小流量超臨界二氧化碳井下渦街流量計的原理及設計

今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專利——小流量超臨界二氧化碳井下渦街流量計。該專利由中國石油化工股份有限公司申請，并于2017年7月4日獲得授權公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及石油開采中使用的井下生產(chǎn)測試技術領域，特別是涉及一種小流量超臨界二氧化碳井下渦街流量計。

發(fā)明背景

二氧化碳（CO2）驅(qū)已經(jīng)成為國內(nèi)外油田開發(fā)一種重要接替技術，它不但能提高油田采收率，還有利于CO2減排，保護環(huán)境，因此得到了各油田的重視和應用。目前井下注CO2都是采用的多油層合注工藝。由于油藏的非均質(zhì)性，地質(zhì)學家提出了分層注氣的要求。對于多薄油層的分注來說，各層的配注量可能很小。CO2在井下處于超臨界狀態(tài)，其粘度接近氣體的粘度。小流量和低粘度給井下分層測試帶來了困難。

可以借鑒的測試技術是井下分層注水技術中使用的測試流量計。井下分層注水測試多使用電磁式流量計，由于CO2和水的導電特性不同，電磁式流量計不能用于測量CO2的流量。

也有使用井下渦街流量計進行分層注水測試的。中國專利局2007年12月26日授權了一種“小排量集流井下渦街流量計”，其專利申請日是2006年12月21日，專利申請?zhí)柺?00620166863 .7，該專利公開的流量計是在本體上設置兩個通道，水從其中一個通道流過進行測試。該技術若用于測試超臨界CO2的流量會存在三個問題：一是，渦街流量計的測試探頭測得的是流體的流速，需要經(jīng)過結合密封計算才能得到流體的質(zhì)量流量或標況氣體流量，但超臨界二氧化碳的密度受溫度和壓力的影響變化很大，如果沒有在流量測試探頭附近獲得準確的溫度和壓力，就不能測得準確的CO2流量。二是，渦街流量計的流道的橫截面一般是圓形的，這種形狀的流道用于測量較低流量（如0 .2噸/小時）的超臨界二氧化碳時，其阻流體產(chǎn)生的旋渦很弱，測試探頭難以測到信號。三是，集流流量計在測試時需要有密封件密封流量計本體與流道的環(huán)空，如果僅使用密封圈來密封，密封圈下下井的過程中很容易被損傷。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，發(fā)明了小流量超臨界二氧化碳井下渦街流量計，該發(fā)明的流量計能夠?qū)崿F(xiàn)準確測量井下小流量超臨界CO2，并能提高測試成功率。

本發(fā)明采用了如下的技術方案：小流量超臨界二氧化碳井下渦街流量計，測量短節(jié)本體上部設線路板倉，線路板安裝在線路板倉內(nèi)，測量短節(jié)本體下部于線路板倉以下設平行軸向電纜道和內(nèi)流道，電纜安裝在電纜道內(nèi)，內(nèi)流道側壁設置阻流體和旋渦探頭，內(nèi)流道上端設進氣孔，在進氣孔和阻流體之間于內(nèi)流道側壁設置溫度探頭和壓力探頭；內(nèi)流道的橫截面呈近橢圓形；密封短節(jié)連接在測量短節(jié)以下，密封短節(jié)本體上同樣設有平行軸向電纜道和內(nèi)流道，且與測量短節(jié)的電纜道和內(nèi)流道相通；密封短節(jié)的內(nèi)流道下端設出氣孔；密封短節(jié)本體下部設電機倉，電機固定在電機倉的頂部，電機驅(qū)動傳動輪，傳動輪設外螺紋，電機倉側壁設長條形導孔，電機倉內(nèi)設螺紋套，螺紋套從內(nèi)部密封導孔，螺紋套設內(nèi)螺紋并與傳動輪的外螺紋相配合；密封短節(jié)外部設臺階并套有密封環(huán)，密封環(huán)以下設擠壓套套在密封短節(jié)外，擠壓套與螺紋套通過連接筋相固定。

優(yōu)選實施例，內(nèi)流道的橫截面有兩條平行的邊，兩端呈半圓形，橫截面的長寬比為2 .0～2 .8。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：一方面，由于采用了橫截面為近橢圓形的特殊流道，使得渦街旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦信號增強，更有利于小流量CO2的測量。另一方面，在本發(fā)明的流量計的外周設置了密封環(huán)，實現(xiàn)了集流測試，也就是所有的CO2流量都是經(jīng)過了內(nèi)流道向下流動，較外流式、非集流式的測試方法來講，本發(fā)明從流動方式上加強了小流量的CO2測量。第三，在內(nèi)流道于旋渦探頭附近設置壓力與溫度探頭，是在旋渦探頭最近的距離上測得的流經(jīng)旋渦探頭的CO2的溫度和壓力，用這樣測得的流速、溫度與壓力來計算CO2的質(zhì)量流量更加準確。第四，密封環(huán)在常態(tài)下其外徑較密封短節(jié)的外徑小，下井過程不會被損傷，用于提高測試成功率。