[发明专利]井下集流型超声波多普勒流量-含水率计

说明书

技术领域

本发明涉及油田生产测井技术领域，尤其涉及一种井下集流型超声波多普勒流量-含水率计。

背景技术：

目前油田产出剖面测井的常用方法是通过测量总流量和各分相含率来确定井下各层的油、气、水产量。目前测量总流量的流量计主要是涡轮流量计。从测量原理上讲，涡轮流量计的流量表达式是密度、粘度等流体参数的函数，油、气、水三相的不同配比会使得流体密度、粘度在较大范围内变化，从而导致在油、气、水三相条件下，涡轮流量计的响应规律存在诸多不确定性，对测量结果的准确性产生重大影响，即目前三相流条件下测量总流量的涡轮流量计是在超范围使用。同时井内出沙及流体中的铁屑也严重影响着涡轮流量计的使用。

超声波多普勒法是利用超声波遇到随流体一起运动的微小颗粒会被散射，散射波的频率与流体流速存在对应关系，因而广泛用于流体流量测量。专利申请号为200610020720.X名称为“超声多普勒井下流量计”的发明专利申请公开了两种结构用于井下多相流测量的超声多普勒流量计，一种是发射和接收一体的单探头结构；一种是发射和接收分离的双探头结构。由于受井下过环空仪器外径(小于28毫米)限制，因为走线密封和与其它传感器机械配接原因，发射和接收分离的双探头结构难以在井下过环空仪器上实现。发射和接收一体的单探头结构是发射和接收换能片与中轴线存在70°～88°的倾角。由于该倾角的存在，在垂直情况下，该结构存在一个问题，低流量三相条件下气相会在该夹角内汇集，使得声波发射受阻，因此上述“超声多普勒井下流量计”的发明专利未能在三相流测量中得到有效应用。

发明内容：

本发明在于克服背景技术中存在的现有流量计无法实现两相和三相条件下流体流量测量问题，而提供一种井下集流型超声波多普勒流量-含水率计。该井下集流型超声波多普勒流量-含水率计，基于超声波反射和多普勒原理，实现两相和三相条件下流体流量测量，实现油、水两相或气、水两相流体的含水率测量。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该井下集流型超声波多普勒流量-含水率计，包括集流器主体、发射-接收一体化超声探头，所述的集流器主体上端开有出液口，集流器主体下端依次连接滑套和驱动装置，出液口下部的集流器主体上端及滑套间连接有集流伞，集流器主体中部设置进液口，所述的超声探头安装在出液口上端；所述的超声探头的端面分别有接收面和发射面；所述的发射面与超声探头轴向夹角a°为70°～80°，接收面与超声探头轴向夹角b°是80°～90°。

该井下集流型超声波多普勒流量-含水率计流体总流量测量原理为：声波由超声探头发射面向流体发射，声波遇到流体中的离散泡体时会发生反射，根据多普勒效应，若流体速度在声波传输方向上存在分量时，反射波的频率相对于发射波的频率会发生偏移。设声波方向与轴向(流体流速方向)夹角(声波发射角)是θ，C是声波在水中的传播速度，f₀是声波发射频率，Δf是反射声波与发射声波的频率差，则据多普勒效应，流体流速是：

v=c2f0cos(θ)Δf]]>

设S是集流通道内径，则流体流量是：

Q＝v·S

该井下集流型超声波多普勒流量-含水率计流体的含水率测量原理为：超声探头的发射面发出的声波几乎覆盖了出液口处的流道截面，当声波遇到气泡或油泡时，会发生反射，反射波通过接收面被探头接收，而没有遇到气泡或油泡的声波将消耗在集流通道内，因此气泡或油泡在截面的空间占有量对应着探头接收的反射波信号强度。气泡或油泡在截面的空间占有量反应的是含水率，因此通过检测探头接收的反射波信号强度可以实现含水率测量。

设声波发生全反射时，探头接收的反射波信号强度是v₀,则当探头接收的反射波信号强度是v时，含水率可以表述为：