小直徑高溫高壓流體差壓式密度計的製作方法

2023-12-01 02:09:21

專利名稱：小直徑高溫高壓流體差壓式密度計的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測量儀器。
目前，國內外測量高溫高壓流體密度的測量儀器主要有四種差壓式、振動式、浮筒式和γ射線式。浮筒式是利用浸入液體中的物體所受的浮力與液體本身的密度成正比的原理製作的。再由測力系統把此力轉換成電信號輸出。例如美專利4，476，723這種密度計的主要缺點是具有可動浮筒部件過載能力差易損傷，並且它只能定點或準靜態測量，對於流動的流體或需連續移動測量，精度不高，各種高低頻振動和衝擊等對其幹擾較大。特別是用於石油抽油機井環空測試中，由於浮筒與儀器外殼或者與井壁的碰撞摩擦，會帶來較大的幹擾，甚至產生錯誤輸出。振動式密度計是利用振動管橫向自由振動頻率隨其內部充滿不同的流體，而發生變化的原理製作的。其振動頻率是液體密度的函數。其缺點是多在常壓下工作，也可工作於高溫高壓環境，但製作工藝複雜。(參見Rev、Scl、Instrum V01.55 NO.4(1984)P.589～593)γ射線密度計是利用γ射線穿過被測物時，隨著物質密度而改變其吸收程度的測量裝置。它主要用於測量在導管中流動的液體密度。此種密度計價格昂貴，此外由於使用放射性同位素，須充分考慮對放射線汙染的防護。差壓式密度計是利用被測液體中垂直方向上相隔一定距離(h)的兩點間的壓強差(P2－P1)與被測液體的密度D成正比的原理測量的，即密度D＝(P2－P1)／h利用此原理製作的液體密度測量裝置在1948年8月3日 首先獲得加拿大專利(第450332)。這僅是差壓式密度計的原型。根本不能用於高溫、高壓液體的密度測量。其傳感器必須永久地固定裝在裝被測液體的槽壁上，並且其差壓傳感器是使用水銀壓力傳感器。此裝置體積大、苯重、不能移動，精度差。後來一些專利，如法國專利2251240，美國專利4136567以及日本公開特許昭53－6070又公布了一些改進型差壓式密度計，但這些裝置皆不適宜作為高溫高壓液體密度的測量。例如特開昭53－6070(與美國專利4136567內容相同)，在裝置的體積和精度上有所改善，並使可測量的液體範圍擴大。它不僅可以測量液體，還可以測量包含固體顆粒的懸浮液。上述的差壓密度計皆使用具有撓性膜片的波紋管、波紋片等作為壓力傳感器，不適宜作為抽油機井環空密度測試。目前，油田使用的僅有美國希冷貝格公司生產的GMS－B型差壓式密度計。它是在相距兩英尺的地方，設置兩支壓敏元件，測量兩點的壓力差值。此壓敏元件是波紋管，並以差動變壓器作為傳感器，變為電信號輸出。由於美國GMS－B型差壓密度計以波紋管為壓敏元件，所以其體積甚大(為φ43mm)。大於我國抽油機井環空尺寸(要求＜φ25mm)，精度差(為±4％)，我國無法使用。該產品使用波紋管機械系統，若簡單地減少尺寸以適應我國石油環空測試，不僅靈敏度要大幅度下降，並且線性度急劇變差，因為要求它具有高靈敏度，即要求它具有良好的彈性，還要求它保持很強的剛度，二者相互矛盾。此外，小型波紋管φ18mm以下加工也是極其困難的。並且由兩支波紋管和差動變壓器構成的機電系統，抗縱向、橫向衝擊能力較弱，易使系統失靈。波紋管在高壓、低壓下的反覆物理變形，不僅會發生零點漂移，還會產生機械疲勞和損傷。