专利名称：一种油井持水率测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田采油井井下持水率测定装置。
石油生产井各地下油层的产出流体中，包含了不同的含水比例。为了“减水增油”，合理安排各油层的采出量，必须精确测定井下不同层位位置的“持水率”。
中国专利“高频电磁振荡持水率测量仪”(申请号92223160)是一种电容式持水率测量仪。通常的电容式持水率测量仪在持水率高于40％时灵敏度极低。该专利采用了高频电磁波，减小了地层水导电对仪器灵敏度的影响。在持水率高于40％的条件下，仪器有较高的灵敏度。然而针对国内高持水率油井的实际参数，石油生产要求将持水率的测量范围扩展到99％以上，这是现有电容式持水率测量仪难以实现的。
本实用新型的目的在于提出一种在高持水率状态下能准确测量井下“持水率”参数的油井持水率测量仪。
本实用新型油井持水率测量仪的特征是在其探测段设置有空间分布的金属探针及井壁油层分离罩；本实用新型油井持水率测量仪采用金属探针进行油、水介质判别和统计处理的测量原理，在油井整个测量断面布置金属探针，测量流过探针针尖区流体的导电性质，来判别该区流体的油水属性，地面测井系统对流过油井持水率测量仪探针区的流体性质进行一定时间的测量统计和数据处理，取得测量流体全断面的平均“持水率”数据。
本实用新型是这样实现的本实用新型油井持水率测量仪的整体结构为一园柱形状。它由探测段、测量电路段、机电控制段组成。测量仪的探测段在仪器的中间部位，它的下端与机电控制段相连，另一端与测量电路段相连，组成一园柱形装置，仪器上端经电缆与地面测井系统连接。
探测段由金属探针、扶正支撑架及油层分离装置-井壁油层分离罩组成。在仪器探测段径向部位设置了金属探针。
扶正支撑架设置在探测段的外围，在金属探针测量断面的下方设置了井壁油层分离罩，井壁油层分离罩的下边沿被固定在扶正支撑架上。
测量电路段设置了探测电源、油水判别电路、多路传输电路。
机电控制段包括电机、减速器。
油井持水率测量仪探测段设置的金属探针用绝缘套管包封，并用引线接到测量电路段内的一个直流或交流探测电源上，针尖处裸露在被测流体中。
当探针尖被油包裹时，油的电阻率高，流过探针尖的电流小。当它被水包裹时，水的电阻率低，流过探针尖的电流大。测量流过探针尖的电流值，可判别探针尖周围的介质是油还是水。探针的针尖向下，迎着生产井产出流体的方向，针尖有时处在油中，有时在水中。
为了测定探针所在部位油和水的相对流过量，需要作较长时间测量和统计平均。假定在一段选定的测量时间T(通常为数分钟)内，探针处在大电流的时间(即水中的时间)为t1，t2，……tN，共N个时间段。根据“持水率”的定义，可得出持水率数据YW。YW=t1+t2+...+tNT]]>选择较长的测量统计时间T，可减小地层油，水产出时的随机涨落引起的误差。
单支金属探针只能测量出流过探针尖邻近区域流体的“持水率”参数。由于生产井出油孔射孔分布的不均匀和油井的倾斜角等因素，在一个测量横断面内，油和水的分布通常是不均匀的。为了在油、水分布不匀时，准确测出该断面的油、水产出量，需要设置较多数量的测量探针，并将其均匀分布，覆盖整个流体断面。本实用新型油井持水率测量仪采用多支探针在仪器周围360°全方位和径向多圈分布，可消除测量断面内油、水分布不均匀产生的探测误差。
本实用新型利用扶正支撑架将仪器支撑到井的中心部位，将探针从仪器外壁伸展出去，进入流体主通道，使其分布在数个不同半径的园周上，形成对整个流体断面的较好覆盖。
造成油和水在套管内流动时分布不均匀的另一个因素是原油和套管壁的粘附力。它会使部分原油粘附在井壁上，并向上滑移流动。由于探针处在油井中油水混合流体内，不能探测到井壁上的油体，使“持水率”参数测量产生附加误差。因此，本实用新型在流体进入测量断面前(即仪器下方)，设置一个紧贴井壁的油层分离装置-井壁油层分离罩，它使沿井壁滑移流动的油体转向，流到探针能测量的油水混合流体内，解决了以往持水率测量仪不能探测到附壁油流体而引起的持水率测量误差。
