一種高粘度混合流體特性測量探頭的製作方法
2023-12-10 01:04:21 1
專利名稱：一種高粘度混合流體特性測量探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油鑽井過程中管道中單相或多相流體特性測量領域，更具體的涉及一種高粘度混合流體特性測量探頭。
背景技術：
在鑽井過程中，常有溢流、氣侵等複雜工況發生，如在早期不能及時發現且加以控制，有可能使事故進一步惡化，形成井湧甚至井噴等惡性鑽井事故，甚至造成井毀人亡重大事故。溢流、氣侵是地層流體進入井筒之中，由於地層流體與井筒中的鑽井液介電常數不同，當溢流和氣侵發生時必然引起井筒中鑽井液介電常數的變化，因此只要實時測量井筒中介電常數的變化即可及時得知是否有溢流和氣侵發生。介電特性為電介質的固有特性，電介質在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場，原外加電場(真空中)與最終介質中電場比值即為介電常數，又稱誘電率。一般不同的物質具有不同的介電常數。如果某一電介質與混入其中的雜質介電常數有較大差別，可通過測量此介質的介電常數變化來判斷其是否混入雜質。如利用介電常數測量原油含水率、潤滑油使用狀況、油品生產質量等等。目前測量介電常數常用傳感器為平行板電極式和同軸電纜式，鑽井作業在工業 工程中有其特殊性，因此對所使用測量儀器有一定特殊要求，主要表現為:(I)井眼及鑽具尺寸有限，這就要求所使用隨鑽測量儀器的體積不能過大；(2)井下環境惡劣，所使用探頭應能在高溫高壓環境中使用；(3)鑽具時刻處於高頻高強度衝擊之中，要求測量元件有一定抗衝擊能力；(4)鑽井液粘度大，並且含有一定的巖屑，要求測量探頭具有防堵塞能力；(5)鑽井液流速大，且含有固相顆粒，要求測量探頭具有耐磨損能力；現有技術存在一種高靈敏度液體介電常數測量探頭，該探頭採用同軸、開口、可伸縮的結構，不能滿足上述最後三條的要求。現有技術還存在一種使用具有不同靈敏度深度的兩個開端式同軸探頭測量多相混合物中的液體的特性的系統和方法，其使用了旋動元件將多相流生成環形流，再使用了兩種不同長度的探頭測量器介電常數，然而其也不能完全滿足(例如不能滿足(2) - (5))上述井下測量的複雜條件要求。綜上所述，目前市面所有介電常數測量探頭均不能用於鑽井過程中複雜條件下的隨鑽實時測量。
發明內容
本發明實施例提供一種高粘度混合流體特性測量探頭，以應用於鑽井過程中複雜條件下的隨鑽實時測量。為了達到上述技術目的，本發明實施例提供了一種高粘度混合流體特性測量探頭，所述高粘度混合流體特性測量探頭由外電極、內電極、以及所述外電極和所述內電極之間的絕緣材料構成，其中，所述外電極呈圓管狀，所述內電極呈圓柱狀，所述外電極和所述內電極為相同軸心，所述外電極和所述內電極均為硬質金屬材料；所述外電極的一端和所述內電極的一端在同一平面或同一曲面上，該端為測量端面，用於測量從該測量端面流過的被測介質的介電常數。可選的，在本發明一實施例中，所述被測介質為單相或者多相混合物。可選的，在本發明一實施例中，所述測量端面為未做絕緣處理的測量端面。可選的，在本發明一實施例中，所述內電極的測量端面一端半徑大於或等於所述外電極最小處的厚度，以適用於井底高壓環境。可選的，在本發明一實施例中，所述內電極的非測量端面半徑小於該內電極的測
量端面一端半徑，以提高測量靈敏度。可選的，在本發明一實施例中，所述絕緣材料比被測介質的介電常數低。可選的，在本發明一實施例中，所述外電極的非測量端面的半徑大於該外電極的測量端面一端的半徑，以適用於外部安裝。可選的，在本發明一實施例中，所述外電極的非測量端面的半徑小於該外電極的測量端面一端的半徑，以適用於內部安裝。可選的，在本發明一實施例中，所述外電極為測量短節本體。