存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀的製作方法

2023-07-04 09:03:26 2

專利名稱：存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油測井儀器，應用於液力投撈機械細分注水井的測壓、驗封及分層流量測試。
目前，國內各大油田的注水技術，絕大部分採用偏心分層配水技術，這種技術的特點是每一個偏心配水器只能供一層配水，而且偏心配水器之間間距最小為7米。由於，目前穩油控水的需要，分層配水需進一步細分，這樣現有的偏心分層配水技術已滿足不了需要。基於這種情況，油田相繼研製了細分注水技術，即液力投撈機械細分注水技術，這種技術可使兩層之間縮短到2米，並且一個堵塞器裝有3個水咀，目前這種技術在各大油都進行了不同程度的推廣應用，但是，至今這種技術卻沒有一套完整的配套測試儀。近兩三年以來，國內某些研究部門，對測壓、驗封、流量這些參數的測試儀器分別進行了研製，由於所研製出的儀器只能測得單一參數，並且儀器體積大，可靠性差，未得到現場需要的認可。為了解決目前對機械細分注水井的測壓、驗封及流量測試，國內多家科研單位進行研究，但至今未能得到解決。
本發明的目的在於提出一種存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀，為液力投撈機械細分注水井提供完整、配套的測試儀器。
本發明的主要技術內容是該測試儀是根據流體力學中孔板流量計原理設計的，即孔板流量的理論公式為Q=A02gP1-P2r----(1)]]>其中Q流量α總的流量係數
A0孔板園孔面積P1孔前壓力P2孔後壓力g重力加速度r液體重度(單位體積重量)在孔板結構和流體性質一定的情況下，流體經過孔板的流量可表述為Q=KA0P1-P2---(2)]]>K為流量係數A0孔板園孔面積P1孔前壓力P2孔後壓力設定不同的流量Q值和A0，測得P1、P2值，從而制出流量Q與A0、P1-P2三者之間的關係曲線，由此曲線對應得出不同孔徑截面積的K值。然後根據公式(2)和測得的P1、P2值計算相應的流量值。
本發明的結構為，該測試儀一套由三種型號組成，第一種型號用於測量1、2層注水量，其結構是由機械部分、電路部分組成；機械部分由配水體和尾帽組成；配水體由三個縱向排列的I、II、III3個流道構成，流道I為注水流道，II、III為出水流道，注水流道直徑大於出水流道直徑，出水流道II、III下端分別裝有水咀12，並通過壓蓋13和螺釘固定在流道上，在注水流道I的上端外側開有可開關的注水孔C，在出水流道III的上端外側也開有可開關的注水孔D，在出水流道II、III的外側對應於井下配水器的入水孔的位置開有注水孔E、F，在注水流道和出水流道的上端分別裝有壓力傳感器8，出水流道II、III的壓力傳感器分別通過導壓管11與水咀12連接，注水流道I的傳感器獲取出水流道II、III的水咀前壓力，出水流道II、III的傳感器獲取水咀後壓力，三個壓力傳感器的信號線分別接入電路部分；電路部分由電路板4和電池5組成並裝於託架3上，其下端通過過度短節7與配水體密封連接，上端裝有七芯插頭2，電路部分外裝有密封外殼6，外殼6與打撈帽1密封連接。配水體下端與尾帽10密封連接，尾帽10中心部位開有下級注水通道IV；該儀器的電路板4由測量放大電路21、22、23、模擬開關電路24、電壓頻率轉換器25、26、中央處理器27、時鐘電路28、數據存儲器29、通訊電路30、溫度測量電路31、指示電路32、電源電路組成；測量放大電路21、22、23採用AD626AN晶片，其輸入端分別與3個壓力傳感器8連接，將壓力傳感器輸出的表徵壓力大小的電壓信號放大，21和22輸出端與模擬開關電路24連接，模擬開關電路採用MAX319晶片，實現兩個通道的切換，完成測量通道信號的分時採樣，其輸出與電壓頻率轉換器25連接，電壓