一种油田分注井的外置式流量测量装置及配水器的制作方法

1.本实用新型属于油田注水测量技术领域，具体涉及一种油田分注井的外置式流量测量装置及配水器。


背景技术：

2.随着油田一次采油的结束，油田的二次开发中，普遍采用分层注水驱油的方式。为了实现各层注水量的精确控制，需要一种流量计长期置于井下，对注水量的进行测量。现在油田通常采用孔板流量计(压差测量原理) 测量各层注水量，但在使用过程中存在压力传感器漂移及孔板易堵塞的问题，从而导致流量测试不准确，各层注水量无法精确控制。
3.外置式超声流量计是利用超声波测量流量的一种流量计，其超声波发送接收组件(换能器)安装于流量管外部，根据安装空间及测量量程、精度要求，可采用z、v、n、w等多种安装方式。同时还具有量程比宽，不影响流体状态，受流体密度、矿化度影响小等巨大优势，在地面管道流量测量中得到了广泛的应用，但在油水井井下高温、高压、高矿化度、高腐蚀性井况下的流量测量中，外置式超声流量计不具有密封性，在油水井下使用使极易损坏。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种油田分注井的外置式流量测量装置及配水器。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本实用新型实施例的第一方面提供一种油田分注井的外置式流量测量装置，包括控制电路、安装架、两个超声波探头、两个密封垫和两个密封接头组件；
6.所述安装架，开设有两个安装槽；
7.两个所述安装槽沿液体流向依次间隔设置；所述安装槽的槽口所在表面与外部的配水器的过流管贴合；
8.所述超声波探头，固定设置在所述安装槽内；
9.所述密封垫，设置在所述安装槽的槽口上；
10.所述密封接头组件，与所述安装架密封连接，与所述超声波探头和所述控制电路电连接；
11.所述控制电路，固定设置在所述配水器内。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述控制电路包括：电源电路、驱动电路、信号调理电路、时间测量电路、通道切换电路和主控及通讯电路；
13.所述主控及通讯电路，与所述电源电路、所述时间测量电路和所述通道切换电路电连接；
14.所述时间测量电路，与所述电源电路、所述驱动电路和所述信号调理电路电连接；
15.所述信号调理电路，与所述电源电路和所述通道切换电路电连接；
16.所述驱动电路，与所述电源电路和所述通道切换电路电连接；
17.所述通道切换电路，与所述电源电路和两个所述密封接头组件电连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述信号调理电路，包括：一级放大滤波电路和lc选频放大电路；
19.所述lc选频放大电路，包括：比较器、电阻、电容和电感；
20.所述一级放大滤波电路与所述电阻的一端连接，所述比较器的正输入端接地，负输入端与所述电阻的另一端连接；所述电感的两端分别分别连接所述比较器的负输入端和输出端；所述电容与所述电感并联。
21.本实用新型实施例的第二方面提供一种油田分注井的配水器，包括：上接头、下接头、流量短节、过流管、外护管和所述的外置式流量测量装置；
22.所述外护管的两端分别与所述上接头和下接头密封且固定连接；
23.所述流量短节，固定设置在所述外护管内；
24.所述过流管，固定设置在所述外护管内，两端与所述上接头和所述下接头连通；
25.所述安装架与所述过流管固定连接，所述控制电路固定设置在所述外护管内。
26.在本实用新型的一个实施例中，所述流量短节，与所述下接头固定连接；
27.所述控制电路，与所述上接头固定连接。
28.本实用新型的有益效果：
29.本实用新型通过密封接头组件将超声波探头的电路密封并引出至配水器内的控制电路中，同时，通过密封垫将超声波探头密封在安装槽中，使超声波探头能够在高温、高压、高腐蚀性环境下正常使用而不易损坏。此外，安装架能够与配水器的过流管紧密贴合，进一步提高了测量装置的密封性。本实用新型还提供一种油田分注井的配水器以及流量测量方法。
30.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