上述技術方案具 有如下有益效果:因為採用所述高粘度混合流體特性測量探頭由外電極、內電極、以及所述外電極和所述內電極之間的絕緣材料構成，其中，所述外電極呈圓管狀，所述內電極呈圓柱狀，所述外電極和所述內電極為相同軸心，所述外電極和所述內電極均為硬質金屬材料；所述外電極的一端和所述內電極的一端在同一平面或同一曲面上，該端為測量端面，用於測量從該測量端面流過的被測介質的介電常數的技術手段，所以達到了如下的技術效果:高粘度多相流體特性測量探頭可測量介質的介電常數，其體積小，測量精度高、不受介質成分以及成分比例和粘度的影響。可工作在高溫高壓以及高頻高強度振動的條件下。應用在鑽井作業中，可實時測量井筒中近鑽頭處鑽井液成分變化情況，及時發現進入井筒中的地層流體，為預防和處理井下事故提供了有利時機。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例一種高粘度混合流體特性測量探頭結構示意圖；圖2為本發明應用實例適用於外部安裝的探頭結構示意圖；圖3為本發明應用實例適用於外部安裝的探頭在測量短節中的安裝方式示意圖；圖4為本發明應用實例適用於內部安裝的探頭結構示意圖；圖5為本發明應用實例適用於內部安裝的探頭在測量短節中的安裝方式示意圖；圖6為本發明應用實例測量短節本體作為外電極的探頭設計示意圖；圖7為本發明應用實例測量探頭在井筒中的測量示意圖；圖8為本發明應用實例測量探頭氣侵測試數據示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。為了防止鑽井井湧、井噴等重大事故發生，通過實時測量井下近鑽頭處環空流體介電常數，及時發現進入井筒中地層流體(油、氣、水)，從而為控制事故進一步發展贏得寶貴時間，如圖1所示，為本發明實施例一種高粘度混合流體特性測量探頭結構示意圖，所述高粘度混合流體特性測量探頭由外電極1、內電極2、以及所述外電極和所述內電極之間的絕緣材料3構成，其中，所述外電極I呈圓管狀，所述內電極2呈圓柱狀，所述外電極I和所述內電極2為相同軸心，所述外電極I和所述內電極2均為硬質金屬材料；所述外電極I的一端和所述內電極2的一端在同一平面或同一曲面上，該端為測量端面4，用於測量從該測量端面4流過的被測介質·的介電常數。可選的，所述被測介質為單相或者多相混合物。可選的，所述測量端面4為未做絕緣處理的測量端面。可選的，所述絕緣材料3比被測介質的介電常數低。可選的，所述內電極2的測量端面一端半徑大於或等於所述外電極最小處的厚度，以適用於井底高壓環境。為了增大探頭的測量靈敏度，可將內電極2設計為測量端面一端半徑大於所述外電極最小處的厚度，如圖1所示。可選的，所述內電極2的非測量端面半徑小於該內電極的測量端面一端半徑，以提高測量靈敏度。為了減小探頭的整體體積並提高測量靈敏度，可將內電極2設計為非測
量端半徑較小。外電極I的外形設計一般考慮實際的安裝需求。此探頭使用時可外部安裝，也可內部安裝，使用卡璜或螺紋固定，更換方便。可選的，所述外電極的非測量端面的半徑大於該外電極的測量端面一端的半徑，以適用於外部安裝。如圖2所示，為本發明應用實例適用於外部安裝的探頭結構示意圖；如圖3所示，為本發明應用實例適用於外部安裝的探頭在測量短節中的安裝方式示意圖。可選的，所述外電極的非測量端面的半徑小於該外電極的測量端面一端的半徑，以適用於內部安裝。如圖4所示，為本發明應用實例適用於內部安裝的探頭結構示意圖；如圖5所示，為本發明應用實例適用於內部安裝的探頭在測量短節中的安裝方式示意圖。可選的，所述外電極可為測量短節本體。如圖6所示，為本發明應用實例測量短節本體作為外電極的探頭設計示意圖，其中I表示測量短節本體作為外電極的設計。如圖7所示，為本發明應用實例測量探頭在井筒中的測量示意圖，其中包括:測量短節71，井壁72，測量探頭73，鑽井液74。如圖8所示，為本發明應用實例測量探頭氣侵測試數據示意圖，可見，本發明上述應用實例的高粘度混合流體特性測量探頭，由不等徑內電極，外電極和低介電常數絕緣材料組成。可在鑽井過程中實時測量井底鑽井液介電特性和導電特性，以及由此參數間接得到的其它參數。可在高溫高壓高頻振動環境中使用，有助於及時發現溢流、氣侵等事故。