专利名称：井下蒸汽流量、干度测量方法及测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量，特别涉及一种井下蒸汽流量、干度测量方法及测量仪。
背景技术：
在稠油热采工艺中，为了合理地注汽采油，需要在注汽过程中测量井下流量、干度等注汽参数，以便准确的分析和掌握注汽效果，提高热采水平。但目前拥有的类似测量方法及仪器不能适应稠油热采工艺的需要。有一种测试蒸汽流量及干度的方法及仪器，它是利用地面水平管道两相流的脉动特性对井下蒸汽流量、干度进行测量，但该测量方法及仪器由于受井下引压管路太长、管路内径又太小等测试条件的限制，压差的脉动噪音信号经过阻尼很难测出来，因此，该方法及仪器在井下蒸汽流量、干度的测量中操作复杂，测量精度低；用其它节流元件组合测量井下蒸汽流量、干度参数也是非常困难的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种井下蒸汽流量、干度的测量方法及测量仪，它可以很好地解决井下蒸汽流量、干度的测量问题。
本发明经过理论与实验研究探索出了一种适于井下两相流测量的新方法，利用井下测量仪器本身的节流作用和特殊设计的井下涡街传感器组合进行井下蒸汽、流量干度双参数测量。由于井下涡街传感器测量的是频率信号，而节流件测量的是差压信号，为两种不同性质的测量元件，其组合测量两相流经理论分析与试验证明测量范围大、误差小，是一种比较理想的井下两相流测量方法。
本发明解决问题的技术方案是包括测量节流差压、涡街频率信号的井下蒸汽流量、干度的测量方法及测试仪器。其测量方法是(A)所述差压和漩涡脱落频率的测量，是通过使用一种具有涡街频率发生体、差压传感器、涡街传感器构成的结合体的测量仪进行；(B)所述差压是测量仪本身对流体节流作用所产生的差压，所述漩涡脱落频率是通过采用涡街频率检测器检测漩涡频率发生体两侧的漩涡交替脱落的频率，由涡街传感器将该频率转换成不存在零点漂移的脉冲频率信号，传递给所述测量仪的井下数据采集系统。涡街传感器输出信号是不存在零点漂移的一种脉冲频率信号；(C)将测量仪井下数据采集系统采集的节流差压、涡街频率，用流量系数和密度系数同时修正的两相流测量公式联立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。其误差小于6％。
本发明所述联立求解公式为Gl=f·w(1-α)sttp...(1)]]>sttp＝(a-b.x).stsp…………………………………………………………………………(2)G1＝GTP(1-x)…………………………………………………………………………………(3)α＝f(x)………………………………………………………………………………………(4)Gtp=k.αtp.ϵ.A2gΔptp·ρl1+(ρg/ρl-1)·x1.5...(5)]]>式中G1——液相流量，t/h； f——涡街频率；w——涡街发生体宽度； α——空泡份额，无单位；sttp——两相流特拉哈尔数；stSP—单相流特拉哈尔数；a、b——经验系数； x——两相流干度；GTP——两相流量，t/h；k——与干度有关的系数，无单位；αtp——两相流流经孔测量仪的流量系数； ε——流体压缩系数。
A——开孔面积，m2； g——重力加速度，Kg.m/S2ΔPtp——两相流流经测量仪时的差压，Pa； ρg——汽相密度，Kg/m3；ρ1——液相密度，Kg/m3；井下蒸汽流量、干度测量仪包括钢丝连接体、进汽短节、密封杆、隔热系统、井下数据采集系统、弹簧、下井导锥和外壳。还包括连接于进汽短节下部密封杆上端的涡街频率发生体，安置于隔热系统内腔的差压传感器、涡街传感器，差压传感器和涡街传感器与井下数据采集系统相连接。
涡街频率发生体上安置涡街频率检测器，涡街频率检测器由高温引线与涡街传感器相连接。
涡街频率发生体为一内壁设置金属矩形块的管状结构，与密封杆内螺纹相连接。涡街频率发生体下部安置涡街频率检测器，涡街频率检测器由高温引线与涡街频率传感器相连接。进汽短节周壁上布设进汽孔。密封杆上部壁上设有出汽孔。
