的流体，所以当井下油井产液中含砂量较高时，这种流量计的适用就受到很大的限制。
实用新型内容为了克服现有技术中存在的井下涡轮式流量计的流量测量范围小、不能测量含砂流体的不足，本实用新型提供一种井下浮子流量计，该种井下浮子流量计主要利用地面浮子流量计的工作原理设计而成，具有可在低流量条件下启动、测量范围宽、可测量含砂流体的特点。
本实用新型的技术方案是该种井下浮子流量计，包括浮子、出液口短接、连接短接，其中浮子的上端为直杆形，其下端为锥体。流量计量机构由一个具有线圈和铁芯的差动变压器式传感器以及相应的传感器信号测量电路构成，出液口短接连接于传感器外壳和连接短接之间，浮子与差动变压器式传感器均位于传感器外壳与出液口短接相连接后所形成的空腔内。线圈缠绕于绝缘骨架之上，铁芯位于绝缘骨架的腔内，在差动变压器式传感器的下端固定有一个压缩弹簧，浮子的上端穿过压缩弹簧与铁芯的下端相连。在连接短接与浮子的下端之间固定有一个下托弹簧，上述铁芯、压缩弹簧、浮子与下托弹簧固定后具有相同的中心轴线。
本实用新型具有如下有益效果由于采取上述方案的井下浮子流量计为流体提供的流通通道短，通过加长浮子位移量和压缩弹簧的弹性系数，可以提高流量的测量上限，通过上托弹簧的托扶作用，使零流量时浮子处于力平衡状态，使测量流量下限降低，由此可大大提高对流体的测量范围；此外，浮子与流道内壁距离大于流体内含砂的粒径，因此能够用于含砂流体的测量。
附图1是本实用新型的结构示意图；附图2是本实用新型在油水两相流条件下的标定结果图。
图中1-传感器外壳，2-线圈，3-铁芯，4-浮子，5-压缩弹簧，6-出液口短接，7-连接短接，8-上托弹簧，9-绝缘骨架。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明本实用新型主要基于地面浮子流量计的原理构成。地面浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表，又称转子流量计。浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子所组成，当被测流体从下向上经过锥管和浮子所形成的环隙时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度，因此浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。
本种井下浮子流量计的测量原理既符合传统浮子流量计的测量原理，但又有一定区别。
如图1所示，该种井下浮子流量计，包括由聚酰亚胺材料制成的浮子4、出液口短接6、连接短接7，其中浮子4的上端为直杆形，其下端为锥体。流量计量机构由一个具有线圈2和铁芯3的差动变压器式传感器以及相应的传感器信号测量电路构成。在本例中，采用了两个线圈，两个线圈之间的关系为串联连接，在其中一个线圈的两端引出电压信号输出端，传感器工作时，要在两个串联后的线圈两端加上交流电压，这样当铁芯在线圈中的位置发生变化时，线圈的电感就会发生变化，进而导致线圈的阻抗值发生变化，最终由电压信号输出端所输出的电压信号就会按照某种函数对应关系发生变化。传感器外壳1由2Cr13材料制成，它与出液口短接6相连接，浮子4与差动变压器式传感器均位于传感器外壳1与出液口短接相连接后所形成的空腔内。线圈2缠绕于绝缘骨架9之上，铁芯3位于绝缘骨架9的腔内，它可沿绝缘骨架9的中心轴线上下移动。在差动变压器式传感器的下端固定有一个压缩弹簧5，浮子4的上端穿过压缩弹簧5的中央后与铁芯3的下端相连，所以当浮子4在流体的作用力下移动时，铁芯3将随之移动。下托弹簧8固定在连接短接7与浮子4的下端之间，当然，这里所谓的固定是指将下托弹簧8固定在连接短接7之上，但与浮子4之间只是一个支撑的关系，当零流量时，下托弹簧8将浮子4托住，当有流体通过时，浮子4发生位移后，则脱离下托弹簧8。上面所提及的这些铁芯3、压缩弹簧5、浮子4与下托弹簧8在固定后，它们的中心轴线都要保证在一条直线上。
在本实用新型中，在浮子上移过程中，流体在出液口处的流通截面积逐渐增大，符合浮子流量计的测量原理，但是由于在浮子的上下两端设有上弹簧和下弹簧，在从启动到下弹簧工作过程中，流动压力不必用于克服浮子重力，从而易于降低流量测量下限，而在高流量范围内，在流通截面积的增加量不足以满足测量范围要求时，流量计设有上弹簧，用弹簧弹力克服流动压力，提高流量计的测量上限。