頻率轉換器由AD537JD晶片組成，將變化的電壓信號轉換為變化的頻率信號，其輸出與中心處理器27連接，中心處理器由8051單片機組成測量放大電路23的輸出直接與電壓頻率轉換器26連接，將變化的電壓信號轉變為變化的頻率信號，26的輸出與中心處理器27連接AD537JD可將0-1V電壓信號轉換成為0-10KHZ的範圍的頻率信號有效平滑了水咀前和水咀後壓力的瞬時波動，使中心處理器在6.5秒的採樣時間內取得穩定的測量結果；時鐘電路28採用PCF8583P晶片，產生獨立的時鐘信號進入中心處理器，保證整個系統在初始化以後的時鐘控制下可靠工作；溫度測量電路31採用DS1820晶片用於檢測壓力傳感器及電路倉內的環境溫度，其溫度信號輸入到中心處理器27進行存儲，該溫度值在儀器進行回放過程中對壓力信號進行溫度補償，以保證壓力測量精度達到萬分之五以內；數據存儲器29採用24LC65晶片，數據存儲器與中心處理器採用I2C總線串行通訊連接，數據存儲器具有掉電保護功能，用來保存採樣到的信號和工作參數表；通訊電路30由MAX3223晶片組成，其輸入輸出分別與中心處理器和計算機通信口雙向連接，其功能將0-5V的信號轉換成標準的RS-232C的±12V信號，實現儀器與計算機通訊；指示電路32由三極體Q1、Q2及電阻R16、R17、R18組成，其輸入端與中心處理器TXD連接，輸出通過輸出埠JPI與指示燈連接，用於指示儀器是否正常。電源電路由MAX883晶片、LP2950晶片、2DH952晶片組成，由埠輸入7.5V直流電壓，輸出5V直流電壓供給各元件使用。
第2種型號用於測量1、2、3層注水量，其結構為將第一種型號的尾帽部分更換為第3層注水量測試儀，第3層注水量測試儀由配水體和電路部分組成，配水體為縱向流道V，其側面開有第3層出水口G，其上端安裝有水咀12，流道下端安裝有壓力傳感器8，水咀與壓力傳感器通過導壓管11連通，傳感器的信號線引入電路部分，其電路部分的結構與存儲式電子壓力驗封、流量綜合測試儀的電路部分相同。更換後的測試儀可完成第1、2、3層注水量的測試。
第3種型號用於測量4層(第1、2、3、4層)或6層(第1、2、3、4、5、6層)注水量，其結構是將2個或3個外徑尺寸不同的結構完全一樣的第1種型號的測試儀同時使用即可。
該儀器的的軟體採用擴展的MCS-51指令集，全部用C-51編寫，編譯後下載在中心處理器內的程序存儲器中，然後進行加密處理，該儀器的地面軟體採用PASCAL語言編寫，系統軟體可以實現對儀器的工作參數設置，數據回放，圖形表格顯示列印。
本發明的技術效果在於該儀器能夠完成液力投撈機械細分注水技術的壓力、驗封、流量的測量，為油田穩油控水提供準確配水量。解決了現有液力投撈機械細分注水沒有專門配套測試儀器的問題。該儀器由於採用孔板流量計原理設計的因此具有結構簡單，使用測量方便優點，整個儀器沒有可動部件，因此，可靠性強。由於該儀的測量電路採用了壓力傳感器的壓力值存儲在數據存儲口內，後通過通訊電路送入個人計算機中進行數據回放處理，因此具有使用計算方便，操作簡單，數據計算準確可靠的優點。


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的A-A剖示圖；圖3為本發明的B-B剖示圖4為本發明第3層注水量測試儀；圖5為本發明的電路方框圖；圖6為本發明的電路原理圖。
實現本發明實施例如圖所示。
該儀的使用方法流量測試首先將注水流道I的可開關的注水孔C打開，同時將出水流道III可開關的注水孔D關閉，測試兩個層注水量，將儀器下井進入配水位內，注水通過注水流道I的可開關注水孔C進入注水流道I內，注水流道I上端壓力傳感器8獲取了水咀前壓力值P1，再經過水咀12分別進入出水流道II、III，注水通過出水流道II、III的注水口E、F進入地層，出水流道II、III上端兩個壓力傳感器8分別獲取了水咀後的壓力P2、P3，並將P1、P2、P3值保存在數據存儲器中。如果需要測量4層或6層注水量時，只需2個或3個外徑尺寸不同的儀器即可，如果需要測量3層注水量時只需將儀器的尾帽更換成第三層注水量測試儀，即可測出1、2、3層的注水量。