本發明實施例上述技術方案具有如下有益效果:因為採用所述高粘度混合流體特性測量探頭由外電極、內電極、以及所述外電極和所述內電極之間的絕緣材料構成，其中，所述外電極呈圓管狀，所述內電極呈圓柱狀，所述外電極和所述內電極為相同軸心，所述外電極和所述內電極均為硬質金屬材料；所述外電極的一端和所述內電極的一端在同一平面或同一曲面上，該端為測量端面，用於測量從該測量端面流過的被測介質的介電常數的技術手段，所以達到了如下的技術效果:高粘度多相流體特性測量探頭可測量介質的介電常數，其體積小，測量精度高、不受介質成分以及成分比例和粘度的影響。可工作在高溫高壓以及高頻高強度振動的條件下。應用在鑽井作業中，可實時測量井筒中近鑽頭處鑽井液成分變化情況，及時發現進入井筒中的地層流體，為預防和處理井下事故提供了有利時機。以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
1.一種高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於,所述高粘度混合流體特性測量探頭由外電極、內電極、以及所述外電極和所述內電極之間的絕緣材料構成，其中，所述外電極呈圓管狀，所述內電極呈圓柱狀，所述外電極和所述內電極為相同軸心，所述外電極和所述內電極均為硬質金屬材料；所述外電極的一端和所述內電極的一端在同一平面或同一曲面上，該端為測量端面，用於測量從該測量端面流過的被測介質的介電常數。
2.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述被測介質為單相或者多相混合物。
3.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述測量端面為未做絕緣處理的測量端面。
4.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述內電極的測量端面一端半徑大於或等於所述外電極最小處的厚度，以適用於井底高壓環境。
5.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述內電極的非測量端面半徑小於該內電極的測量端面一端半徑，以提高測量靈敏度。
6.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述絕緣材料比被測介質的介電常數低。
7.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述外電極的非測量端面的半徑大於該外電極的測量端面一端的半徑，以適用於外部安裝。
8.如權利要求1所述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述外電極的非測量端面的半徑小於該外電極的測量端面一端的半徑，以適用於內部安裝。
9.如權利要求1所 述高粘度混合流體特性測量探頭，其特徵在於，所述外電極為測量短節本體。
全文摘要
本發明提供一種高粘度混合流體特性測量探頭，所述高粘度混合流體特性測量探頭由外電極、內電極、以及所述外電極和所述內電極之間的絕緣材料構成，其中，所述外電極呈圓管狀，所述內電極呈圓柱狀，所述外電極和所述內電極為相同軸心，所述外電極和所述內電極均為硬質金屬材料；所述外電極的一端和所述內電極的一端在同一平面或同一曲面上，該端為測量端面，用於測量從該測量端面流過的被測介質的介電常數。該探頭可測量介質的介電常數，其體積小，測量精度高、不受介質成分以及成分比例和粘度的影響。可工作在高溫高壓以及高頻高強度振動的條件下的鑽井作業中，可實時測量井筒中近鑽頭處鑽井液成分變化情況，為預防和處理井下事故提供了有利時機。
文檔編號E21B47/113GK103225504SQ20131013806
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者張濤, 柳貢慧, 李軍 申請人:中國石油大學(北京), 北京信息科技大學