本发明与现有技术相比较有以下优点和有益效果1、方法巧妙，将两种不同性质的测量元件合理地结合在一起，起到了意想不到的效果，这种结合是采用了测量仪本身对流体产生的节流差压与涡街频率的结合，解决了注蒸汽高温井井下不能安装节流测试元件，井下蒸汽流量和干度难以准确测试的难题；2、测量仪设计合理，结构简单，易于制造，成本低；3、测量方便、安全、精度高、误差低，测量误差小于6％，测量范围广，测量压力为0～23MPa，温度0～365℃，流量1～15t/h，干度0～100％。
本测量仪实测数据与标定数据如下，以示所测数据的准确性；仪器室内标定实验结果
四
图1为本发明测量仪结构示意图。
图2为图1的A-A剖面示意图五具体实施方式
一种井下蒸汽流量、干度测量方法，包括测量差压和漩涡脱落频率，其步骤(A)所述差压和漩涡脱落频率的测量是使用具有涡街频率发生体、差压传感器、涡街传感器构成的结合体的测量仪进行；步骤(B)所述差压也即测量仪本身对流体节流作用所产生的差压，所述漩涡脱落频率是涡街频率发生体对注入蒸汽所产生涡街频率信号，由涡街传感器所采集的信号记录在测量仪的井下数据采集系统中；步骤(C)将测量仪测量到的节流压差、涡街频率数据存储在井下数据采集系统中，用联立公式求解即可得到井下蒸汽的流量和干度值。所述漩涡脱落频率是漩涡频率发生体两侧的漩涡交替脱落的频率，将测量的节流差压、涡街频率，用流量系数和密度系数同时修正的两相流测量公式联立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。联立公式为Gl=f·w(1-α)sttp...(1)]]>sttp＝(a-b.x).stsp…………………………………………………………………………(2)G1＝GTP(1-x)…………………………………………………………………………………(3)α＝f(x)………………………………………………………………………………………(4)Gtp=k.αtp.ϵ.A2gΔptp·ρl1+(ρg/ρl-1)·x1.5...(5)]]>式中G1——液相流量，t/h； f——涡街频率；
w——涡街发生体宽度；α——空泡份额，无单位；sttp——两相流特拉哈尔数； stSP——单相流特拉哈尔数；a、b——经验系数；x——两相流干度；GTP——两相流量，t/h； k——与干度有关的系数，无单位；αtp——两相流流经测量仪时的流量系数； ε——流体压缩系数。
A——开孔面积，m2； g——重力加速度，Kg.m/S2ΔPtp——两相流流经测量仪时的差压，Pa； ρg——汽相密度，Kg/m3；ρ1——液相密度，Kg/m3；测试时，仪器采用试井钢丝起下，井下数据采集系统进行数据采集与存储，仪器在井下按预定的利用C语言编制的运行程序测量不同深度的蒸汽流量、干度，测量结果存储在井下数据采集系统中，测完后提到地面，通过微机将记录数据释放，并进行处理、显示、打印。
参看图1，一种井下蒸汽流量、干度测量仪，包括钢丝连接体1、进汽短节2、密封杆4、密封杆上端头5、密封杆下端头6、隔热系统8、井下数据采集系统9、弹簧10、下井导锥11和外壳7。还包括连接于进汽短节2下部密封杆4上端涡街频率发生体3，安置于隔热系统内腔的差压传感器16、涡街传感器15，差压传感器16和涡街传感器15与井下数据采集系统9相连接。
隔热系统8安装于外壳7中，下井导锥11连接在外壳7底部，下井导锥与隔热系统之间安装弹簧10，井下数据采集系统9安置于隔热系统8中。外壳7上部连接密封杆下端头6，进汽短节2上部连接钢丝连接体1。密封杆上端头与连接在密封杆下端头6上。引压管13一端连接在密封杆4内腔，另一端与差压传感器16相连接；高温引线14一端与涡街频率检测器12相连接，另一端连接在涡街传感器15上。进汽端节2周壁上布设进汽孔21，密封杆4上部壁上设有出汽孔41。
涡街频率发生体3上安置涡街频率检测器12，涡街频率检测器12由高温引线14与涡街传感器15相连接。所述涡街频率发生体3的内壁上设置金属矩形块17。
权利要求
