專利名稱：流動(dòng)剖面掃描成像儀的制作方法
流動(dòng)剖面掃描成像儀
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油井下測(cè)井儀器，特別涉及一種測(cè)量多相流剖面進(jìn)行三相流解 釋從而判斷井下流體性質(zhì)及流量的測(cè)井儀。
背景技術(shù)：
石油測(cè)井領(lǐng)域中，對(duì)井底流體性質(zhì)以及流體含水、流量的測(cè)量是十分重要的。而一 般測(cè)量井底流體性質(zhì)以及流體含水、流量的儀器是由傳統(tǒng)的含水儀器與流量測(cè)井儀組合實(shí) 現(xiàn)的。傳統(tǒng)含水儀中僅含有一個(gè)含水傳感器，只能測(cè)到含水傳感器直徑范圍內(nèi)的流體含水 率，這種方式測(cè)量范圍小，測(cè)量精度低，而且儀器組合長(zhǎng)度大，下井不方便。在國(guó)際市場(chǎng)上測(cè)量井底流體性質(zhì)及流體含水、流量還有兩種典型的儀器，分別為 CAT (Capacitance Array Tool)與 SAT (Spinner Array Tool)組合儀禾口 FloScan Imager 儀器。CAT (Capacitance Array Tool)與 SAT (Spinner Array Tool)組合儀，兩支儀器 結(jié)構(gòu)相似都是基于籠狀的彈臂設(shè)計(jì)。其中CAT (Capacitance Array Tool)由一組共12只 微電容傳感器圍繞井筒陣列展開(kāi)組成，每一個(gè)傳感器裝在一個(gè)彈臂上并且獨(dú)立的讀數(shù)。其 工作原理是在每一探針內(nèi)部靠近頭部處是一個(gè)小型的電容傳感器。每一個(gè)傳感器和它的測(cè) 量電路產(chǎn)生一個(gè)涉及周圍流體介電常數(shù)的頻率輸出。因此每個(gè)傳感器周圍的流體性質(zhì)能夠 被確定。CAT專門用于流體性質(zhì)識(shí)別測(cè)量即判斷分層井段油、氣、水比例。而SAT(Spirmer Array Tool)由一組共6個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)圍繞井筒陣列展開(kāi)組成，每一個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量 計(jì)裝在一個(gè)彈臂上并且獨(dú)立的讀數(shù)，專門用于測(cè)量周圍流體的流速。這組儀器的最大特點(diǎn) 是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、利于現(xiàn)場(chǎng)使用。缺點(diǎn)是水平截面的垂直分辨率低，從而影響測(cè)量 精度，而且井徑越大，測(cè)量精度越低。組合儀器總長(zhǎng)度大也不便于在高彎曲度的井中運(yùn)行。FloScan Imager儀器，綜合性能領(lǐng)先于其他產(chǎn)品。其核心結(jié)構(gòu)是五個(gè)小型的轉(zhuǎn)子 流量計(jì)和六個(gè)光學(xué)和電子探測(cè)器，這六對(duì)探頭成對(duì)的排列在一個(gè)靠水力工作的臂上，測(cè)量 時(shí)朝向井眼的垂直軸。電學(xué)探測(cè)器用于區(qū)分持水率和持油(氣)率。其工作原理是通過(guò)電 阻抗測(cè)量來(lái)區(qū)分水和烴，在水存在時(shí)傳導(dǎo)電流，油或氣存在時(shí)不傳導(dǎo)電流。光學(xué)探測(cè)器用于 區(qū)分持氣率和持液率，與電學(xué)探測(cè)器組合在一起時(shí)，就可提供真正的三相流持率測(cè)量。光學(xué) 探頭通過(guò)反射測(cè)量來(lái)區(qū)分氣體和液體。五個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，排列在井軸的橫斷面內(nèi)。每一個(gè) 小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)都對(duì)流過(guò)它的流體產(chǎn)生響應(yīng)，直接測(cè)量油、氣、水相速度。該儀器的最大特 點(diǎn)是利用專門的計(jì)算法則及時(shí)的估算三相流的速度，相速度測(cè)量很準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是受儀器 結(jié)構(gòu)影響所能排列的轉(zhuǎn)子流量計(jì)和光電探測(cè)器個(gè)數(shù)有限，從而使水平截面的垂直分辨率有 限。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，該成像儀相速測(cè)量準(zhǔn)確、精度高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，包括推靠系統(tǒng)、機(jī)架和測(cè)量臂系統(tǒng)；所述測(cè)量臂系統(tǒng) 包括測(cè)量臂和若干組設(shè)置于所述測(cè)量臂上的傳感器組，所述測(cè)量臂一端鉸鏈接所述機(jī)架； 所述推靠系統(tǒng)能夠推動(dòng)所述測(cè)量臂旋轉(zhuǎn)。所述推靠系統(tǒng)包括推靠電機(jī)、離合器、絲杠螺母部件、傳動(dòng)軸、連桿和滑塊部件；所 述絲杠螺母部件包括絲桿和安裝于絲桿外周的螺母；所述推靠電機(jī)、離合器、絲杠依次連 接，所述螺母連接所述傳動(dòng)軸，所述傳動(dòng)軸上裝有滑塊部件；所述連桿一端鉸鏈接所述滑塊 部件，另一端鉸鏈接所述測(cè)量臂。