零流量时，浮子4由上托弹簧8托扶，上托弹簧8被压缩，浮子4处于平衡位置，其力学关系式为M1+M2+M3＝0 (1)其中，M1是上托弹簧的弹力；M2是浮子所受的浮力；M3是浮子所受的重力，代入各自的表达式得k1Δx+ρgV-mg＝0(2)k1是下弹簧弹力系数；Δx是下弹簧的压缩长度；ρ是流体密度；g是重力加速度；V是浮子体积；m是浮子质量。
低流量时，在流动压力作用下，浮子4上浮，其位移量由位移传感器测量，流体在出液口位置的流通截面积增大，浮子4在新的位置达到平衡，其力学关系式为F(Q)+k1Δx+ρgV-mg＝0(3)随着流量增加，上托弹簧8的压缩长度变为零，在该流量范围内，浮子4的力学关系式为F(Q)+ρgV-mg＝0 (4)进入高流量后，压缩弹簧5开始被压缩，浮子4的力学关系式为由于流量计设有上托弹簧，零流量时浮子处于力平衡状态，只要有外力作用，浮子即可产生位移，所以可以将流量计的流量测量下限设计较低；由于流量计设有压缩弹簧，在较高流量范围内，流量计不至于很快饱和。从设计角度，本实用新型中所述的流量计能够实现低启动流量，宽测量范围。
为保证流量测量下限的测量灵敏度，浮子4的上端直杆与压缩弹簧5的静态长度之差应当在1厘米到5厘米之间。
此外，当出液口短接6的内壁直径与浮子4下端圆锥体底面直径的差值范围在2毫米到5毫米之间时，本实用新型经过实验证明适用于含砂流体流量测量时具有较好的应用效果。
应用本实用新型，由于浮子与内壁的距离大于2mm，能够有效防止砂卡，因此可用于含砂流体测量。
图2是一特定尺寸的井下浮子流量计在油水两相流条件下的实验结果，横轴为标准流量，纵轴为输出频率变化量。流量计启动流量设计为1m3/d，流量上限设计为70m3/d。如果要增加流量上限，只需增加浮子行程。
应用本实用新型进行工作时，应将井下集流器连接在连接短接7上，当集流器工作时，流体进入集流空间，由出液口短接6流出，不同的流量对应不同的流通截面积，截面积的变化转化为浮子的位移，通过位移传感器来测量位移量进而即可测得流体流量。
权利要求1.一种井下浮子流量计，包括浮子(4)、出液口短接(6)、连接短接(7)，其特征在于所述浮子(4)的上端为直杆形，其下端为锥体，流量计量机构由一个具有线圈(2)和铁芯(3)的差动变压器式传感器以及相应的传感器信号测量电路构成，传感器外壳(1)与出液口短接相连接，浮子(4)与差动变压器式传感器均位于传感器外壳(1)与出液口短接相连接后所形成的空腔内，线圈(2)缠绕于绝缘骨架(9)之上，铁芯(3)位于绝缘骨架(9)的腔内，在差动变压器式传感器的下端固定有一个压缩弹簧(5)，浮子(4)的上端穿过压缩弹簧(5)与铁芯(3)的下端相连，在连接短接(7)与浮子(4)的下端之间固定有一个下托弹簧(8)，上述铁芯(3)、压缩弹簧(5)、浮子(4)与下托弹簧(8)固定后具有相同的中心轴线。
2.根据权利要求1所述的一种井下浮子流量计，其特征在于所述浮子(4)的上端直杆与压缩弹簧(5)的静态长度之差的差值范围在1厘米到5厘米之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种井下浮子流量计，其特征在于出液口短接(6)内壁直径与浮子(4)下端圆锥体底面直径的差值范围在2毫米到5毫米之间。
专利摘要一种应用于油田测井领域中用于测量油井产液流量的井下浮子流量计。主要解决现有的井下涡轮流量计流量测量范围小、不能测量含砂流体的问题。其特征在于流量计量机构由差动变压器式传感器以及相应的传感器信号测量电路构成，浮子(4)与差动变压器式传感器均位于传感器外壳(1)与出液口短接相连接后所形成的空腔内，线圈(2)缠绕于绝缘骨架(9)之上，在差动变压器式传感器的下端固定有一个压缩弹簧(5)，浮子(4)的上端穿过压缩弹簧(5)与铁芯(3)的下端相连，在连接短接(7)与浮子(4)的下端之间固定有一个下托弹簧(8)，上述部件固定后具有相同的中心轴线。具有可在低流量条件下启动，测量范围宽、可测量含砂流体的特点。
文档编号E21B47/00GK2725527SQ200420077489
公开日2005年9月14日 申请日期2004年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者庄海军, 刘兴斌, 袁智蕙, 鞠明渊, 张新红 申请人:大庆油田有限责任公司