專利名稱：阻抗式流量含水儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種井下原油含水率測量儀器，尤其涉及一種通過渦輪測量油水流量的阻抗式流量含水儀。
背景技術(shù)：
在過環(huán)空產(chǎn)液剖面測井中，測量井下原油含水率，通常采用電容法和阻抗法。電容式含水儀，比較適合使用在低含水的情況下，而阻抗法適用于高含水。目前油田正處于高含水開發(fā)期，阻抗法含水儀，可以更準確、可靠地測量井下原油的含水率。阻抗式含水儀，通過測量混合流體的電阻率來確定含水率，該儀器采用集流的測量方式，可以進行定點隨時間連續(xù)測量，測量結(jié)果不受溫度與礦化度影響，電極的粘污導(dǎo)致誤差小，受流態(tài)的影響小。目前存在的阻抗式含水儀，在大慶油田得到大量的應(yīng)用，在近幾年的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)存在如下問題儀器供電采用三芯電纜，供電繁瑣，儀器工作溫度范圍有限，無法適用于高溫環(huán)境的井 中；由于阻抗傳感器的激勵信號受井中流體礦化度的影響，在不同的環(huán)境中需要人為調(diào)節(jié)激勵信號，因此含水率測量結(jié)果受人為影響較大，導(dǎo)致測量結(jié)果不準確，使用不方便；阻抗式含水儀測量的是相對值，激勵信號不同每支儀器測量值都不相同，無法保證測量的一致性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可工作于高溫環(huán)境、采用單芯電纜供電傳輸信號、阻抗傳感器激勵信號可自動調(diào)節(jié)、適用不同礦化度的流體中、對測量結(jié)果進行歸一化處理以及保證測量結(jié)果一致性的阻抗式流量含水儀。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種阻抗式流量含水儀，其特殊之處在于所述阻抗式流量含水儀包括測量骨架、信號采集單元、信號發(fā)生單元以及電源單元；所述電源單元通過信號采集單元與信號發(fā)生單元相連；所述電源單元、信號采集單元以及信號發(fā)生單元自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上。上述信號發(fā)生單元包括集流傘、集流傘開收裝置、進液管以及進液口 ；所述集流傘的一端固定在測量骨架上，另一端通過集流傘開收裝置實現(xiàn)集流傘的開啟或收起；所述進液管設(shè)置在沿測量骨架的軸向方向上；所述進液口設(shè)置在集流傘的傘布上并與進液管相貫通。上述集流傘開收裝置包括電機控制電路、減速電機以及滾珠絲杠；所述滾珠絲杠、減速電機以及電機控制電路自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上；所述電機控制電路與減速電機電性相連并給減速電機工作信號；所述減速電機通過滾珠絲杠推動集流傘開啟或收起。上述信號采集單元包括阻抗含水傳感器、采樣管、渦輪、霍爾元件以及信號采集電路；所述采樣管設(shè)置在測量骨架內(nèi)部并與進液管相貫通；所述霍爾元件、渦輪以及阻抗含水傳感器自上而下依次設(shè)置在采樣管內(nèi)部；所述信號采集電路分別與阻抗含水傳感器以及霍爾元件相連。上述渦輪的轉(zhuǎn)軸上鑲嵌有導(dǎo)磁塊；所述霍爾元件設(shè)置在與導(dǎo)磁塊相對應(yīng)的位置上。上述阻抗含水傳感器包括第一電極環(huán)接地端、電極環(huán)激勵端、電極環(huán)接收端正極、電極環(huán)接收端負極以及第二電極環(huán)接地端；所述第一電極環(huán)接地端、電極環(huán)激勵端、電極環(huán)接收端正極、電極環(huán)接收端負極以及第二電極環(huán)接地端自上而下設(shè)置在依次設(shè)置。上述第一電極環(huán)接地端、電極環(huán)激勵端、電極環(huán)接收端正極、電極環(huán)接收端負極以及第二電極環(huán)接地端中的電極環(huán)均采用不銹鋼材料制成。上述信號采集電路包括阻抗 傳感器激勵信號電路；所述阻抗傳感器激勵信號電路包括模擬開關(guān)、高速低阻抗八通道模擬開關(guān)、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器以及信號采集輸出端；所述第一運算放大器包括第一運算放大器正向輸入端、第一運算放大器負向輸入端以及第一運算放大器輸出端；所述第二運算放大器包括第二運算放大器正向輸入端、第二運算放大器負向輸入端以及第二運算放大器輸出端；所述第三運算放大器包括第三運算放大器正向輸入端、第三運算放大器負向輸入端以及第三運算放大器輸出端；所述模擬開關(guān)接入第一運算放大器正向輸入端；所述第一運算放大器輸出端通過高速低阻抗八通道模擬開關(guān)接入第一運算放大器負向輸入端；所述第一運算放大器輸出端分別接入第二運算放大器正向輸入端以及第三運算放大器輸出端；所述第二運算放大器輸出端分別接入信號采集輸出端、第二運算放大器負向輸入端以及第三運算放大器正向輸入端；所述第三運算放大器負向輸入端接入第三運算放大器輸出端。