所述機(jī)架設(shè)有供所述測(cè)量臂系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)伸出的開(kāi)口。所述傳感器組包括一個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和一個(gè)光學(xué)探針；所述若干組傳感器組均勻設(shè) 置于所述測(cè)量臂上。所述若干組傳感器組為6組。所述成像儀還包括一主軸，所述推靠系統(tǒng)和機(jī)架安裝于所述主軸上。所述成像儀還包括旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、方位傳感器、傾角傳感 器和偏重測(cè)量系統(tǒng)。所述成像儀還包括線路系統(tǒng)，所述線路系統(tǒng)包括線路骨架和固定在線路骨架上的 線路板；所述線路板電性連接所述推靠電機(jī)、小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)、光學(xué)探針、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、方位傳 感器、傾角傳感器和偏重測(cè)量系統(tǒng)。所述成像儀還包括地面測(cè)井系統(tǒng)，所述地面測(cè)井系統(tǒng)通過(guò)電纜電性連接所述線路 板。所述成像儀還包括堵頭、第一旋轉(zhuǎn)接頭、第二旋轉(zhuǎn)接頭和護(hù)帽；所述堵頭和護(hù)帽分 別固定于所述主軸兩端；堵頭和護(hù)帽之間依次安裝有第一旋轉(zhuǎn)接頭、機(jī)架和第二旋轉(zhuǎn)接頭； 所述線路系統(tǒng)、推靠系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)安裝于所述機(jī)架內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，將六組 傳感器設(shè)置于測(cè)量臂上，通過(guò)鉸接測(cè)量臂的推靠系統(tǒng)調(diào)節(jié)測(cè)量臂的打開(kāi)角度，以此改變測(cè) 量點(diǎn)分布變稠密程度，這樣對(duì)與流體性質(zhì)的分層位置判斷就越準(zhǔn)確，大大提高了測(cè)量的精度。

附圖1為儀器測(cè)量臂在井中測(cè)量原理示意圖；附圖2為儀器測(cè)量臂角度發(fā)生變化后測(cè)量原理示意圖；附圖3為儀器下井后位置示意圖；附圖4為儀器整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。請(qǐng)參閱圖1至圖4所示，本發(fā)明克服了現(xiàn)有儀器的所有缺陷，提供一種能夠測(cè)量多 相流剖面進(jìn)行三相流解釋從而判斷井下流體性質(zhì)及流量的流動(dòng)剖面掃描成像儀100，該成 像儀100主要由堵頭1、旋轉(zhuǎn)接頭2、線路系統(tǒng)3、推靠系統(tǒng)4、機(jī)架5、測(cè)量臂系統(tǒng)6、旋轉(zhuǎn)系 統(tǒng)9和護(hù)帽11組成。
其中測(cè)量臂系統(tǒng)6主要由六組傳感器和測(cè)量臂61組成，測(cè)量臂61 —端鉸鏈接于 機(jī)架5上。測(cè)量臂61上均勻分布六組傳感器，每組傳感器由一個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)7和一個(gè) 光學(xué)探針8組成。每個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)7都獨(dú)立的對(duì)流過(guò)它的流體產(chǎn)生響應(yīng)，用于直接測(cè) 量流過(guò)它的流體的速度。每個(gè)光學(xué)探針8也是獨(dú)立的對(duì)流過(guò)它的流體產(chǎn)生響應(yīng)，用于判斷 流過(guò)它的流體的性質(zhì)。推靠系統(tǒng)4主要包括電機(jī)座、推靠電機(jī)、離合器、絲杠螺母部件、傳動(dòng)軸、連桿和滑 塊部件。電機(jī)裝在電機(jī)座里和離合器相連，離合器的另一端連接絲杠，絲杠上的螺母與傳動(dòng) 軸相連，傳動(dòng)軸上裝有滑塊部件，連桿一端鉸鏈接滑塊部件，另一端鉸鏈接測(cè)量臂61。隨著 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)可帶動(dòng)離合器和絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母帶動(dòng)傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)滑 塊部件運(yùn)動(dòng)，鉸鏈接于滑塊部件與測(cè)量臂61之間的連桿隨著滑塊部件的運(yùn)動(dòng)便能夠推動(dòng) 測(cè)量臂61進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂61張開(kāi)或關(guān)閉。通過(guò)控制電機(jī)可以控制測(cè)量臂61打 開(kāi)或關(guān)閉的角度。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)9主要由旋轉(zhuǎn)電機(jī)，方位傳感器，傾角傳感器，偏重測(cè)量系統(tǒng)組成。儀器 使用前通過(guò)電路進(jìn)行刻度，下井后在方位傳感器，傾角傳感器，偏重測(cè)量系統(tǒng)的綜合作用下 可以判斷出儀器測(cè)量臂61中心面611與井底切面21的夾角α。