流动剖面扫描成像仪

摘要

本发明提供一种流动剖面扫描成像仪，包括：推靠系统、机架和测量臂系统；所述测量臂系统包括测量臂和若干组设置于所述测量臂上的传感器组，所述测量臂一端铰链接所述机架；所述推靠系统能够推动所述测量臂旋转。本发明一种流动剖面扫描成像仪，将六组传感器设置于测量臂上，通过铰接测量臂的推靠系统调节测量臂的打开角度，以此改变测量点分布变稠密程度，这样对与流体性质的分层位置判断就越准确，大大提高了测量的精度。

权利要求

1.一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，包括：推靠系统（4）、机架（5）和测量臂系统（6）；所述测量臂系统（6）包括测量臂（61）和若干组设置于所述测量臂（61）上的传感器组，所述测量臂一端铰链接所述机架（5）；所述推靠系统（4）能够推动所述测量臂（61）旋转。

2.如权利要求1所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述推靠系统（4）包括推靠电机、离合器、丝杠螺母部件、传动轴、连杆和滑块部件；所述丝杠螺母部件包括丝杆和安装于丝杆外周的螺母；所述推靠电机、离合器、丝杠依次连接，所述螺母连接所述传动轴，所述传动轴上装有滑块部件；所述连杆一端铰链接所述滑块部件，另一端铰链接所述测量臂（61）。

3.如权利要求1或2所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述机架（5）设有供所述测量臂系统（6）旋转伸出的开口。

4.如权利要求3所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述传感器组包括一个小型转子流量计（7）和一个光学探针（8）；所述若干组传感器组均匀设置于所述测量臂（61）上。

5.如权利要求4所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述若干组传感器组为6组。

6.如权利要求3所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述成像仪还包括一主轴，所述推靠系统（4）和机架（5）安装于所述主轴上。

7.如权利要求6所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述成像仪还包括旋转系统（9），所述旋转系统（9）包括旋转电机、方位传感器、倾角传感器和偏重测量系统。

8.如权利要求7所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述成像仪还包括线路系统（3），所述线路系统（3）包括线路骨架和固定在线路骨架上的线路板；所述线路板电性连接所述推靠电机、小型转子流量计（7）、光学探针（8）、旋转电机、方位传感器、倾角传感器和偏重测量系统。

9.如权利要求8所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述成像仪还包括地面测井系统，所述地面测井系统通过电缆电性连接所述线路板。

10.如权利要求9所述一种流动剖面扫描成像仪，其特征在于，所述成像仪还包括堵头（1）、第一旋转接头（2）、第二旋转接头（10）和护帽（11）；所述堵头（1）和护帽（11）分别固定于所述主轴两端；堵头（1）和护帽（11）之间依次安装有第一旋转接头（2）、机架（5）和第二旋转接头（10）；所述线路系统（3）、推靠系统（4）和旋转系统（9）安装于所述机架（5）内。

说明书

流动剖面扫描成像仪

【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种石油井下测井仪器，特别涉及一种测量多相流剖面进行三相流解释从而判断井下流体性质及流量的测井仪。【背景技术】

[0002] 石油测井领域中，对井底流体性质以及流体含水、流量的测量是十分重要的。而一般测量井底流体性质以及流体含水、流量的仪器是由传统的含水仪器与流量测井仪组合实现的。传统含水仪中仅含有一个含水传感器，只能测到含水传感器直径范围内的流体含水率，这种方式测量范围小，测量精度低，而且仪器组合长度大，下井不方便。

[0003] 在国际市场上测量井底流体性质及流体含水、流量还有两种典型的仪器，分别为CAT(Capacitance Array Tool)与SAT(Spinner Array Tool)组合仪和FloScan Imager仪器。

[0004] CAT(Capacitance Array Tool)与SAT(Spinner Array Tool)组合仪，两支仪器结构相似都是基于笼状的弹臂设计。其中CAT(Capacitance Array Tool)由一组共12只微电容传感器围绕井筒阵列展开组成，每一个传感器装在一个弹臂上并且独立的读数。其工作原理是在每一探针内部靠近头部处是一个小型的电容传感器。每一个传感器和它的测量电路产生一个涉及周围流体介电常数的频率输出。因此每个传感器周围的流体性质能够被确定。CAT专门用于流体性质识别测量：即判断分层井段油、气、水比例。而SAT(Spinner Array Tool)由一组共6个小型转子流量计围绕井筒阵列展开组成，每一个小型转子流量计装在一个弹臂上并且独立的读数，专门用于测量周围流体的流速。这组仪器的最大特点是：结构简单、可靠性高、利于现场使用。缺点是：水平截面的垂直分辨率低，从而影响测量精度，而且井径越大，测量精度越低。组合仪器总长度大也不便于在高弯曲度的井中运行。