31.图1是本实用新型实施例提供的一种油田分注井的外置式流量测量装置的结构示意图；
32.图2是本实用新型实施例提供的一种油田分注井的外置式流量测量装置的侧面结构示意图；
33.图3a是本实用新型实施例提供的一种油田分注井的配水器的结构示意图；
34.图3b是本实用新型实施例提供的超声波探头的超声波发送接收结构示意图；
35.图4是本实用新型实施例提供的一种油田分注井的外置式流量测量装置的电路原理框图；
36.图5是本实用新型实施例提供的lc选频放大电路的电路图；
37.图6是本实用新型实施例提供的信号lc带通电路幅频特性。
38.附图标记说明：
39.10-安装架；11-安装槽；20-超声波探头；21-探头座；22-压电陶瓷片； 30-密封垫；40-密封接头组件；50-上接头；60-下接头；70-流量短节；80
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过流管；90-外护管。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方
式不限于此。
41.实施例一
42.如图1、图2和图3a所示，一种油田分注井的外置式流量测量装置，包括控制电路、安装架10、两个超声波探头20、两个密封垫30和两个密封接头组件40。安装架10开设有两个安装槽11。
43.两个安装槽11沿液体流向依次间隔设置；安装槽11的槽口所在表面与外部的配水器的过流管80贴合；超声波探头20固定设置在安装槽11内。两个超声波探头20一个位于液体流动的上游位置处，另一个位于下游位置处，分别用于发送超声波以进行顺流和逆流的测量。密封垫30固定设置在安装槽11的槽口上。密封接头组件40与安装架10密封连接，密封接头组件40与超声波探头20和控制电路电连接。控制电路固定设置在配水器内。两个密封接头组件40分别对应超声波探头20设置，用于分别将每个超声波探头20 的电路引出连接至控制电路。具体地，安装架10上开设有连通安装槽11和外部的安装通孔，密封接头组件40的一端密封安装在安装通孔上，超声波探头20的引线穿过安装通孔电连接在密封接头组件40的一端内，密封接头组件40的另一端与控制电路电连接。每个密封接头组件包括一个正极子接头和一个负极子接头。
44.本实施例中，控制电路控制超声波探头20收发超声波，处理接收到的信号，实现时差数据的运算、通讯。密封接头组件40用于将激励信号及回波信号传输，保证了电性连接的密封性能；密封垫30夹于过流管80与安装架10之间，起密封作用。安装架10的安装槽11的槽口所在表面与过流管80 紧密贴合，该安装架10的表面与过流管80的表面相匹配，过流管80的表面为弧面，则安装架10的该表面为与过流管80的弧面相接触并完全贴合的弧面，安装架10安装在过流管80上之后，提升了超声波探头20在安装架10内的密封性，使超声波探头能够在高温、高压、高腐蚀性环境下正常使用而不易损坏。安装架10的弧面如图2所示，为半径为r的弧面。
45.具体地，如图1和图3b所示，超声波探头20包括探头座21和压电陶瓷片 22，均位于安装槽11内，两个压电陶瓷片22为45
°
的v型安装，实现超声波的声道建立。具体地，压电陶瓷片22与液体流动方向的夹角为45
°
，两个压电陶瓷片22的辐射面相对设置。压电陶瓷片22使用高强度结构环氧胶粘接于探头座21上，压电陶瓷片22实现超声波机械能与电信号电磁能的相互转化。探头座21位于密封垫30和压电陶瓷片22之间，探头座21和密封垫30 之间涂抹有耦合剂，密封垫30还能够避免探头座21上涂抹耦合剂的流失。
46.进一步地，如图4所示，控制电路包括：电源电路、驱动电路、信号调理电路、时间测量电路、通道切换电路和主控及通讯电路。主控及通讯电路与电源电路、时间测量电路和通道切换电路电连接。时间测量电路与电源电路、驱动电路和信号调理电路电连接；信号调理电路与电源电路、通道切换电路电连接；驱动电路与电源电路和通道切换电路电连接；通道切换电路与电源电路和两个密封接头组件40电连接。通道切换电路通过密封接头组件40与超声波探头20电连接。