此產品使用差動變壓器作為差壓傳感器，它有很多缺點Ⅰ、為了獲得良好的線性和較好的重複性，應該減少其容積和位移；可是為了得到較大的輸出信號即高靈敏度和解析度，差動變壓器應該有較大的位移。兩者矛盾，很難同時獲得高輸出和高精度。Ⅱ、因為存在機械滑動配合部分，因此，易磨損，很難保證長期穩定性。Ⅲ、差動變壓器是一種位移傳感器，這會導致兩個波紋管在液體中發生一個相位移，從而引起時間延遲。總之，目前世界上還沒有一種適合我國油田使用的高精度抽油機井環空測試密度計。
本發明的目的是提供一種體積小(儀器外徑小於φ24mm)，解析度高(＜0.001g／cm3)、精度高(優於0.3％)，抗振動和衝擊(20g)，可對高溫、高壓液體進行連續測量的高輸出一次儀表。特別是要滿足我國和世界各國油田小直徑抽油機井環空密度測試。
本實用新型包括導向器、過濾器、密度測量裝置，被測液體的壓強接受裝置，過載保護裝置、防振裝置、電信號傳輸裝置。導向器是引導儀器向下運動的部件。過濾器是由下過濾罩和上過濾罩構成，它們的作用是對被測液體過濾，防止泥沙、雜質等固體物質進入導壓管。密度測量裝置是由差壓傳感器、導壓標準液及聯通管組成。它的作用是把來自導壓液的上、下埠的壓強不失真地導向差壓傳感器的兩端，由此壓力傳感器再轉換成電信號。此壓力傳感器可以採用可變電容器件，應變計和壓電的器件、壓阻器件、聲表面波器件、超聲器件等。被測液體的壓強接受裝置，由下盤管和上盤管組成。它們的作用是接受兩導壓孔處的壓強，並通過上、下導壓系統使差壓傳感器接受這個壓強差。上盤管和下盤管採用了同位盤管，可以改善儀器的精度。這是因為當此裝置在油井不同深度的地方，即使承受不同高溫、高壓、導壓液體積發生變化時，可使感壓面的高度始終保持在同一數值。儀器的過載保護裝置是由傳感器包殼、彈性片、限位調節螺絲組成的。它的作用是當儀器受到突然的壓力衝擊時，彈性片向低壓力方向彎曲，堵住了低壓力端的限位螺絲的內孔，即堵住了低壓力端導壓液的道路，防止傳感器遭到損壞。安全值的大小是由限位調節螺絲決定的。這種突然衝擊的過載現象，通常是由儀器剛進入高壓井的過程中或井下突然事件等所造成的。防振裝置，它是由減振器和導壓液組成的。當儀器在運輸中或下井過程中受到撞衝或強烈振動時，保護差壓傳感器不會遭到損傷。電信號傳輸裝置的作用是把來自差壓傳感器與密度成正比的信號進行模數轉換。
本實用新型具有以下優點(1)用一支差壓傳感器取代了以往的兩個壓力傳感器和一枚差動變壓器，這不僅減輕重量減少體積，降低成本而且提高了輸出，改善精度。(2)由於它是一種開啟式結構，導壓標準液可以與被測液直接接觸，這就保證了由差壓傳感器決定的儀器靈敏度不被降低。(3)美國GMS－B型密度計或其它的差壓式密度計，在井內垂直管上兩點之間的壓力差值是靜液壓頭與磨阻壓頭之和，即(△P)/(△h) ＝( (△P)/(△h) )靜液＋( (△P)/(△h) )磨阻而本發明的裝置可以消除磨阻壓頭(儀器的誤差項)的影響。因此，測量值只代表被測流體的密度值。(4)此裝置可消除以往密度傳感器中導壓液的熱膨脹係數對測量精度的影響。(5)此密度計測量的是上述h高度內液體的平均密度。如果使密度計移動，則可以測量點密度和線密度。也可以進行密度的連續測量。這是比其它密度計優越的。由於本裝置具備上述優點，因此在大慶油田做油層部位環空測試實驗中取得了成功，其測試曲線完全附合要求，解決了我國石油戰線上的一個大難題。