本实用新型持水率测量仪和以往的井下持水率测量仪相比，具有以下优点①采用探针油、水介质判别和统计处理的测量原理，在持水率高至100％时也能获得准确测量数据。在生产井原油产出比例较低时，只要加长测量统计时间，测得足够的油取样数，就能达到必要的精度。
②采用多支探针在仪器周围360°全方位和径向多圈分布，可基本消除测量断面内油、水分布不匀匀产生的探测误差。采用多探针还减小了测量的随机涨落误差，可缩短测量总时间。
③采用井壁油层分离装置，使沿着井壁滑移流动的油层进入探针的测量范围内，解决了以往持水率测量仪不能探测到附壁油流体而引起的持水率测量误差。
采用本实用新型的持水率测量仪可在高持水率状态下，以较短的测量时间实现井下持水率(或持油率)的准确测量。
下面根据附图对本实用新型油井持水率测量仪作进一步详细描述。
图1为油井持水率测量仪整体结构及井下使用状态示意图；图2为油井持水率测量仪多支金属探针针尖横断面位置分布示意图；图3为油井持水率测量仪单针式探针结构及工作原理示意图；图4为油井持水率测量仪双针式探针结构及工作原理示意图5为油井持水率测量仪井壁油层分离罩结构之一示意图；图6为油井持水率测量仪井壁油层分离罩结构之二示意图；图7为油井持水率测量仪电路原理示意图；图中1．探测段；2．测量电路段；3．机电控制段；4．扶正支撑架；5．探针支架；6．探针尖；7．井壁套管；8．油层分离罩；9．仪器外壳；10．探测电源；11．电阻；12．油水判别电路；13．绝缘套管；14．接地探针；15．多路传输电路；16．地面测井系统。
图1为本实用新型油井持水率测量仪的整体结构及井下使用状态示意图，油井持水率测量仪整体为一园柱形状。它由探测段(1)、测量电路段(2)、机电控制段(3)组成。
测量仪的探测段(1)在仪器的中间部位，它的下端与机电控制段(3)相连，另一端与测量电路段(2)相连，组成一园柱形装置，仪器的直径小(φ26mm)，满足“环空测井”的要求。仪器上端经电缆与地面测井系统(16)连接。
探测段(1)由金属探针、扶正支撑架(4)及油层分离装置-井壁油层分离罩(8)组成。在仪器探测段(1)径向部位设置了金属探针，下井前，扶正支撑架(4)收拢，探针与仪器外壳(9)平行，下井后，扶正支撑架(4)打开，探针支架(5)伸展，形成探针测量断面。根据不同的油井情况，设定了两种探针结构，即单针式探针和双针式探针结构。图3为单针式探针结构图，其连接引线和金属探针包封绝缘套管(13)，探针尖(6)裸露，金属探针通过引线接到测量电路段内(2)。图4为双针式探针结构图，此结构中，一支探针结构与单针式探针相同，另一探针及引线接仪器外壳(9)，两探针尖(6)相距0．5-3mm。整个持水率探测断面的结构是多个探针在空间分布设置，且中心对称均匀排列在测量断面的一个园周或半径不同的多个园周上。图2是采用12支探针的探针尖(6)井下位置分布图。探针分两圈排列在仪器探测段(1)和井壁套管(7)之间，外圈安置8支探针，内圈安置4支探针，在角度分布上内外两层相互错开，中心对称均匀地覆盖整个流体断面。
扶正支撑架(4)设置在探测段(1)的外围，在金属探针测量断面的下方设置了井壁油层分离罩(8)，井壁油层分离罩(8)的下边沿被固定在扶正支撑架(4)上。
井壁油层分离罩(8)结构之一如图5所示，它的作用是使沿井壁向上滑移的油层离开套管壁，回到油、水混合流体中。分离罩的形状为倒置的漏斗状、罩的下边沿由扶正支撑架(4)将其紧贴在井壁上，罩的上边出口比下边的进口�。魈逋ü掷胝趾蠼蚓闹屑洳课痪奂�。为了使贴附井壁油流离开井壁，而又不产生大的井下流型变化，罩的高度要小(约10mm)，罩的向上倾角约45°。为了使离开井壁沿分离罩内壁向上流动的油流在进入混合流体时比较均匀的分布和散开，罩的上边沿设计为波纹状。