47.本实施例中，电源电路用于给其他模块提供合适的电压电源，保障各模块需要的电压、电流，使其正常工作；驱动电路产生1.3mhz激励信号，通过通道切换电路激励超声波探头20，同时产生超声波发送开始时间点；信号调理电路用于接收经过流管80传播后返回至接收端超声波探头20上感应到的信号，并进行放大、滤波；时间测量电路用于通过比较器
方式实现模数转化，得到超声波传递结束时间点；通道切换电路用于实现两个超声波探头20的收/发功能切换；主控及通讯电路实现激励启停、通道转换、信号屏蔽等顺/逆流测量相关控制，对超声波传递时间进行计算、滤波等处理，最终得到测量结果，并将测量结果的相关数据发送至配水器的主控电路。
48.本实施例的测量装置的流量测量原理为：超声波探头20激发的超声波，在流动着的流体中传播时，与流体流速产生叠加：顺流方向速度增大，逆流方向速度减小。主控及通讯电路向时间测量电路发送信号，时间测量电路向驱动电路发送驱动信号，驱动电路产生激励信号激发上、下游两处的超声波探头20产生超声波，并在它们之间相互发、收，进行顺、逆流测量。由通道切换电路通过切换上下游两个超声波探头20的收发状态，实现对对应回波信号的接收，该信号经信号调理电路处理后，进入时间测量电路，可得到回波的多个顺流/逆流的传递时间值，经过数据处理、滤波后，得到最终的顺逆流时间差值，根据该差值和流量测量装置的标定数据(流量和时差的对应关系数据)可以计算得到流体的流速，进而得到流量。
49.在一种可行的实现方式中，时间测量电路的核心电路可以采用tof传感模块，测量精度15ps，测量范围达500ns～4ms，内部比较器的偏执电压可编程范围为从-256mv～250mv，可测量最多达8个回波脉冲。具有高精度，高稳定性，高效率的特点。
50.优选地，如图5所示，信号调理电路，包括：一级放大滤波电路和lc 选频放大电路。lc选频放大电路，包括：比较器、电阻r7、电容c3和电感 l2。
51.一级放大滤波电路与电阻r7的一端连接，比较器的正输入端5接地，负输入端6与电阻r7的另一端连接；电感l2的两端分别分别连接比较器的负输入端6和输出端7；电容c3与电感l2并联。
52.本实施例中，一级放大滤波电路为对回波信号进行初步的滤波和放大，可以采用现有技术中相关的滤波放大电路，在此不再赘述。经过一级放大滤波电路放大和滤波的回波信号再经过lc选频放大电路进行进一步放大和滤波处理，lc选频放大电路利用lc并联谐振的阻抗特性，构成lc选频放大电路，实现了高q值的放大、滤波效果，从实测数据来看，如图6所示，有效滤除了电路中的高频噪声，有效提高了测量结果稳定性。
53.本实施例的外置式流量测量装置密封性能佳，能够适应于高温、高压、高矿化度、高腐蚀性环境下的井下流量测量，不易损坏，使用寿命长。
54.实施例二
55.如图3a所示，一种油田分注井的配水器，包括：上接头50、下接头60、流量短节70、过流管80、外护管90和实施例一中的外置式流量测量装置。
56.外护管90的两端分别与上接头50和下接头60密封且固定连接。流量短节70固定设置在外护管90内。过流管80固定设置在外护管90内，过流管80 的两端与上接头50和下接头60连通。安装架10与过流管80固定连接，控制电路固定设置在外护管90内。流量短节70与下接头60固定连接；控制电路与上接头50固定连接。过流管80是流体运动通道，上下接头60实现流体的接入和导出，外护管90连接上接头50和下接头60，并对其他组件进行封装保护。该配水器耐压70mpa，可承受井下的高压、高温，实现高动态流体的流量精确测量。
57.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
58.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
59.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
60.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
62.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。