[发明专利]井下蒸汽干度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采设备领域，尤其涉及一种井下蒸汽干度测量装置。

背景技术

辽河油田是我国最大的稠油生产基地，目前辽河油田主要以蒸汽吞吐、蒸汽驱及蒸汽辅助重力泄油(SAGD)等开发方式为主，在开发过程中，为了合理的调整注汽参数，需要在注蒸汽生产及注入的过程中对干度参数进行测量，以便准确的分析和掌握注汽质量，提高热采效率。

井下蒸汽干度测量面临注汽井筒内流型多变、管道扭曲、测量空间有限且难以人工操控等问题。目前油田现场蒸汽干度测试仍较多的采用取样法，取样法沿用时间较长，而且取样技术也取得了很大的进步。取样法最大的问题就是不能实现井下蒸汽干度剖面的连续测量。目前也有一些研究者尝试在井下取样后直接进行示踪粒子的放射性和活性的检验，以达到连续测量蒸汽干度的目的，但是，都没有取得很好的效果。

目前地面在线测试湿蒸汽干度主要使用汽水分离器对汽水两相状态分别计量后，继而计算出蒸汽干度，缺点是分离器不适合井下蒸汽干度的测量。另外还有根据光学折射率调制原理研制的光纤传感器在油田的注汽井筒中进行了不同深度的干度测量试验，但是由于井下情况复杂，光学法现场适应性太差，而且只能测量井筒中某一点的干度，不能对整个流道进行整体的测量。相应的，因为测量范围小，导致光学法很容易受液滴分布的影响，致使测量不准确，因此目前此方法仍没有广泛使用，还需要进一步研究，以达到推广使用的目的。

另外一些方法是用传统的流量测量仪表和密度测量仪表的组合测试方法，如利用涡轮流量计、中子密度计及其组合方法，由于一些放射性测量仪表防护措施不周，难以大规模推广。

发明内容

鉴于现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种井下蒸汽干度测量装置，以能够实现干度的在线实时测量。

为达到上述目的，本发明提供一种井下蒸汽干度测量装置，包括：

蒸汽水分离单元；所述蒸汽水分离单元包括圆柱形腔室、以及位于圆柱形腔室内且同轴设置的圆柱形测量室；所述圆柱形腔室在所述圆柱形测量室外形成分离环空；

同轴设置于所述圆柱形测量环空内的水电极电容传感器探头；所述水电极电容传感器探头包括圆柱形金属芯、以及包裹在所述圆柱形金属芯外侧的绝缘层；所述圆柱形测量室在所述水电极电容传感器探头外形成测量环空；所述分离环空的上端连通所述测量环空的上端；所述分离环空的下端连通所述测量环空的下端；所述水电极电容传感器探头能与所述测量环空内的流体形成一等效电容传感器；

用于测量所述等效电容传感器电容的电容仪。

作为一种优选的实施方式，所述绝缘层为陶瓷涂层。

作为一种优选的实施方式，所述绝缘层的厚度为100-300微米。

作为一种优选的实施方式，所述分离环空内同轴设有分离管；所述分离管将所述分离环空分为第一环空和第二环空；所述第一环空用于输入蒸汽水混合物；所述分离管上具有过流孔隙；所述第二环空的上端连通所述测量环空的上端；所述第二环空的下端连通所述测量环空的下端。

作为一种优选的实施方式，所述分离管为割缝衬管。

作为一种优选的实施方式，所述第二环空的上端通过上连通管连通所述测量环空的上端；所述第二环空的下端通过下连通管连通所述测量环空的下端。

作为一种优选的实施方式，所述圆柱形测量室的壁为导电材料构成，所述电容仪的正负极分别连接所述圆柱形金属芯以及所述圆柱形测量室的壁。

作为一种优选的实施方式，还包括：与所述电容仪连接的控制器；所述电容仪能将测得的电容值传递至所述控制器。

作为一种优选的实施方式，所述控制器利用所述电容仪测得的电容根据第一预定关系计算蒸汽干度；所述第一预定关系为：

其中，ε₀表示绝缘层介电常数；ε_g表示蒸汽介电常数；X_G为蒸汽的干度；ρ_汽为测量环空中蒸汽的密度；ρ_水为测量环空中水的密度；H为分离环空的高度；δ为绝缘层的厚度；R₀为金属芯的半径。

作为一种优选的实施方式，所述控制器根据所述电容仪测得的电容和水的电容与蒸汽和水的相界面高度的第二预定关系计算所述相界面高度；所述第二预定关系为：

其中，h为所述相界面的高度。