[0005] FloScan Imager仪器，综合性能领先于其他产品。其核心结构是五个小型的转子流量计和六个光学和电子探测器，这六对探头成对的排列在一个靠水力工作的臂上，测量时朝向井眼的垂直轴。电学探测器用于区分持水率和持油(气)率。其工作原理是通过电阻抗测量来区分水和烃，在水存在时传导电流，油或气存在时不传导电流。光学探测器用于区分持气率和持液率，与电学探测器组合在一起时，就可提供真正的三相流持率测量。光学探头通过反射测量来区分气体和液体。五个转子流量计，排列在井轴的横断面内。每一个小型转子流量计都对流过它的流体产生响应，直接测量油、气、水相速度。该仪器的最大特点是：利用专门的计算法则及时的估算三相流的速度，相速度测量很准确。缺点是：受仪器结构影响所能排列的转子流量计和光电探测器个数有限，从而使水平截面的垂直分辨率有限。【发明内容】

[0006] 本发明的目的是提供一种流动剖面扫描成像仪，该成像仪相速测量准确、精度高。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种流动剖面扫描成像仪，包括：推靠系统、机架和测量臂系统；所述测量臂系统包括测量臂和若干组设置于所述测量臂上的传感器组，所述测量臂一端铰链接所述机架；所述推靠系统能够推动所述测量臂旋转。

[0009] 所述推靠系统包括推靠电机、离合器、丝杠螺母部件、传动轴、连杆和滑块部件；所述丝杠螺母部件包括丝杆和安装于丝杆外周的螺母；所述推靠电机、离合器、丝杠依次连接，所述螺母连接所述传动轴，所述传动轴上装有滑块部件；所述连杆一端铰链接所述滑块部件，另一端铰链接所述测量臂。

[0010] 所述机架设有供所述测量臂系统旋转伸出的开口。

[0011] 所述传感器组包括一个转子流量计和一个光学探针；所述若干组传感器组均匀设置于所述测量臂上。

[0012] 所述若干组传感器组为6组。

[0013] 所述成像仪还包括一主轴，所述推靠系统和机架安装于所述主轴上。

[0014] 所述成像仪还包括旋转系统，所述旋转系统包括旋转电机、方位传感器、倾角传感器和偏重测量系统。

[0015] 所述成像仪还包括线路系统，所述线路系统包括线路骨架和固定在线路骨架上的线路板；所述线路板电性连接所述推靠电机、小型转子流量计、光学探针、旋转电机、方位传感器、倾角传感器和偏重测量系统。

[0016] 所述成像仪还包括地面测井系统，所述地面测井系统通过电缆电性连接所述线路板。

[0017] 所述成像仪还包括堵头、第一旋转接头、第二旋转接头和护帽；所述堵头和护帽分别固定于所述主轴两端；堵头和护帽之间依次安装有第一旋转接头、机架和第二旋转接头；所述线路系统、推靠系统和旋转系统安装于所述机架内。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明一种流动剖面扫描成像仪，将六组传感器设置于测量臂上，通过铰接测量臂的推靠系统调节测量臂的打开角度，以此改变测量点分布变稠密程度，这样对与流体性质的分层位置判断就越准确，大大提高了测量的精度。【附图说明】

[0019] 附图1为仪器测量臂在井中测量原理示意图；

[0020] 附图2为仪器测量臂角度发生变化后测量原理示意图；

[0021] 附图3为仪器下井后位置示意图；

[0022] 附图4为仪器整体结构示意图。【具体实施方式】

[0023] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

[0024] 请参阅图1至图4所示，本发明克服了现有仪器的所有缺陷，提供一种能够测量多相流剖面进行三相流解释从而判断井下流体性质及流量的流动剖面扫描成像仪100，该成像仪100主要由堵头1、旋转接头2、线路系统3、推靠系统4、机架5、测量臂系统6、旋转系统9和护帽11组成。

[0025] 其中测量臂系统6主要由六组传感器和测量臂61组成，测量臂61一端铰链接于机架5上。测量臂61上均匀分布六组传感器，每组传感器由一个小型转子流量计7和一个光学探针8组成。每个小型转子流量计7都独立的对流过它的流体产生响应，用于直接测量流过它的流体的速度。每个光学探针8也是独立的对流过它的流体产生响应，用于判断流过它的流体的性质。