上述模擬開關(guān)是模擬開關(guān)ADG419TQ;所述高速低阻抗八通道模擬開關(guān)是高速低阻抗八通道模擬開關(guān)ADG1408YRUZ;所述第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器均是高阻抗型運算放大器CA3140AM。上述電源單元包括單芯電纜以及與單芯電纜電性相連的DC-DC電源模塊。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明所提供的阻抗式流量含水儀，采用單芯電纜供電傳輸信號，操作方便，信號傳輸誤碼率低；所采用的阻抗含水傳感器，耐高溫，防粘污，含水測量結(jié)果準確可靠；這種阻抗傳感器激勵電路，能夠根據(jù)不同油井的礦化度，自適應(yīng)切換激勵源驅(qū)動電路，使交流信號保持在一個合理的線性范圍，保證測量的可靠性，準確性。不需要人為的改變激勵電阻，同時這種方式，也不需要反復(fù)起下儀器，提高了測井效率。整支均選用高溫材料與芯片，使儀器可以工作在不同溫度范圍的油井中，最高可耐溫175度。


圖I是本發(fā)明所提供的阻抗式流量含水儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所采用的阻抗含水傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所采用的阻抗傳感器激勵信號電路原理圖；其中I-上護帽；2-DC_DC電源模塊；3_信號采集電路；4_采樣管；5_阻抗含水傳感器；
6-霍爾元件；7-渦輪；8_進液管；9_進液口 ；10_集流傘；11_限位開關(guān)；12_滾珠絲杠；13-減速電機；14_電機控制電路；15_第一電極環(huán)接地端；16_電極環(huán)激勵端；17_電極環(huán)接收端正極；18-電極環(huán)接收端負極；19_第二電極環(huán)接地端。
具體實施例方式
參見圖I，本發(fā)明提供了一種阻抗式流量含水儀，該阻抗式流量含水儀包括測量骨架、信號采集單元、信號發(fā)生單元以及電源單元；電源單元通過信號采集單元與信號發(fā)生單元相連；電源單元、信號采集單元以及信號發(fā)生單元自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上。信號發(fā)生單元包括集流傘10、集流傘10開收裝置、進液管8以及進液口 9 ;集流傘10的一端固定在測量骨架上，另一端通過集流傘10開收裝置實現(xiàn)集流傘10的開啟或收起；進液管8設(shè)置在沿測量骨架的軸向方向上；進液口 9設(shè)置在集流傘10的傘布上并與進液管8相貫通。集流傘10開收裝置包括電機控制電路14、減速電機13以及滾珠絲杠12 ;滾珠絲杠12、減速電機13以及電機控制電路14自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上；電機控制電路14與減速電機13電性相連并給減速電機13工作信號；電機控制電路14通過限位開關(guān) 11與減速電機13相連，減速電機13通過滾珠絲杠12推動集流傘10開啟或收起。信號采集單元包括阻抗含水傳感器5、采樣管4、渦輪7、霍爾元件6以及信號采集電路3 ;采樣管4設(shè)置在測量骨架內(nèi)部并與進液管8相貫通；霍爾元件6、渦輪7以及阻抗含水傳感器5自上而下依次設(shè)置在采樣管4內(nèi)部；信號采集電路3分別與阻抗含水傳感器5以及霍爾元件6相連。渦輪7的轉(zhuǎn)軸上鑲嵌有導(dǎo)磁塊；霍爾元件6設(shè)置在與導(dǎo)磁塊相對應(yīng)的位置上。參見圖2，阻抗含水傳感器5包括第一電極環(huán)接地端15、電極環(huán)激勵端16、電極環(huán)接收端正極17、電極環(huán)接收端負極18以及第二電極環(huán)接地端19 ;第一電極環(huán)接地端15、電極環(huán)激勵端16、電極環(huán)接收端正極17、電極環(huán)接收端負極18以及第二電極環(huán)接地端19自上而下設(shè)置在依次設(shè)置。第一電極環(huán)接地端15、電極環(huán)激勵端16、電極環(huán)接收端正極17、電極環(huán)接收端負極18以及第二電極環(huán)接地端19中的電極環(huán)均采用不銹鋼材料制成。