專利名稱：脈沖中子流量計測量非牛頓流體流量的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非牛頓流體的測量方法及測量裝置。具體講該方法是用于油田注入井注入剖面的測量，尤其對于“三次采油”注聚合物、三元復合物和分層配注的部分注水井，注物為水基溶液和水，其流動狀態(tài)不符合牛頓定律流體注入物的測量。
目前在采油行業(yè)注水井注入剖面一般用常規(guī)測井儀器測量，如渦輪流量計、同位素示蹤測井等方法測量。但在“三次采油”注入井中為提高采收率，注入的流體是高黏度的聚合物水溶液，用現(xiàn)有的儀器測量注聚合物溶液井時，因注入流體粘度增高，導致渦輪不能正常轉動，影響測量結果，甚至無法測量；同位素示蹤法也由于聚合物粘度大，示蹤劑無法分散，導致測量精度下降，還有注入量低以及地層的射孔深度大，地層吸液孔隙不均等因素影響也得不到理想的結果。對于測量管后地層的注入剖面，目前只有同位素示蹤法能夠進行測量，但受到井筒粘污和示蹤劑沉降的影響，測量結果也不能夠反映地層的真實情況。
本發(fā)明的目的是針對油田開發(fā)后期，為解決注聚合物溶液井注入剖面的監(jiān)測這一難題提出一種脈沖中子流量計測量非牛頓流體流量的方法及其裝置。注聚合物溶液井和分層配注井中，流體的流動不符合牛頓的流動定律，要想準確測量流體的流量，目前的方法是無法解決的。本發(fā)明提出的采用脈沖中子流量計測量非牛頓定律流體的流量，能夠解決注聚合物和分層配注井的注入剖面測量的難題。
本發(fā)明的主要技術內(nèi)容是，用脈沖中子流量計測量非牛頓流體，通過測量非牛頓流體中水分子中的氧元素，測量水流的速度，間接測量出非牛頓流體的流速。儀器由中子發(fā)生器和特征γ射線探測器組成。中子發(fā)生器發(fā)射中子，使井筒內(nèi)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射線，如果水流動，γ射線探測器就可以測出水的流動信號，進而測出水的流速。
快中子氧活化反應 當快中子與水溶液中的氧元素發(fā)生作用時，就會發(fā)生(n,p)反應。16O(n,p)16N反應屬于發(fā)射質(zhì)子的反應，生成的放射性167N核經(jīng)β-衰變后變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的168O核，然后16O的激發(fā)態(tài)核又通過發(fā)射6.13Mev的伽馬射線回到基態(tài)。
活化閾能10.2Mev，特征γ射線能量6.13Mev，半衰期7.13s。
測量方法是采用一個較短的活化期(1-10s)，選擇一個較長的數(shù)據(jù)采集期(一般為60s)進行活化測量。中子源至探測器的距離L是已知的，通過測量活化水從中子源被活化，流到探測器被探測的時間t，根據(jù)公式V=l/tt=∫f(t)tdt∫f(t)dt]]>計算出流體的速度V，可以多次重復測量以提高測量精度。
脈沖中子流量計由中子發(fā)射部分、γ射線接收部分、電源供給部分組成。中子發(fā)射部分由中子管7、高壓倍加器4組成，裝在絕緣筒5內(nèi)；接收部分由探測器8、前置放大器9、探測器高壓變換器11、數(shù)據(jù)采集板10組成，通過四芯滑環(huán)6與中子發(fā)射部分連接；電源供給部分由三芯滑環(huán)1、直流變換器2組成，三芯滑環(huán)上部與測井電纜連接，下部與直流變換器連接，直流變換器提供中子發(fā)射部分和γ射線接收部分所需電源，整個儀器裝在外殼體3內(nèi)。
探測器8的數(shù)量大于等于1均可；探測器8與中子管7的距離大于50cm均可。
其電路結構如圖3所示，三芯滑環(huán)1與三芯電纜連接，分別用做2個100V直流供電和1個數(shù)據(jù)傳輸。纜芯1供100V直流電源通過直流變換器2輸入高壓倍加器4，高壓倍加器4輸出與中子管7連接，高壓倍加器4把100V直流電變換成120KV高壓供給中子管；纜芯2供100V直流電進入直流變換器2，變換出+5V、+15V電源，分別供給數(shù)據(jù)采集板10、探測器高壓變換器11和前置放大器9，同時變換出+3V電源提供給中子管7；100V電源供給陽極脈沖產(chǎn)生器，在數(shù)據(jù)采集板的控制下，變換出2500V陽極脈沖，控制中子管的定時發(fā)射。中子管在陽極脈沖的控制下，發(fā)射中子，發(fā)射時間為1-10s。探測器高壓變換器11為4個探測器8提供900V的高壓，探測器8通過接收伽馬信號，將探測的伽瑪信號轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過前置放大器9放大，進入數(shù)據(jù)采集板10進行計數(shù)，數(shù)據(jù)采集板定時采集4個探測器的計數(shù)，同時采集接箍器12的接箍信號，經(jīng)過預處理，通過纜芯3傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。同時數(shù)據(jù)采集板10接收地面系統(tǒng)傳送的命令，產(chǎn)生陽極脈沖控制信號，控制中子管的發(fā)射時間和發(fā)射頻率。
