用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田油井計量技術領域，特別涉及一種用于水平井油氣水多相流流量 測量的電磁陣列相關傳感器及系統(tǒng)，主要用于水平井生產(chǎn)測井狹小空間內(nèi)含不同濃度的油 氣等非導電物質(zhì)、鐵鎳等導磁物質(zhì)以及不同礦化度水相的油氣水多相流層狀流的流量測 量。
【背景技術】
[0002] 電磁流量計由于具有非侵入性、內(nèi)部光滑、無阻流元件等特點，且不受溫度、壓力、 流體密度及粘度等諸多因素影響，近年來已經(jīng)逐步開始應用于兩相流以及多相流流體測量 中，尤其在高含水油田注水井、注聚井的注入剖面測井中得到廣泛應用。然而，傳統(tǒng)電磁流 量計在測量非高含水的油氣水多相流流體流量時，由于如油氣等非導電物質(zhì)、鐵鎳等導磁 物質(zhì)以及不同礦化度水相都會使得傳感器輸出信號產(chǎn)生較大的波動，嚴重影響其測量結 果，導致產(chǎn)生較大誤差。
[0003] 燕山大學的專利CN201210012146. 9 (電磁相關法流量計傳感器）提出了電磁流量 測量理論和相關法流量測量技術相結合的電磁相關法流量計傳感器結構模型。根據(jù)相關法 流量測量原理可知，當流體中含有水為連續(xù)相以及其它非導電物質(zhì)時，油水兩相流或油氣 水多相流流體中存在的非導電物質(zhì)對測量信號造成的波動性在電磁相關法流量計流量測 量中并不存在明顯的影響，因此電磁相關法流量計可以測量含有非導電物質(zhì)的兩相流或多 相流流量。同時電磁相關法流量計作為一種新型的流量測量儀器儀表，在實際應用中不僅 可以測量非導電物質(zhì)含量較低的兩相流或多相流流量，而且可以測量非導電物質(zhì)含量較高 的兩相流或多相流流量。
[0004] 由于水平井生產(chǎn)測井中油氣水多相流流體流型流態(tài)受重力影響，較垂直井更加復 雜多變，尤其在低產(chǎn)液、低流速、高含水的水平井油氣水多相流層狀流（即上層為氣相、中 間層為油相或油水混合相、下層為水相）的各相間存在滑脫，局部流速及相含率沿管徑方 向存在復雜分布的實際情況，致使其流量測量較垂直井更加困難。電磁相關法流量計傳感 器上下游的每個橫截面只有一對檢測電極，在測量層狀流流體流量時，單對檢測電極只能 測量處于流體層狀流中氣層、油層或水層的某一層流體的流量信息，而當傳感器上下游每 個橫截面安裝N對檢測電極可以將處于層狀流的氣層、油層和水層的流體流量信息全部覆 蓋，同時結合互相關運算、多源信息融合處理，從而達到水平井油氣水多相流層狀流的流速 和流量測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于水平井油氣水多相流流量測量的電 磁陣列相關傳感器及系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術中無法實現(xiàn)水平井油氣水多相流層狀流的流量 測量。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明一方面提供了一種用于水平井油氣水多相流流量 測量的電磁陣列相關傳感器，包括傳感器內(nèi)流測量管、勵磁組件、電極固定座、檢測電極組 件和襯里；所述傳感器內(nèi)流測量管為兩端開口且內(nèi)徑一致的圓柱形殼體；所述襯里黏貼在 所述傳感器內(nèi)流測量管的內(nèi)管壁上；所述傳感器內(nèi)流測量管的兩端管壁較薄且中間段管壁 較厚，在其中間段較厚管壁外側對稱平行安裝有勵磁組件；所述的勵磁組件包括勵磁線圈、 磁芯、勵磁線圈固定件和勵磁結構固定架；所述的勵磁線圈為馬鞍形結構且與所述傳感器 內(nèi)流測量管的中間段外壁平行，通過勵磁線圈固定件將所述的勵磁線圈固定在勵磁結構固 定架上，在所述勵磁線圈的中心位置鑲嵌有磁芯，所述磁芯為所述勵磁線圈的繞線骨架；所 述勵磁線圈固定件通過勵磁結構固定架固定在所述傳感器內(nèi)流測量管的中間段管壁上；所 述電極固定座為圓環(huán)結構，所述電極固定座安裝固定在所述勵磁組件產(chǎn)生的較均勻磁場區(qū) 域的所述傳感器內(nèi)流測量管中間管段上，在所述電極固定座上和對應的所述傳感器內(nèi)流測 量管的兩個橫截面的管壁上各沿圓周方向均勻設有N對結構相同的檢測電極組件安裝孔， 在所述檢測電極組件安裝孔內(nèi)安裝有檢測電極組件，N為大于等于2的自然數(shù)；所述檢測電 極組件是由外插式電極和電極絕緣套組成，外插式電極為中間內(nèi)徑大、兩端內(nèi)徑小的圓柱 形殼體，在所述外插式電極設有圓柱體凹槽的一端連接引線，其另一端穿過傳感器內(nèi)流測 量管的管壁鑲嵌在襯里上，且其端部與襯里內(nèi)壁取平；在所述外插式電極的外側套有兩端 開口的電極絕緣套，所述電極絕緣套密封隔離所述外插式電極和所述傳感器內(nèi)流測量管的 管壁；在所述傳感器內(nèi)流測量管上、下游的兩個橫截面的距離為L，D/2 < L < 2D，D為傳感 器內(nèi)流測量管的內(nèi)徑。