驗封測試將儀器注水流道I的可開關注水孔C關閉，同時將出水流道III的可開關注水孔D打開，並將兩個水咀12封死，這時注水只能通過出水流道III的開關口D進入出水通道III後，再經出水通道III的注水口F進入地層，這時，通過對應的壓力傳感器取得注水壓力值，可以判斷封隔器是否密封。
壓力測試將注入流道I的可開關注水孔C和出水流道III的可開關注水孔D關閉，並將兩個水咀12封死，這時每支壓力傳感器可測得對應層位的地層壓力值。
該儀器工作過程儀器下井測試前，必須進行初始化設置，即操作人員用通訊線聯接儀器和個人計算機，然後啟動系統軟體的通訊程序，用鍵盤輸入採樣間隔和採樣點數，形成工作參數表，確認無誤後再由個人計算機發送到井下儀器數據存儲器中的固定區域內，完成測試儀器工作前的初始化工作。
儀器下井前，將儀器工作電源接通，儀器便按照工作參數表中規定的採樣點數和採樣間隔進行工作。具體工作過程如下規定的採樣時間到來時，時鐘電路發出復位脈衝，中心處理器從休眠狀態進入工作狀態，它首先發出指令接通模擬電路電源，電源穩定後打開模擬開關中的第一通道，然後啟動計數器T0和T1，同時測量出水通道II上水咀前後的兩個壓力值，6.5秒後結束採樣，將該值保存到數據存儲器中，中心處理器接著發出指令，將模擬開關切換到第二通道，啟動計數器T0和T1，同時測量出水通道III上水嘴前後的兩個壓力值，6.5秒後結束採樣，然後從溫度測量電路讀出一個溫度值，一起存到數據存貯器中，進而結束一個點採樣，中心處理器發出指令關閉模擬電路電源，儀器進入休眠狀態，等待下一個採樣時鐘的到來，電路重複以上過程，直到完成工作參數表中所規定的內容，最後進入休眠狀態，等待儀器起出，儀器起出後，聯接儀器與個人計算機，在計算機上運行系統軟體，實現測試數據的回放。系統軟體、運用測試數據中的溫度值對壓力數據進行溫度修正，然後對校準後的壓力值進行計算，假如流量測試將水咀前後壓力P1、P2、水咀截面積A0及通過A0查找相應的K值代到Q=KA0P1-P2]]>公式中即可算出流量值，若是驗封或測壓力則在個人計算機屏幕上直接顯示三條壓力曲線(注水壓力、二個水咀後壓力)可直觀反應封隔器密封情況等，也可以把結果通過印表機輸出，從而完成一個完整的測試試驗。
權利要求
1.存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀，其特徵在於該測試儀是依據流體力學中孔板流量計原理設計的，即孔板流量的理論公式為Q=A02gP1-P2r]]>其中Q流量α總的流量係數A0孔板園孔面積P1孔前壓力P2孔後壓力g重力加速度r流體重度(單位體積重量)在孔板結構和流體性質一定的情況下，流體經過孔板的流量可表述為Q=KA0P1-P2]]>K為流量係數設定不同的流量Q值和A0，測得P1、P2值，繪出流量Q與A0、P1-P2三者之前的關係曲線，由此曲線對應得出不同孔徑截面積的K值，即可根據公式Q＝KA0P1-P2和測得的P1、P2值計算相應的流量值。
2.存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀，其特徵在於該測試儀一套由三種型號構成，第一種型號用於測量1、2層注水量，其結構由機械部分和電路部分組成；其機械部分由配水體、和尾帽組成；配水體由三個縱向排列的(I)(II)(III)3個流道構成，流道(I)為注水流道，(II)(III)為出水流道，注水流道直徑大於出水流道直徑，出水流道(II)(III)下端分別裝有水咀(12)並通過壓蓋(13)和螺釘固定在流道上，在注水流道(I)的上端外側開有可開關的注水孔(C)，在出水流道(III)的上端外側也開有可開關的注水孔(D)，在出水流道(II)(III)的外側對應