測量方法采用“點測”不集流。儀器下井后，先測一條伽瑪基線，該基線與接箍曲線共同完成校深工作，然后把儀器下到指定深度后開始定點測量。測量方法是選擇一個較短的活化期(1-10s視水流速度而定)，采用60s的數(shù)據(jù)采集時間進行活化測量。從發(fā)射中子到采集完成，是一個測量周期，一般每個測量點須測量10-15個周期。水流的速度是根據(jù)中子源至探測器的距離，活化水通過探測器的時間確定出來的，多次測量的目的是提高測量精度。
本發(fā)明的技術效果在于，該測量方法和儀器與現(xiàn)有的測量方法相比較具有如下的優(yōu)點；首先，該方法不使用任何放射性示蹤劑，這樣就克服了抱團、粘污、沉淀、地層漏失等因素影響；其次，該方法在分層配注的注入井中可在油管內(nèi)直接測量油套空間的水流速度，準確給出地層的真實吸液情況；另外，該儀器沒有旋轉部件，不會受到液體粘度的影響，特別適用于注聚合物、三元復合劑水井的注入剖面測量。


圖1為本發(fā)明脈沖中子流量計(上水流)的結構示意圖；圖2為本發(fā)明脈沖中子流量計(下水流)的結構示意圖；圖3為本發(fā)明脈沖中子流量計的電路原理圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的實施例如圖所示，脈沖中子流量計可為上水流儀器如圖1所示，也可為下水流儀器如圖2所示。兩種儀器均由12個部件組成，只是連接順序不同。
下水流儀器的結構如圖2所示三芯滑環(huán)1上部分與測井電纜連接，下部分與直流變換器相連接，高壓倍加器4和中子管7連在一起，裝在絕緣筒5內(nèi)，通過四芯滑環(huán)6與探測器8相連；探測器8共有4個分別為8-1、8-2、8-3、8-4，分布在距中子管7中點的距離為61cm、102cm、142cm、183cm；在探測器8-1和8-2、8-3和8-4的中間放置前置放大器9，負責小信號的預放大；在探測器8-2和8-3之間放置數(shù)據(jù)采集板10，負責采集4個探測器的測量結果；在儀器的后部有探測器高壓變換器11和接箍器12組成。所有部件全部安裝在儀器外殼體3內(nèi)。
上水流儀器的結構如圖1所示，排列順序為；三芯滑環(huán)1、直流變換器2、接箍器12、探測器高壓變換器11、探測器8分布的順序為8-4、8-3、8-2、8-1，在探測器之間放置了前置放大器9和數(shù)據(jù)采集板10，然后通過四芯滑環(huán)6和中子管7相連，最后是高壓倍加器4，中子管7和高壓倍加器4裝在絕緣筒5內(nèi)，所有部件裝在儀器外殼體3內(nèi)。
兩種儀器結構不同，但電路原理及工作方式相同，如圖3所示。
權利要求
1.脈沖中子流量計測量非牛頓流體流量的方法，其特征在于該方法是用脈沖中子流量計測量非牛頓流體，通過測量非牛頓流體中水分子中的氧元素，測量水流的速度，間接測量出非牛頓流體的流速，測量過程是中子發(fā)生器發(fā)射中子，使井筒內(nèi)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射線，如果水流動，γ射線探測器就可以測出水的流動信號，進而測出水的流速； 當快中子與水溶液中的氧元素發(fā)生作用時，就會發(fā)生(n,p)反應，16O(n,p)16N反應屬于發(fā)射質(zhì)子的反應，生成的放射性167N核經(jīng)β-衰變后變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的168O核，然后16O的激發(fā)態(tài)核又通過發(fā)射6.13Mev的伽瑪射線回到基態(tài)；活化閾能10.2Mev，特征γ射線能量6.13Mev，半衰期7.13s；測量方法是，采用一個較短的活化期(1-10s)，選擇一個較長的數(shù)據(jù)采集期(一般為60s)進行活化測量，中子源至探測器的距離L是已知的，通過測量活化水從中子源被活化，流到探測器被探測的時間t，根據(jù)公式V=l/tt=∫f(t)tdt∫f(t)dt]]>計算出流體的速度V。
