[發明專利]井下蒸汽干度測量裝置

在審

• 申請號: 201710658962.X
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107389749A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王穎;宋志軍;孫勇;朱強;步新兵;王棟;張路;李蓉;吳曉明;劉奇鹿;謝長江;曲哲;錢秀麗;張世軍;陳佳鑫;張寶疆
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 黨曉林,張印鐸

技術領域

本發明涉及石油開采設備領域，尤其涉及一種井下蒸汽干度測量裝置。

背景技術

遼河油田是我國最大的稠油生產基地，目前遼河油田主要以蒸汽吞吐、蒸汽驅及蒸汽輔助重力泄油(SAGD)等開發方式為主，在開發過程中，為了合理的調整注汽參數，需要在注蒸汽生產及注入的過程中對干度參數進行測量，以便準確的分析和掌握注汽質量，提高熱采效率。

井下蒸汽干度測量面臨注汽井筒內流型多變、管道扭曲、測量空間有限且難以人工操控等問題。目前油田現場蒸汽干度測試仍較多的采用取樣法，取樣法沿用時間較長，而且取樣技術也取得了很大的進步。取樣法最大的問題就是不能實現井下蒸汽干度剖面的連續測量。目前也有一些研究者嘗試在井下取樣后直接進行示蹤粒子的放射性和活性的檢驗，以達到連續測量蒸汽干度的目的，但是，都沒有取得很好的效果。

目前地面在線測試濕蒸汽干度主要使用汽水分離器對汽水兩相狀態分別計量后，繼而計算出蒸汽干度，缺點是分離器不適合井下蒸汽干度的測量。另外還有根據光學折射率調制原理研制的光纖傳感器在油田的注汽井筒中進行了不同深度的干度測量試驗，但是由于井下情況復雜，光學法現場適應性太差，而且只能測量井筒中某一點的干度，不能對整個流道進行整體的測量。相應的，因為測量范圍小，導致光學法很容易受液滴分布的影響，致使測量不準確，因此目前此方法仍沒有廣泛使用，還需要進一步研究，以達到推廣使用的目的。

另外一些方法是用傳統的流量測量儀表和密度測量儀表的組合測試方法，如利用渦輪流量計、中子密度計及其組合方法，由于一些放射性測量儀表防護措施不周，難以大規模推廣。

發明內容

鑒于現有技術的上述不足，本發明的目的是提供一種井下蒸汽干度測量裝置，以能夠實現干度的在線實時測量。

為達到上述目的，本發明提供一種井下蒸汽干度測量裝置，包括：

蒸汽水分離單元；所述蒸汽水分離單元包括圓柱形腔室、以及位于圓柱形腔室內且同軸設置的圓柱形測量室；所述圓柱形腔室在所述圓柱形測量室外形成分離環空；

同軸設置于所述圓柱形測量環空內的水電極電容傳感器探頭；所述水電極電容傳感器探頭包括圓柱形金屬芯、以及包裹在所述圓柱形金屬芯外側的絕緣層；所述圓柱形測量室在所述水電極電容傳感器探頭外形成測量環空；所述分離環空的上端連通所述測量環空的上端；所述分離環空的下端連通所述測量環空的下端；所述水電極電容傳感器探頭能與所述測量環空內的流體形成一等效電容傳感器；

用于測量所述等效電容傳感器電容的電容儀。

作為一種優選的實施方式，所述絕緣層為陶瓷涂層。

作為一種優選的實施方式，所述絕緣層的厚度為100-300微米。

作為一種優選的實施方式，所述分離環空內同軸設有分離管；所述分離管將所述分離環空分為第一環空和第二環空；所述第一環空用于輸入蒸汽水混合物；所述分離管上具有過流孔隙；所述第二環空的上端連通所述測量環空的上端；所述第二環空的下端連通所述測量環空的下端。

作為一種優選的實施方式，所述分離管為割縫襯管。

作為一種優選的實施方式，所述第二環空的上端通過上連通管連通所述測量環空的上端；所述第二環空的下端通過下連通管連通所述測量環空的下端。

作為一種優選的實施方式，所述圓柱形測量室的壁為導電材料構成，所述電容儀的正負極分別連接所述圓柱形金屬芯以及所述圓柱形測量室的壁。

作為一種優選的實施方式，還包括：與所述電容儀連接的控制器；所述電容儀能將測得的電容值傳遞至所述控制器。

作為一種優選的實施方式，所述控制器利用所述電容儀測得的電容根據第一預定關系計算蒸汽干度；所述第一預定關系為：

其中，ε₀表示絕緣層介電常數；ε_g表示蒸汽介電常數；X_G為蒸汽的干度；ρ_汽為測量環空中蒸汽的密度；ρ_水為測量環空中水的密度；H為分離環空的高度；δ為絕緣層的厚度；R₀為金屬芯的半徑。

作為一種優選的實施方式，所述控制器根據所述電容儀測得的電容和水的電容與蒸汽和水的相界面高度的第二預定關系計算所述相界面高度；所述第二預定關系為：

其中，h為所述相界面的高度。