於井下配水器的入水孔的位置開有注水孔(E)(F)，在注水流道(I)和出水流道(II)(III)的上端分別裝有壓力傳感器(8)，出水流道(II)(III)的壓力傳感器分別通過導壓管(11)與水咀(12)連通，三個壓力傳感器的信號線分別接入電路部分；電路部分由電路板(4)和電池(5)組成，並裝於託架(3)上，其下端通過過度短節(7)與配水體密封連接，上端裝有七芯插頭(2)，電路部分外裝有密封外殼(6)，外殼(6)與打撈帽(1)密封連接；主體下端與尾帽(10)密封連接，尾帽(10)中心部位開有下級注水通道(IV)；電路板由測量放大路(21)(22)(23)、模擬開關電路(24)、電壓頻率轉換器(25)(26)、中央處理器(27)、時鐘電路(28)、數據存儲電路(29)、指示電路(32)、電源電路組成；測量放大電路(21)(22)(23)採用(AD626AN)晶片，其輸入端分別與3個壓力傳感器(8)連接，測量放大電路(21)和(22)輸出端與模擬開關電路(24)連接，模擬開關電路採用MAX319晶片，(24)的輸出與電壓頻率轉換器(25)連接，電壓頻率轉換器由AD537JD晶片組成，(25)的輸出與一中心處理器(27)連接，中心處理器由8051單片機組成，測量放大電路(23)的輸出直接與電壓頻率轉換器(26)連接，(26)的輸出與中心處理器(27)連接，時鐘電路(28)採用(PCF8583P)晶片，其時鐘信號送入中心處理器(27)，溫度測量電路(31)採用(DS1820)晶片，其溫度信號輸入到中心處理器(27)進行存儲，數據存儲器(29)採用(24LC65)晶片，數據存儲器與中心處理器採用I2C總線串接通訊連接，通訊電路(30)由(MAX3223)晶片組成，其輸入輸出分別與中心處理器和計算機通信口雙向連接，指示電路(31)由三極體(Q1)(Q2)及電阻(R16)(R17)(R18)組成，其輸入端與中心處理器(TXD)連接，輸出端通過輸出埠JPI與指示燈連接，電源電路由(MAX883)晶片(LP2950)晶片(2DH952)晶片組成由埠JPI輸入7.5V直流電壓，輸出5V直流電壓供給各元件使用；第二種型號用於測量1、2、3層注水量，其結構為，將第一種型號的尾帽取下，更換上第3層注水量測試儀，第3層注水量測試儀的結構由配水體和電路部分組成，配水體為一縱向流道(V)，其側面開有第3層出水口(G)，其上端安裝有水咀(12)，流道下端安裝有壓力傳感器(8)，水咀與壓力傳感器通過導壓管(11)連通，壓力傳感器的信號線引入電路部分，電路部分的結構與存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀的電路部分結構相同；第三種型號用於測量4層(第1、2、3、4)或6層(第1、2、3、4、5、6層)注水量，其結構是將2支或3支外徑尺寸不同的結構完全一樣的第1種型號測試儀同時使用即可。
3.根據權利要求2所述存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀，其特徵在於該測試儀的軟體採用擴展的MCS-51指令集，全部用C-51編寫，編譯後下載在中心處理器內程序存儲器中，然後進行加密處理，其地面軟體採用PASCAL語言編寫，系統軟體可實現對儀器的工作參數設置，數據回放，圖形表格顯示列印。
全文摘要
本發明涉及一種石油測井儀器,存儲式電子壓力、驗封、流量綜合測試儀,是根據流體力學中孔板流量計原理設計的,該測試儀一套由三種型號構成,由機械部分和電路部分組成,機械部分由配水體和尾帽組成,電路部分由電路板、電池構成,具有結構簡單,使用方便、可靠性強的優點,可完成液力投撈機械細分注水技術的壓力、驗封、流量的測量。
文檔編號E21B47/00GK1178862SQ9711875
公開日1998年4月15日 申請日期1997年10月5日 優先權日1997年10月5日
發明者張代秋 申請人:張代秋