專利名稱：井下蒸汽流量、干度測量方法及測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量，特別涉及一種井下蒸汽流量、干度測量方法及測量儀。
背景技術(shù)：
在稠油熱采工藝中，為了合理地注汽采油，需要在注汽過程中測量井下流量、干度等注汽參數(shù)，以便準(zhǔn)確的分析和掌握注汽效果，提高熱采水平。但目前擁有的類似測量方法及儀器不能適應(yīng)稠油熱采工藝的需要。有一種測試蒸汽流量及干度的方法及儀器，它是利用地面水平管道兩相流的脈動(dòng)特性對(duì)井下蒸汽流量、干度進(jìn)行測量，但該測量方法及儀器由于受井下引壓管路太長、管路內(nèi)徑又太小等測試條件的限制，壓差的脈動(dòng)噪音信號(hào)經(jīng)過阻尼很難測出來，因此，該方法及儀器在井下蒸汽流量、干度的測量中操作復(fù)雜，測量精度低；用其它節(jié)流元件組合測量井下蒸汽流量、干度參數(shù)也是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種井下蒸汽流量、干度的測量方法及測量儀，它可以很好地解決井下蒸汽流量、干度的測量問題。
本發(fā)明經(jīng)過理論與實(shí)驗(yàn)研究探索出了一種適于井下兩相流測量的新方法，利用井下測量儀器本身的節(jié)流作用和特殊設(shè)計(jì)的井下渦街傳感器組合進(jìn)行井下蒸汽、流量干度雙參數(shù)測量。由于井下渦街傳感器測量的是頻率信號(hào)，而節(jié)流件測量的是差壓信號(hào)，為兩種不同性質(zhì)的測量元件，其組合測量兩相流經(jīng)理論分析與試驗(yàn)證明測量范圍大、誤差小，是一種比較理想的井下兩相流測量方法。
本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是包括測量節(jié)流差壓、渦街頻率信號(hào)的井下蒸汽流量、干度的測量方法及測試儀器。其測量方法是(A)所述差壓和漩渦脫落頻率的測量，是通過使用一種具有渦街頻率發(fā)生體、差壓傳感器、渦街傳感器構(gòu)成的結(jié)合體的測量儀進(jìn)行；(B)所述差壓是測量儀本身對(duì)流體節(jié)流作用所產(chǎn)生的差壓，所述漩渦脫落頻率是通過采用渦街頻率檢測器檢測漩渦頻率發(fā)生體兩側(cè)的漩渦交替脫落的頻率，由渦街傳感器將該頻率轉(zhuǎn)換成不存在零點(diǎn)漂移的脈沖頻率信號(hào)，傳遞給所述測量儀的井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。渦街傳感器輸出信號(hào)是不存在零點(diǎn)漂移的一種脈沖頻率信號(hào)；(C)將測量儀井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的節(jié)流差壓、渦街頻率，用流量系數(shù)和密度系數(shù)同時(shí)修正的兩相流測量公式聯(lián)立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。其誤差小于6％。
本發(fā)明所述聯(lián)立求解公式為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——渦街頻率；w——渦街發(fā)生體寬度； α——空泡份額，無單位；sttp——兩相流特拉哈爾數(shù)；stSP—單相流特拉哈爾數(shù)；a、b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； x——兩相流干度；GTP——兩相流量，t/h；k——與干度有關(guān)的系數(shù)，無單位；αtp——兩相流流經(jīng)孔測量儀的流量系數(shù)； ε——流體壓縮系數(shù)。
A——開孔面積，m2； g——重力加速度，Kg.m/S2ΔPtp——兩相流流經(jīng)測量儀時(shí)的差壓，Pa； ρg——汽相密度，Kg/m3；ρ1——液相密度，Kg/m3；井下蒸汽流量、干度測量儀包括鋼絲連接體、進(jìn)汽短節(jié)、密封桿、隔熱系統(tǒng)、井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、彈簧、下井導(dǎo)錐和外殼。還包括連接于進(jìn)汽短節(jié)下部密封桿上端的渦街頻率發(fā)生體，安置于隔熱系統(tǒng)內(nèi)腔的差壓傳感器、渦街傳感器，差壓傳感器和渦街傳感器與井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。
渦街頻率發(fā)生體上安置渦街頻率檢測器，渦街頻率檢測器由高溫引線與渦街傳感器相連接。
渦街頻率發(fā)生體為一內(nèi)壁設(shè)置金屬矩形塊的管狀結(jié)構(gòu)，與密封桿內(nèi)螺紋相連接。渦街頻率發(fā)生體下部安置渦街頻率檢測器，渦街頻率檢測器由高溫引線與渦街頻率傳感器相連接。進(jìn)汽短節(jié)周壁上布設(shè)進(jìn)汽孔。密封桿上部壁上設(shè)有出汽孔。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、方法巧妙，將兩種不同性質(zhì)的測量元件合理地結(jié)合在一起，起到了意想不到的效果，這種結(jié)合是采用了測量儀本身對(duì)流體產(chǎn)生的節(jié)流差壓與渦街頻率的結(jié)合，解決了注蒸汽高溫井井下不能安裝節(jié)流測試元件，井下蒸汽流量和干度難以準(zhǔn)確測試的難題；2、測量儀設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低；3、測量方便、安全、精度高、誤差低，測量誤差小于6％，測量范圍廣，測量壓力為0～23MPa，溫度0～365℃，流量1～15t/h，干度0～100％。