1.一种井下蒸汽流量、干度测量方法，包括测量差压和漩涡脱落频率，其特征在于(A)所述差压和漩涡脱落频率的测量，是通过使用具有涡街频率发生体、差压传感器、涡街传感器构成的结合体的测量仪进行；(B)所述差压是测量仪本身对流体节流作用所产生的差压，由差压传感器将信号传递给测量仪的井下数据采集系统，所述漩涡脱落频率是通过采用涡街频率检测器检测漩涡频率发生体两侧的漩涡交替脱落的频率，由涡街传感器将该频率转换成不存在零点漂移的脉冲频率信号传递给测量仪的井下数据采集系统；(C)将测量仪井下数据采集系统采集的节流差压、涡街频率，用流量系数和密度系数同时修正的两相流测量公式联立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。
2.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量和干度的测量方法，其特征在于所述用流量系数和密度系数同时修正的两相流测量求解联立公式为Gl=f·w(1-α)sttp...(1)]]>sttp＝(a-b.x).stsp………………………………………………………………………(2)G1＝GTP(1-x)………………………………………………………………………………(3)α＝f(x)……………………………………………………………………………………(4)Gtp=k.αtp.ϵ.A2gΔptp·ρl1+(ρg/ρl-1)·x1.5...(5)]]>式中G1——液相流量，t/h；f——涡街频率；w——涡街发生体宽度； α——空泡份额，无单位；sttp——两相流特拉哈尔数； stSP—单相流特拉哈尔数；a、b——经验系数；x——两相流干度；GTP——两相流量，t/h； k——与干度有关的系数，无单位；αtp——两相流流经测量仪时的流量系数； ε——流体压缩系数。A——开孔面积，m2； g——重力加速度，Kg.m/S2ΔPtp——两相流流经测量仪时的差压，Pa； ρg——汽相密度，Kg/m3；ρ1——液相密度，Kg/m3；
3.一种井下蒸汽流量、干度测量仪，包括钢丝连接体、进汽短节、密封杆、隔热系统、井下数据采集系统、弹簧、下井导锥和外壳，其特征在于还包括连接于进汽短节下部密封杆上端的涡街频率发生体，安置于隔热系统内腔的差压传感器、涡街传感器，差压传感器和涡街传感器与井下数据采集系统相连接。
4.根据权利要求3所述的一种井下蒸汽流量、干度测量仪，其特征在于涡街频率发生体为一内壁设置金属矩形块的管状结构，与密封杆内螺纹相连接。
5.根据权利要求4所述的一种井下蒸汽流量、干度测量仪，其特征在于旋涡频率发生体下部安置涡街频率检测器，涡街频率检测器由高温引线与涡街传感器相连接。
6.根据权利要求3所述的一种井下蒸汽流量、干度测量仪，其特征在于所述进汽短节的周壁上布有进汽孔。
7.根据权利要求3所述的一种井下蒸汽流量、干度测量仪，其特征在于所述密封杆上部壁上设有出汽孔。
全文摘要
本发明公开了一种井下蒸汽流量、干度测量方法及测量仪，测量方法包括测量差压、涡街频率，其步骤为(A)所述差压和漩涡脱落频率的测量，是通过使用具有涡街频率发生体、差压传感器、涡街传感器构成的结合体的测量仪进行，所述差压是测量仪本身对流体节流作用所产生的差压，所述漩涡脱落频率是通过采用涡街频率检测器检测漩涡频率发生体两侧的漩涡交替脱落的频率，涡街传感器输出信号是不存在零点漂移的一种脉冲频率信号；(B)将测量的节流差压、涡街频率，用流量系数和密度系数同时修正的两相流测量公式联立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。涡街频率发生体、差压传感器、涡街传感器构成的结合体，该结合体巧妙地将两种不同性质的元器件结合在一起，起到了意想不到的效果，解决了井下蒸汽流量干度的测量难题。结构简单，使用操作方便，广泛地应用于稠油井注汽监测工艺中。
文档编号G01F1/34GK1477375SQ03112598
公开日2004年2月25日 申请日期2003年6月20日 优先权日2003年6月20日
发明者代培文, 王作青, 吴国伟, 吉树鹏, 隋斌, 聂燕飞, 姜责菊, 刘希明, 霍刚, 王来胜 申请人:中国石化胜利油田有限公司采油工艺研究院, 中国石化胜利油田有限公司采油工艺研