2.權利要求1所述脈沖中子流量計，其特征是該流量計由中子發(fā)射部分、γ射線接收部分、電源供給部分組成，中子發(fā)射部分由中子管(7)、高壓倍加器(4)組成，裝在絕緣筒(5)內(nèi)；接收部分由探測器(8)、前置放大器(9)、探測器高壓變換器(11)、數(shù)據(jù)采集板(10)組成，通過四芯滑環(huán)(6)與中子發(fā)射部分連接；電源供給部分由三芯滑環(huán)(1)、直流變換器(2)組成，三芯滑環(huán)上部與測井電纜連接，下部與直流變換器連接，直流變換器提供中子發(fā)射部分和γ射線接收部分所需電源，整個儀器裝在外殼體(3)內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求2所述脈沖中子流量計，其特征在于，探測器(8)的數(shù)量大于等于1均可，探測器(8)與中子管(7)的距離大于50cm。
4.根據(jù)權利要求2所述脈沖中子流量計，其特征在于流量計分為上水流儀器和下水流儀器，下水流儀器的三芯滑環(huán)(1)上部分與測井電纜連接，下部分與直流變換器(2)相連接，高壓倍加器(4)和中子管(7)連在一起，裝在絕緣筒(5)內(nèi)，通過四芯滑環(huán)(6)與探測器(8)相連，探測器(8)分別為(8-1)、(8-2)、(8-3)、(8-4)，分布在距中子管(7)中點的距離61cm、102cm、142cm、183cm，在探測器(8-1)和(8-2)、(8-3)、(8-4)的中間放置了前置放大器(9)，在探測器(8-2)和(8-3)之間放置了數(shù)據(jù)采集板(10)，在儀器的后部有探測器高壓變換器(11)和接箍器(12)，所有部件安裝在殼體(3)內(nèi)；上水流儀器的排列順序為，三芯滑環(huán)(1)、直流變換器(2)、接箍器(12)、探測器高壓變換器(11)、探測器(8)分布的順序為(8-4)、(8-3)、(8-2)、(8-1)，在探測器之間放置前置放大器(9)和數(shù)據(jù)采集板(10)，然后通過四芯滑環(huán)(6)和中子管(7)相連，最后是高壓倍加器(4)，中子管(7)和高壓倍加器(4)裝在絕緣筒(5)內(nèi)，所有部件裝在儀器外殼體(3)內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求2所述脈沖中子流量計，其特征在于電路結構為，三芯滑環(huán)(1)與三芯電纜連接，分別用做2個100V直流供電和1個數(shù)據(jù)傳輸，纜芯(1)供100V直流電源通過直流變換器(2)輸入高壓倍加器(4)，高壓倍加器(4)輸出與中子管(7)連接，高壓倍加器(4)把100V直流電變換成120KV高壓供給中子管纜芯(2)供100V直流送入直流變換器(2)，變換出+5V、+15V電源，分別供給數(shù)據(jù)采集板(10)、探測器高壓變換器(11)和前置放大器(9)，同時變換出+3V電源提供給中子管7；100V電源給陽極脈沖產(chǎn)生器，在數(shù)據(jù)采集板的控制下，變換出2500V陽極脈沖，控制中子管的定時發(fā)射，中子管在陽極脈沖的控制下發(fā)射中子，發(fā)射時間為1-10s；探測器高壓變換器(11)為探測器(8)提供900V高壓，探測器(8)通過接收伽瑪信號，將探測器伽瑪信號轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過前置放大器(9)放大，進入數(shù)據(jù)采集板(10)進行計算，數(shù)據(jù)采集板定時采集4個探測器的計數(shù)，同時采集接箍器(12)的接箍信號，經(jīng)過予處理，通過纜芯(3)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)，同時數(shù)據(jù)采集板(10)接收地面系統(tǒng)傳送的命令，產(chǎn)生陽極脈沖控制信號，控制中子管的發(fā)射時間和發(fā)射頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖中子流量計測量非牛頓流體流量的方法及裝置,該方法是通過測量非牛頓流體中水分子的氧元素,測量水流的速度間接測量出非牛頓流體的流速,儀器由中子發(fā)生器和特征γ射線探測器組成,該方法可應用到測量注聚合物、三元復合物的注入井及分層配注注水井的測井及施工工藝中,測量精度高,克服了現(xiàn)有測量儀器的缺點。
文檔編號G01F1/708GK1305094SQ0012319
公開日2001年7月25日 申請日期2000年10月30日 優(yōu)先權日2000年10月30日
發(fā)明者王建民, 肖培琛, 姜亦忠, 馬慶成, 李劍浩 申請人:大慶石油管理局測井公司