本实用新型油井持水率测量仪的井壁油层分离罩(8)结构之二如图6所示。为了获得准确的持水率测量，分离罩须将井壁的油层流较均匀的分配到流体断面中去。该分离罩具有边沿分布的小孔和中心部位的大孔，它使沿分离罩内壁向上流动的油流在进入混合流体时具有更宽的径向位置分布，使油、水混合得更均匀，使持水率参数测量得更准确。
分离罩的材料采用薄布，在仪器下井和上提时，由扶正支撑架将分离罩收笼。
测量电路段(2)通过金属探针测定探针尖(6)所在区域流体的导电性能，经油水判别电路(12)将数据处理并输往地面测井系统(16)。
图7为油井持水率测量仪电路原理示意图，本实用新型的持水率测量仪的测量电路段(2)包含探测电源(10)，油水判别电路(12)，多路传输电路(15)。电路工作原理如下探测电源(10)电压V探经电阻R加到探针尖(6)，将1／2 V探作为参考电压VR加到油水判别电路的一个差动输入端。当探针尖(6)处在油中时，探针的接地电阻值R油远大于电路中的电阻值R，探针处的输入电压远大于参考电压VR。油水判别电路(12)可采用“运算放大器”集成电路，探针尖(6)在油中时，油水判别电路(12)输出高电平(逻辑1)。当探针尖(6)处在水中时，探针的接地电阻值R水远小于电路中的电阻值R，探针处的输入电压远小于参考电压VR。油水判别电路(12)输出低电平(逻辑0)。
当仪器采用多支探针时，有相应数目的油水判别电路(12)的逻辑输出信号。为了经单芯测井电缆向地面传输信号，需经多路传输电路(15)组合后向地面传输。
机电控制段(3)通过地面测井系统(16)来控制仪器在井中打开及收笼扶正支撑架(4)及探针。
当测量油井持水率时，将本实用新型油井持水率测量仪，通过电缆放入被测井中，由地面测井系统(16)控制，机电控制段(3)在井下将扶正支撑架(4)撑开至井壁套管(7)，使仪器保持在油井中心部位，同时，机电控制段(3)也使所有金属探针支架伸展，使全部探针较均匀地覆盖整个流体断面，探针尖(6)呈裸露状。
在探针测量断面的下方设置的井壁油层分离罩(8)，也随着扶正支撑架(4)的撑开而伸展，它使沿井壁滑移流动的油层进入探针可探测到的油、水混合流体中；当探针尖(6)和液体接触后，探测段(1)探测电源的电压经电阻加到探针尖(6)，经导电水介质流回到仪器外壳(9)，形成回路电流，此时，在探测段(1)上分布的多支探针尖(6)获得的油、水介质信号经过测量电路段(2)处理，然后经电缆传输到地面，由地面测井系统(16)作数据分析、显示、记录和存贮。经过选择的测量统计时间后，井下测量工作完毕，地面测井系统(16)通过电缆收笼扶正支撑架(4)及金属探针，使其复原位，仪器出井。
实施例1本实施例1为采用12支单针式探针的油井持水率测量仪，图1是其整体结构示意图，图2是12支探针针尖井下位置分布示意图，图3是单针式探针结构及工作原理示意图。它适合在油井井下持水率50％-100％的条件下应用。在上述的条件下，井筒中的油以分立的油珠状态存在，而井筒中的水构成相互连接的连续导电体。
油井持水率测量仪为一圆柱形状，它由探测段(1)、测量电路段(2)、机电控制段(3)组成。测量仪的探测段(1)在仪器的中间部位，它的下端与机电控制段(3)相连，另一端与测量电路段(2)相连，仪器上端经电缆与地面测井系统(16)连接。
探测段(1)由金属探针、扶正支撑架(4)及油层分离装置-井壁油层分离罩(8)组成。在仪器探测段(1)径向部位设置的金属探针为单针式探针结构的12个探针。图2是采用12支探针的探针尖(6)井下位置分布图。探针和从测量电路段(2)伸出的探针引线用绝缘套管(13)全部包封，只露出探针尖(6)。
扶正支撑架(4)设置在探测段(1)的外围，在金属探针测量断面的下方设置了井壁油层分离罩(8)，罩的上边沿设置为波纹状，井壁油层分离罩(8)的下边沿被固定在扶正支撑架(4)上。