本測量儀實(shí)測數(shù)據(jù)與標(biāo)定數(shù)據(jù)如下，以示所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；儀器室內(nèi)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果

四

圖1為本發(fā)明測量儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的A-A剖面示意圖五具體實(shí)施方式
一種井下蒸汽流量、干度測量方法，包括測量差壓和漩渦脫落頻率，其步驟(A)所述差壓和漩渦脫落頻率的測量是使用具有渦街頻率發(fā)生體、差壓傳感器、渦街傳感器構(gòu)成的結(jié)合體的測量儀進(jìn)行；步驟(B)所述差壓也即測量儀本身對(duì)流體節(jié)流作用所產(chǎn)生的差壓，所述漩渦脫落頻率是渦街頻率發(fā)生體對(duì)注入蒸汽所產(chǎn)生渦街頻率信號(hào)，由渦街傳感器所采集的信號(hào)記錄在測量儀的井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中；步驟(C)將測量儀測量到的節(jié)流壓差、渦街頻率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用聯(lián)立公式求解即可得到井下蒸汽的流量和干度值。所述漩渦脫落頻率是漩渦頻率發(fā)生體兩側(cè)的漩渦交替脫落的頻率，將測量的節(jié)流差壓、渦街頻率，用流量系數(shù)和密度系數(shù)同時(shí)修正的兩相流測量公式聯(lián)立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。聯(lián)立公式為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——渦街頻率；
w——渦街發(fā)生體寬度；α——空泡份額，無單位；sttp——兩相流特拉哈爾數(shù)； stSP——單相流特拉哈爾數(shù)；a、b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；x——兩相流干度；GTP——兩相流量，t/h； k——與干度有關(guān)的系數(shù)，無單位；αtp——兩相流流經(jīng)測量儀時(shí)的流量系數(shù)； ε——流體壓縮系數(shù)。
A——開孔面積，m2； g——重力加速度，Kg.m/S2ΔPtp——兩相流流經(jīng)測量儀時(shí)的差壓，Pa； ρg——汽相密度，Kg/m3；ρ1——液相密度，Kg/m3；測試時(shí)，儀器采用試井鋼絲起下，井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，儀器在井下按預(yù)定的利用C語言編制的運(yùn)行程序測量不同深度的蒸汽流量、干度，測量結(jié)果存儲(chǔ)在井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，測完后提到地面，通過微機(jī)將記錄數(shù)據(jù)釋放，并進(jìn)行處理、顯示、打印。
參看圖1，一種井下蒸汽流量、干度測量儀，包括鋼絲連接體1、進(jìn)汽短節(jié)2、密封桿4、密封桿上端頭5、密封桿下端頭6、隔熱系統(tǒng)8、井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9、彈簧10、下井導(dǎo)錐11和外殼7。還包括連接于進(jìn)汽短節(jié)2下部密封桿4上端渦街頻率發(fā)生體3，安置于隔熱系統(tǒng)內(nèi)腔的差壓傳感器16、渦街傳感器15，差壓傳感器16和渦街傳感器15與井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9相連接。
隔熱系統(tǒng)8安裝于外殼7中，下井導(dǎo)錐11連接在外殼7底部，下井導(dǎo)錐與隔熱系統(tǒng)之間安裝彈簧10，井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9安置于隔熱系統(tǒng)8中。外殼7上部連接密封桿下端頭6，進(jìn)汽短節(jié)2上部連接鋼絲連接體1。密封桿上端頭與連接在密封桿下端頭6上。引壓管13一端連接在密封桿4內(nèi)腔，另一端與差壓傳感器16相連接；高溫引線14一端與渦街頻率檢測器12相連接，另一端連接在渦街傳感器15上。進(jìn)汽端節(jié)2周壁上布設(shè)進(jìn)汽孔21，密封桿4上部壁上設(shè)有出汽孔41。
渦街頻率發(fā)生體3上安置渦街頻率檢測器12，渦街頻率檢測器12由高溫引線14與渦街傳感器15相連接。所述渦街頻率發(fā)生體3的內(nèi)壁上設(shè)置金屬矩形塊17。
權(quán)利要求