通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以驅(qū) 動(dòng)儀器的主體部分(除旋轉(zhuǎn)接頭2、10的外殼以外的部分)繞儀器主軸旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整儀器 測(cè)量臂61中心面611與井底切面21的夾角a。儀器的上下部都接有旋轉(zhuǎn)接頭(2、10)，可 以方便儀器在儀器串中自由靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)。線路系統(tǒng)3包括線路骨架和固定在線路骨架上的線路板，線路板電性連接推靠系 統(tǒng)4的推靠電機(jī)、小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)7、光學(xué)探針8、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)9的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、方位傳感器、傾角 傳感器、偏重測(cè)量系統(tǒng)；線路板通過(guò)電纜連接地面的測(cè)井系統(tǒng)。測(cè)井系統(tǒng)輸入相應(yīng)的指令， 通過(guò)電纜、線路板傳輸?shù)礁鱾€(gè)部件，可以控制儀器各部件做出相應(yīng)動(dòng)作；儀器各部件測(cè)試的 數(shù)據(jù)也通過(guò)線路板、電纜傳輸?shù)綔y(cè)井系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。儀器下井后到達(dá)指定測(cè)量位置，儀器旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)9內(nèi)方位傳感器，傾角傳感器，偏重 測(cè)量系統(tǒng)共同作用下判斷出儀器測(cè)量臂61中心面611與井底切面21的夾角。控制旋轉(zhuǎn)系 統(tǒng)9的旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)調(diào)整儀器在井中的位置，保證儀器測(cè)量臂61中心面與井底切面21垂 直，且井底切面21與儀器底切面101重合。調(diào)整好姿態(tài)后控制儀器推靠系統(tǒng)6運(yùn)動(dòng)即可將儀器測(cè)量臂61打開(kāi)，測(cè)量臂61上 成對(duì)的分布著六個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量7計(jì)和六只光學(xué)探針8。其中六個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)7排列 在井軸的橫斷面內(nèi)，每個(gè)小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)7都能夠獨(dú)立的對(duì)流過(guò)它的流體產(chǎn)生響應(yīng)，直接 測(cè)量各相速度。六只光學(xué)探針8也排列在井軸的橫斷面內(nèi)并與轉(zhuǎn)子流量計(jì)7相對(duì)應(yīng)分布， 光學(xué)探針8能夠判斷出流過(guò)它的流體的性質(zhì)。請(qǐng)參閱圖1所示，六組傳感器可以在井內(nèi)垂 直剖面內(nèi)測(cè)出每個(gè)區(qū)域的值，通過(guò)這六個(gè)區(qū)域的值綜合考慮可以判斷出流體的分層情況。推靠系統(tǒng)6可以控制儀器測(cè)量臂61張開(kāi)的角度，縮小角度后對(duì)垂直剖面內(nèi)的某一 部分而言，測(cè)量點(diǎn)分布變密，這樣對(duì)與流體性質(zhì)的分層位置判斷就越準(zhǔn)確。這一技術(shù)大大提 高了測(cè)量的精度。請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，從圖1可以看出在油水相混合層只有一組傳感 器，圖2中油水混合層有兩組傳感器。當(dāng)儀器測(cè)量完一點(diǎn)后，推靠調(diào)節(jié)部分控制儀器測(cè)量臂進(jìn)行移動(dòng)，使測(cè)量臂上的六 組傳感器繼續(xù)對(duì)另一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明專利可以在某一個(gè)水平面內(nèi)無(wú)限的水平分層，進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量。也可以將儀器的測(cè)量臂打開(kāi)到一定程度后連續(xù)測(cè)量。儀器的使用方法有兩種一種是在一個(gè)垂直剖面內(nèi)，將臂打開(kāi)至不同的大小，測(cè)出 這個(gè)垂直剖面內(nèi)的多組數(shù)據(jù)后，將儀器移至另一個(gè)垂直剖面內(nèi)測(cè)量；另一種方法是將儀器 的測(cè)量臂打開(kāi)到一定程度后連續(xù)拖動(dòng)儀器測(cè)量。本發(fā)明由于其可以在垂直剖面內(nèi)增加測(cè)點(diǎn)密度，使得相流分層判斷比以往的儀器 更準(zhǔn)確，儀器探頭成組分布，且位于一個(gè)測(cè)量臂上使得儀器總長(zhǎng)更小，更利于在水平井和大 斜度井中工作。本發(fā)明的特點(diǎn)1、適用于水平井和大斜度井；2、可測(cè)量井下混合和單獨(dú)的流體形式；3、可以測(cè)量井眼中任意縱向剖面內(nèi)任意位置的流量；4、測(cè)量流量的同時(shí)可以判斷流體性質(zhì)；5、可以聯(lián)合其他的測(cè)井工具工作；