[0026] 推靠系统4主要包括电机座、推靠电机、离合器、丝杠螺母部件、传动轴、连杆和滑块部件。电机装在电机座里和离合器相连，离合器的另一端连接丝杠，丝杠上的螺母与传动轴相连，传动轴上装有滑块部件，连杆一端铰链接滑块部件，另一端铰链接测量臂61。随着电机的旋转电机可带动离合器和丝杠转动，通过丝杠螺母带动传动轴运动，传动轴带动滑块部件运动，铰链接于滑块部件与测量臂61之间的连杆随着滑块部件的运动便能够推动测量臂61进行旋转，从而实现测量臂61张开或关闭。通过控制电机可以控制测量臂61打开或关闭的角度。

[0027] 旋转系统9主要由旋转电机，方位传感器，倾角传感器，偏重测量系统组成。仪器使用前通过电路进行刻度，下井后在方位传感器，倾角传感器，偏重测量系统的综合作用下可以判断出仪器测量臂61中心面611与井底切面21的夹角α。通过控制旋转电机可以驱动仪器的主体部分(除旋转接头2、10的外壳以外的部分)绕仪器主轴旋转，从而调整仪器测量臂61中心面611与井底切面21的夹角α。仪器的上下部都接有旋转接头(2、10)，可以方便仪器在仪器串中自由灵活的转动。

[0028] 线路系统3包括线路骨架和固定在线路骨架上的线路板，线路板电性连接推靠系统4的推靠电机、小型转子流量计7、光学探针8、旋转系统9的旋转电机、方位传感器、倾角传感器、偏重测量系统；线路板通过电缆连接地面的测井系统。测井系统输入相应的指令，通过电缆、线路板传输到各个部件，可以控制仪器各部件做出相应动作；仪器各部件测试的数据也通过线路板、电缆传输到测井系统进行分析处理。

[0029] 仪器下井后到达指定测量位置，仪器旋转系统9内方位传感器，倾角传感器，偏重测量系统共同作用下判断出仪器测量臂61中心面611与井底切面21的夹角。控制旋转系统9的旋转电机运动调整仪器在井中的位置，保证仪器测量臂61中心面与井底切面21垂直，且井底切面21与仪器底切面101重合。

[0030] 调整好姿态后控制仪器推靠系统6运动即可将仪器测量臂61打开，测量臂61上成对的分布着六个小型转子流量7计和六只光学探针8。其中六个小型转子流量计7排列在井轴的横断面内，每个小型转子流量计7都能够独立的对流过它的流体产生响应，直接测量各相速度。六只光学探针8也排列在井轴的横断面内并与转子流量计7相对应分布，光学探针8能够判断出流过它的流体的性质。请参阅图1所示，六组传感器可以在井内垂直剖面内测出每个区域的值，通过这六个区域的值综合考虑可以判断出流体的分层情况。

[0031] 推靠系统6可以控制仪器测量臂61张开的角度，缩小角度后对垂直剖面内的某一部分而言，测量点分布变密，这样对与流体性质的分层位置判断就越准确。这一技术大大提高了测量的精度。请参阅图1和图2所示，从图1可以看出在油水相混合层只有一组传感器，图2中油水混合层有两组传感器。

[0032] 当仪器测量完一点后，推靠调节部分控制仪器测量臂进行移动，使测量臂上的六组传感器继续对另一点进行测量。本发明专利可以在某一个水平面内无限的水平分层，进行逐点测量。也可以将仪器的测量臂打开到一定程度后连续测量。

[0033] 仪器的使用方法有两种：一种是在一个垂直剖面内，将臂打开至不同的大小，测出这个垂直剖面内的多组数据后，将仪器移至另一个垂直剖面内测量；另一种方法是将仪器的测量臂打开到一定程度后连续拖动仪器测量。

[0034] 本发明由于其可以在垂直剖面内增加测点密度，使得相流分层判断比以往的仪器更准确，仪器探头成组分布，且位于一个测量臂上使得仪器总长更小，更利于在水平井和大斜度井中工作。

[0035] 本发明的特点：

[0036] 1、适用于水平井和大斜度井；

[0037] 2、可测量井下混合和单独的流体形式；

[0038] 3、可以测量井眼中任意纵向剖面内任意位置的流量；

[0039] 4、测量流量的同时可以判断流体性质；

[0040] 5、可以联合其他的测井工具工作；

[0041] 6、比其它同类测井工具测量更精确。

[0042] 本发明最大的特点是相速测量准确、精度高，仪器总长小。