以下結合附圖
闡述一最佳實施例附圖是本實用新型的裝置剖面圖。
其中1、導向器；2、下過濾罩；3、下同位盤管；4、下限位空心螺絲；5、彈性片；6、殼體；7、上導液管；8、標準導壓液體；9、差壓傳感器；10、減振器；11、電路倉殼；12、下導液管；13、上限位空心螺絲；14、導液孔。小直徑高溫高壓流體差壓式密度計殼體6是園柱形或其他柱狀，其兩端呈錐型，一端為導向器1，在導向器上有上下導液孔14，下導液孔內的上方有一下過濾罩2，下同位盤管3位於下過濾罩內且一端為感壓端另一端與下限位空心螺絲4相連接，此限位空心螺絲與彈性片5的位置在安裝之前調定，其作用是當外界存一強壓衝擊時，充滿在同位盤管及限位空心螺絲中的液體將彈性片頂起把上限位空心螺絲13的油路封住，即避免了強壓衝擊差壓傳感器9。彈性片5安裝在下限位空心螺絲4與上限位空心螺絲13中間的鐵餅型空間中，此鐵餅形空間的兩端分別接上導液管7和下導液管12。下導液管12與一個減振器10相連通，減振器10採用波紋管，減振器的另一個端接差壓傳感器9的一個面，傳感器9的另一個面與上限位空心螺絲相連接，上同位盤管的另一埠為感壓端，上同位盤管外有一個過濾罩，過濾罩上的石油是由密度計上端的四個導液孔透進的。此外，同位盤管除了可以是盤管式還可製成水平放置的有導壓孔的平底容器。在使用時將此密度計放入石油中，石油便通過導液孔經過過濾罩過濾後與同位盤管的感壓端接觸，壓力通過上下導液管中的標準導壓液體8分別傳遞到差壓傳感器的兩側。差壓傳感器輸出的信號通過本密度計的電氣線路部分處理後通過電纜線在外接的儀表上顯示出數值。
權利要求1.一種小直徑高溫高壓流體差壓式密度計，它包括一圓柱形或其它柱狀殼體，殼體的兩端呈錐形，一端為導向器，靠近導向器的殼體處開有導液孔，其特徵在於導液孔內的上端是一過濾罩，過濾罩的上方安放一同位盤管，同位盤管的一端為感壓端與被測液體相接觸，另一端接通到一下限位空心螺絲，它還包括一彈性片，其彈性片被安放在上限位空心螺絲與下限位空心螺絲中間的鐵餅型的空間中，鐵餅型空間的兩端分別與上導液管和下導液管相連接，下導液管的另一端連接一波紋管，波紋管又與差壓傳感器的一個面相接觸，差壓傳感器的另外一面與上限位空心螺絲相連接，上導液管的另一端與另外一支安裝在殼體另一端的同位盤管相接，此同位盤管也被一支過濾罩罩住，過濾罩的外面殼體上也開有導液孔。
2.如權利要求1所述的密度計，其特徵在於導液管、限位空心螺絲、同位盤管中均充滿標準導壓液體。
3.如權利要求1、2所述的密度計，其特徵在於同位盤管除了是盤管型的之外，還可製成水平放置帶有導壓孔的平底容器。
專利摘要一種小直徑高溫、高壓流體差壓式密度計，它包括一圓柱形或其它柱狀殼體，殼體的兩端呈圓錐型，圓錐型導向器的上方各有四個導液孔，在其上有上下過濾罩、上下同位盤管，上下限位空心螺絲、彈性片、差壓傳感器、導液管。上下同位盤管、限位空心螺絲及導液管中均充滿標準導壓液體。被測液體壓力通過標準導壓液體分別作用在差壓傳感器的兩面，傳感器輸出的信號通過本實用新型的電路處理後變成頻率信號，經電纜傳輸到外接的儀表上顯示出。
文檔編號G01N9/26GK2072686SQ9020843
公開日1991年3月6日 申請日期1990年6月6日 優先權日1990年6月6日
發明者張濱華, 張奇斌, 季朋義, 林江 申請人:機械電子工業部第四十九研究所