1.一種井下蒸汽流量、干度測量方法，包括測量差壓和漩渦脫落頻率，其特征在于(A)所述差壓和漩渦脫落頻率的測量，是通過使用具有渦街頻率發(fā)生體、差壓傳感器、渦街傳感器構(gòu)成的結(jié)合體的測量儀進(jìn)行；(B)所述差壓是測量儀本身對(duì)流體節(jié)流作用所產(chǎn)生的差壓，由差壓傳感器將信號(hào)傳遞給測量儀的井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述漩渦脫落頻率是通過采用渦街頻率檢測器檢測漩渦頻率發(fā)生體兩側(cè)的漩渦交替脫落的頻率，由渦街傳感器將該頻率轉(zhuǎn)換成不存在零點(diǎn)漂移的脈沖頻率信號(hào)傳遞給測量儀的井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；(C)將測量儀井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的節(jié)流差壓、渦街頻率，用流量系數(shù)和密度系數(shù)同時(shí)修正的兩相流測量公式聯(lián)立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下蒸汽流量和干度的測量方法，其特征在于所述用流量系數(shù)和密度系數(shù)同時(shí)修正的兩相流測量求解聯(lián)立公式為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——渦街頻率；w——渦街發(fā)生體寬度； α——空泡份額，無單位；sttp——兩相流特拉哈爾數(shù)； stSP—單相流特拉哈爾數(shù)；a、b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；x——兩相流干度；GTP——兩相流量，t/h； k——與干度有關(guān)的系數(shù)，無單位；αtp——兩相流流經(jīng)測量儀時(shí)的流量系數(shù)； ε——流體壓縮系數(shù)。A——開孔面積，m2； g——重力加速度，Kg.m/S2ΔPtp——兩相流流經(jīng)測量儀時(shí)的差壓，Pa； ρg——汽相密度，Kg/m3；ρ1——液相密度，Kg/m3；
3.一種井下蒸汽流量、干度測量儀，包括鋼絲連接體、進(jìn)汽短節(jié)、密封桿、隔熱系統(tǒng)、井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、彈簧、下井導(dǎo)錐和外殼，其特征在于還包括連接于進(jìn)汽短節(jié)下部密封桿上端的渦街頻率發(fā)生體，安置于隔熱系統(tǒng)內(nèi)腔的差壓傳感器、渦街傳感器，差壓傳感器和渦街傳感器與井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種井下蒸汽流量、干度測量儀，其特征在于渦街頻率發(fā)生體為一內(nèi)壁設(shè)置金屬矩形塊的管狀結(jié)構(gòu)，與密封桿內(nèi)螺紋相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種井下蒸汽流量、干度測量儀，其特征在于旋渦頻率發(fā)生體下部安置渦街頻率檢測器，渦街頻率檢測器由高溫引線與渦街傳感器相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種井下蒸汽流量、干度測量儀，其特征在于所述進(jìn)汽短節(jié)的周壁上布有進(jìn)汽孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種井下蒸汽流量、干度測量儀，其特征在于所述密封桿上部壁上設(shè)有出汽孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下蒸汽流量、干度測量方法及測量儀，測量方法包括測量差壓、渦街頻率，其步驟為(A)所述差壓和漩渦脫落頻率的測量，是通過使用具有渦街頻率發(fā)生體、差壓傳感器、渦街傳感器構(gòu)成的結(jié)合體的測量儀進(jìn)行，所述差壓是測量儀本身對(duì)流體節(jié)流作用所產(chǎn)生的差壓，所述漩渦脫落頻率是通過采用渦街頻率檢測器檢測漩渦頻率發(fā)生體兩側(cè)的漩渦交替脫落的頻率，渦街傳感器輸出信號(hào)是不存在零點(diǎn)漂移的一種脈沖頻率信號(hào)；(B)將測量的節(jié)流差壓、渦街頻率，用流量系數(shù)和密度系數(shù)同時(shí)修正的兩相流測量公式聯(lián)立求解，即可得到井下蒸汽流量、干度。渦街頻率發(fā)生體、差壓傳感器、渦街傳感器構(gòu)成的結(jié)合體，該結(jié)合體巧妙地將兩種不同性質(zhì)的元器件結(jié)合在一起，起到了意想不到的效果，解決了井下蒸汽流量干度的測量難題。結(jié)構(gòu)簡單，使用操作方便，廣泛地應(yīng)用于稠油井注汽監(jiān)測工藝中。
文檔編號(hào)G01F1/34GK1477375SQ03112598
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者代培文, 王作青, 吳國偉, 吉樹鵬, 隋斌, 聶燕飛, 姜責(zé)菊, 劉希明, 霍剛, 王來勝 申請(qǐng)人:中國石化勝利油田有限公司采油工藝研究院, 中國石化勝利油田有限公司采油工藝研