[0007] 另一方面，本發(fā)明提供一種用于水平井油氣水多相流流量測量系統(tǒng)，包括用于水 平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器，還包括電磁陣列相關法流量測量驅(qū)動 電路系統(tǒng)、位于電磁陣列相關傳感器和電磁陣列相關法流量測量驅(qū)動電路系統(tǒng)之間的多路 程控開關電路；所述的電磁陣列相關法流量測量驅(qū)動電路系統(tǒng)連接信號采集系統(tǒng)；所述電 磁陣列相關法流量測量驅(qū)動電路系統(tǒng)包括勵磁驅(qū)動電路、電源供電電路、信號處理電路及 頻率復合電路；所述信號處理電路包括上游信號處理電路和下游信號處理電路；所述上游 信號處理電路包括上游前置放大電路、上游主放大電路、上游濾波放大及反相電路、上游采 樣保持電路和上游壓頻轉(zhuǎn)換電路；所述下游信號處理電路包括下游前置放大電路、下游主 放大電路、下游濾波放大及反相電路、下游采樣保持電路和下游壓頻轉(zhuǎn)換電路；所述多路程 控開關電路由嵌入式主控制器和模擬開關組成，構成上游雙路N通道程控開關和下游雙路 N通道程控開關，分別負責循環(huán)定時接通電磁陣列相關傳感器上、下游的N對檢測電極組件 和電磁陣列相關法流量測量驅(qū)動電路系統(tǒng)對應的上、下游信號處理電路。
[0008] 本發(fā)明提出的一種用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器及 系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)電磁流量計傳感器和電磁相關法流量計傳感器，由陣列檢測電極取代了 傳感器結構中一對檢測電極或兩對檢測電極，在傳感器內(nèi)流測量管上下游相距為L的兩個 橫截面的管壁上各沿圓周方向均勻安裝有N對結構相同的檢測電極，分別稱為上游截面陣 列檢測電極和下游截面陣列檢測電極；根據(jù)法拉第電磁感應定律可知，上游截面陣列檢測 電極的N對檢測電極可獲取反映上游被測流體狀況的感應電動勢信號分別為Ix 1 (t) I (i = 1，2,…Ν)}，下游截面陣列檢測電極的N對檢測電極可獲取反映下游被測流體狀況的感應電 動勢信號分別為Iy 1 (t) I (i = 1，2,…Ν)}。由于此上下游陣列檢測信號是在同一勵磁組件產(chǎn) 生較均勻磁場且相距為L的測量管內(nèi)獲取的，則獲取對應的上下游檢測信號X1 (t)和yi (t) 具有相關性，因此可對上下游陣列檢測信號Ix1 (t) I (i = 1，2,…N)}和{yi (t) I (i = 1，2,… N)}分別對應作互相關運算，其互相關函數(shù)
，通 過互相關運算將可獲取流體從上游檢測電極到下游檢測電極的渡越時間{ τ Jt) I (i = 1，2,…Ν)}，進而獲得對應的相關流速Iv1 (t) =L/T1 (t) I (i = 1，2,…Ν)}，其中L為上、下 游對應檢測電極對之間的距離。
[0009] 本發(fā)明擬引入自適應加權融合估計的數(shù)據(jù)融合處理方法可獲取多相流流體 相對較為準確的平均流速估計F .，通過相關流速Vi⑴計算得出
，其中
;其中of為相關流速V1 (t)的采樣信號樣本序列 vlk(i = 1，2,…N;k= 1，2,…M)的方差，這里M為自然數(shù)，它表示相關流速Vl(t)的采樣信 號樣本序列的長度，
為相關流速V1⑴的采樣信號序列Vlk的平均值，
綜合測量傳感器內(nèi)流測量管內(nèi)橫截面積S = π D2/4,即可獲取較為準確的平 均流體流量估計值5 = ,其中D為傳感器內(nèi)流測量管的內(nèi)徑。
[0010] 本發(fā)明提供一種用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器及系 統(tǒng)，采用電磁陣列相關傳感器與驅(qū)動電路系統(tǒng)相結合，其優(yōu)勢在于能夠按照一定順序分時 獲取電磁陣列相關傳感器上、下游多角度、多位置分布的N對檢測電極測量弦端流場信息， 經(jīng)互相關運算和多源信息融合處理，可有效實現(xiàn)較高精度的水平井生產(chǎn)測井狹小空間內(nèi)含 不同濃度的油氣等非導電物質(zhì)、鐵鎳等導磁物質(zhì)以及不同礦化度水相的油氣水多相流層狀 流的相關流速及流量測量。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 結構示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 勵磁組件中心軸向剖面示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 檢測電極組件軸向剖面示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 某一截面陣列檢測電極組件徑向剖面示意圖；
[0015] 圖5為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 檢測電極組件裝配示意圖；
[0016] 圖6為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 電極固定座裝配示意圖；
[0017] 圖7為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量的電磁陣列相關傳感器 各個部件裝配示意圖。
[0018] 圖8為本發(fā)明實施例用于水平井油氣水多相流流量測量系統(tǒng)結構示意圖。
[0019] 圖中1 一傳感器內(nèi)流測量管，2-勵磁線圈，3-磁芯，4一勵磁線