图3是单针式探针结构及工作原理示意图。当探针尖(6)和水接触后，探测电源(10)的电压经电阻(11)加到探针尖(6)，经导电水介质流回到仪器外壳(9)，形成回路电流。而当探针尖(6)在油中时，其回路电流极小。油、水判别电路(12)根据流经电阻(11)的电流大小判别针尖处在油中还是在水中。油、水判别电路(12)采用集成运算放大器。为了传送12路探针产生的油水判别信号，采用两块“八选一数字集成电路”组合为多路传输电路(15)。单针式探针结构简单，特别适合测量持水率较高的生产井。
实施例2本实施例2为采用12支双针式探针的油井持水率测量仪，图1是其整体结构示意图，图2是12支探针针尖井下位置分布示意图，图4是双针式探针结构及工作原理示意图。它的应用范围不受井下持水率大小的限制，即可以在油井井下持水率0-100％的条件下应用。双探针中的一根探针和单针式探针结构相同，探针外包绝缘套管(13)，而另一根接地探针(14)和仪器外壳(9)相连接，其引线和探针可以裸露在流体中。两根针的针尖相距1mm。整体结构同实施例1。当两个针尖被同一个水体(或水珠)包裹时，探测电源(10)的电压经电阻(11)，加到探针尖(6)，经导电水介质回到接地探针(14)，形成回路电流。当探针尖(6)在油中时，其回路电流极小。油水判别电路(12)的工作原理和实施例1相同。
本实用新型的油井持水率测量仪，空间分布的金属探针可为单针式探针结构、双针式探针结构、或部分采用单针式探针结构和部分采用双针式探针结构的组合。
本实用新型油井持水率测量仪能在低持水率条件下应用，更适用于在高持水率状态下准确测量井下持水率参数。该仪器体积小、能满足“环空测井”的要求，且使用方便，特别适应我国高持水率油井生产测井的需求。
权利要求1.一种油井持水率测量仪，包括探测段(1)、测量电路段(2)和机电控制段(3)，其特征是探测段设置有空间分布的金属探针和井壁油层分离罩(8)。
2.根据权利要求1所述的持水率测量仪，其特征是当空间分布的金属探针为单针式探针结构时，探针连接引线和金属探针包封绝缘套管(13)，探针尖(6)裸露。
3.根据权利要求1所述的持水率测量仪，其特征是当空间分布的金属探针为双针式探针结构时，一支探针结构与单针式探针相同，另一探针及引线接仪器外壳(9)，两探针尖(6)相距0．5-3mm。
4.根据权利要求1所述的持水率测量仪，其特征是空间分布的金属探针，均匀排列在测量断面的同一园周或多个不同园周上。
5.根据权利要求4所述的持水率测量仪，其特征是空间分布的金属探针可为单针式探针结构。
6.根据权利要求4所述的持水率测量仪，其特征是空间分布的金属探针可为双针式探针结构。
7.根据权利要求4所述的持水率测量仪，其特征是空间分布的金属探针可部分采用单针式探针结构、部分采用双针式探针结构。
8.根据权利要求1所述的持水率测量仪，其特征是井壁油层分离罩(8)是一个倒置的漏斗状口袋，其下边沿紧贴井壁，其上边沿为一个大流体引出口。
9.根据权利要求8所述的井壁油层分离罩(8)，其特征是井壁油层分离罩(8)的上边沿设计为波纹状或在裙体部分加多个小流体引出口。
专利摘要本实用新型为一种采油井井下持水率测量仪,通过设置空间分布的探针测量流过针尖区流体的导电性能,判别该区流体油、水属性。测量仪处于油井的中心,众多探针360°全方位伸展到流体中,整个测量断面分布多圈探针,经数据处理得出全断面的平均持水率数据。本仪器设有井壁油层分离罩,减小了贴附井壁油层流引起的持水率探测误差。本实用新型适用测量的油井持水率范围宽,可测至最高持水率100%的油井,能满足“环空测井”的要求。
文档编号G01N27/06GK2427806SQ00223018
公开日2001年4月25日 申请日期2000年5月15日 优先权日2000年5月15日
发明者岑大刚, 黄诚献, 刘黄莹, 殷绍忠, 刘发富, 辛宇亮 申请人:四川科学城久利电子总公司
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