6、比其它同類測(cè)井工具測(cè)量更精確。 本發(fā)明最大的特點(diǎn)是相速測(cè)量準(zhǔn)確、精度高，儀器總長(zhǎng)小。
權(quán)利要求
1.一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，包括推靠系統(tǒng)(4)、機(jī)架(5)和測(cè)量臂系統(tǒng) (6)；所述測(cè)量臂系統(tǒng)(6)包括測(cè)量臂(61)和若干組設(shè)置于所述測(cè)量臂(61)上的傳感器 組，所述測(cè)量臂一端鉸鏈接所述機(jī)架(5)；所述推靠系統(tǒng)(4)能夠推動(dòng)所述測(cè)量臂(61)旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述推靠系統(tǒng)(4)包括推 靠電機(jī)、離合器、絲杠螺母部件、傳動(dòng)軸、連桿和滑塊部件；所述絲杠螺母部件包括絲桿和安 裝于絲桿外周的螺母；所述推靠電機(jī)、離合器、絲杠依次連接，所述螺母連接所述傳動(dòng)軸，所 述傳動(dòng)軸上裝有滑塊部件；所述連桿一端鉸鏈接所述滑塊部件，另一端鉸鏈接所述測(cè)量臂 (61)。
3.如權(quán)利要求1或2所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述機(jī)架(5)設(shè)有供 所述測(cè)量臂系統(tǒng)(6)旋轉(zhuǎn)伸出的開(kāi)口。
4.如權(quán)利要求3所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述傳感器組包括一個(gè) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)(7)和一個(gè)光學(xué)探針(8)；所述若干組傳感器組均勻設(shè)置于所述測(cè)量臂(61) 上。
5.如權(quán)利要求4所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述若干組傳感器組為6組。
6.如權(quán)利要求3所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述成像儀還包括一主 軸，所述推靠系統(tǒng)(4)和機(jī)架(5)安裝于所述主軸上。
7.如權(quán)利要求6所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述成像儀還包括旋轉(zhuǎn) 系統(tǒng)(9)，所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(9)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、方位傳感器、傾角傳感器和偏重測(cè)量系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求7所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述成像儀還包括線路 系統(tǒng)(3)，所述線路系統(tǒng)(3)包括線路骨架和固定在線路骨架上的線路板；所述線路板電性 連接所述推靠電機(jī)、小型轉(zhuǎn)子流量計(jì)(7)、光學(xué)探針(8)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、方位傳感器、傾角傳感 器和偏重測(cè)量系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述成像儀還包括地面 測(cè)井系統(tǒng)，所述地面測(cè)井系統(tǒng)通過(guò)電纜電性連接所述線路板。
10.如權(quán)利要求9所述一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，其特征在于，所述成像儀還包括堵頭 (1)、第一旋轉(zhuǎn)接頭(2)、第二旋轉(zhuǎn)接頭(10)和護(hù)帽(11)；所述堵頭(1)和護(hù)帽(11)分別固 定于所述主軸兩端；堵頭(1)和護(hù)帽(11)之間依次安裝有第一旋轉(zhuǎn)接頭O)、機(jī)架(5)和 第二旋轉(zhuǎn)接頭(10)；所述線路系統(tǒng)(3)、推靠系統(tǒng)⑷和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(9)安裝于所述機(jī)架(5) 內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，包括推靠系統(tǒng)、機(jī)架和測(cè)量臂系統(tǒng)；所述測(cè)量臂系統(tǒng)包括測(cè)量臂和若干組設(shè)置于所述測(cè)量臂上的傳感器組，所述測(cè)量臂一端鉸鏈接所述機(jī)架；所述推靠系統(tǒng)能夠推動(dòng)所述測(cè)量臂旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明一種流動(dòng)剖面掃描成像儀，將六組傳感器設(shè)置于測(cè)量臂上，通過(guò)鉸接測(cè)量臂的推靠系統(tǒng)調(diào)節(jié)測(cè)量臂的打開(kāi)角度，以此改變測(cè)量點(diǎn)分布變稠密程度，這樣對(duì)與流體性質(zhì)的分層位置判斷就越準(zhǔn)確，大大提高了測(cè)量的精度。
文檔編號(hào)E21B47/00GK102061907SQ20101058099
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者易迪峰, 詹保平 申請(qǐng)人:西安威盛電子儀器有限公司