信號采集電路3中的阻抗傳感器激勵信號電路包括模擬開關(guān)、高速低阻抗八通道模擬開關(guān)、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器以及信號采集輸出端；第一運算放大器包括第一運算放大器正向輸入端、第一運算放大器負向輸入端以及第一運算放大器輸出端；第二運算放大器包括第二運算放大器正向輸入端、第二運算放大器負向輸入端以及第二運算放大器輸出端；第三運算放大器包括第三運算放大器正向輸入端、第三運算放大器負向輸入端以及第三運算放大器輸出端；模擬開關(guān)接入第一運算放大器正向輸入端；第一運算放大器輸出端通過高速低阻抗八通道模擬開關(guān)接入第一運算放大器負向輸入端；第一運算放大器輸出端分別接入第二運算放大器正向輸入端以及第三運算放大器輸出端；第二運算放大器輸出端分別接入信號采集輸出端、第二運算放大器負向輸入端以及第三運算放大器正向輸入端；第三運算放大器負向輸入端接入第三運算放大器輸出端。模擬開關(guān)是模擬開關(guān)ADG419TQ;高速低阻抗八通道模擬開關(guān)是高速低阻抗八通道模擬開關(guān)ADG1408YRUZ;第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器均是高阻抗型運算放大器CA3140AM。電源單元包括單芯電纜以及與單芯電纜電性相連的DC-DC電源模塊2 ;單芯電纜供電傳輸信號時由于DC-DC電源模塊2工作電壓為30至60V，當(dāng)電壓工作于30V與60V之間時，儀器進行流量和含水的測量，信號采用11. 458Kbps非歸零碼通過單芯電纜傳輸，電壓高于70V時開傘，供負電壓時收傘。本發(fā)明所提供的阻抗式流量含水儀過環(huán)空下到油井下后，通過單芯電纜供電，電機控制電路14控制電機推動滾珠絲杠12，打開集流傘10。產(chǎn)液通過集流傘10集流后通過進液管8進入取樣管中，推動渦輪7轉(zhuǎn)動，渦輪7轉(zhuǎn)軸上鑲嵌的一塊導(dǎo)磁材料旋轉(zhuǎn)時就會在附近的霍爾元件6中感應(yīng)出電信號，從而測量流量。液體推動渦輪7后會流過阻抗傳感器。信號采集電路3給阻抗傳感器的激勵極供交變的恒定的電流，交變恒定電流經(jīng)導(dǎo)電流體從兩電極間流過傳感器時，可從兩個接收電極測量電壓值，從而測量含水。所測得數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過單芯電纜傳輸?shù)降孛鍼C中。把上護帽I取下，和單芯電纜頭連接，當(dāng)阻抗式流量含水儀過環(huán)空下到油井下后，通過單芯電纜供電，電機控制電路14控制減速電機13推動滾珠絲杠12，打開集流傘10。產(chǎn)液通過集流傘集流后通過進液管8進入取樣管中10，推動渦輪7轉(zhuǎn)動，渦輪7轉(zhuǎn)軸上鑲嵌的 一塊導(dǎo)磁材料，旋轉(zhuǎn)時就會在附近的霍爾元件6中感應(yīng)出電信號，從而測量流量。液體推動渦輪7后會流過阻抗傳感器5。信號采集電路3給阻抗傳感器5的電極環(huán)激勵端16供交變的恒定的電流，交變恒定電流經(jīng)導(dǎo)電流體從兩電極間流過傳感器時，可從兩個接收電極17、18測量電壓值，從而測量含水。所測得數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過單芯電纜傳輸?shù)赖孛鍼C機。參見圖3，本發(fā)明所提供的阻抗含水傳感器的激勵信號電路，由模擬開關(guān)ADG419TQ，三個高阻抗型運算放大器CA3140AM和高速低阻抗八通道模擬開關(guān)ADG1408YRUZ組成。單片機發(fā)送一個固定的頻率與ADG419的6腳相連，使ADG419輸出一個交變的方波，ADG1408YRUZ與一個CA3140AM(U7)構(gòu)成可變增益放大器，另外兩個CA3140AM(U6、U8)構(gòu)成恒流源電路。此電路驅(qū)動可以輸出一個頻率和激勵電流都可以調(diào)整的交變方波信號，連接到阻抗傳感器的激勵電極環(huán)16。兩個接收電極環(huán)17、18采集到的信號經(jīng)過差分儀表放大，有效值轉(zhuǎn)換，壓頻轉(zhuǎn)換，整形，傳入單片機，進行歸一化處理。當(dāng)?shù)V化度不同時，通過單片機控制ADG1408YRUZ的16與I引腳的電平選擇不同的增益，調(diào)節(jié)激勵信號，使交流源輸出保持在一個合理的線性范圍，保證測量的可靠性，準確性。
權(quán)利要求
1.一種阻抗式流量含水儀，其特征在于所述阻抗式流量含水儀包括測量骨架、信號采集單元、信號發(fā)生單元以及電源單元；所述電源單元通過信號采集單元與信號發(fā)生單元相連；所述電源單元、信號采集單元以及信號發(fā)生單元自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述信號發(fā)生單元包括集流傘、集流傘開收裝置、進液管以及進液口 ；所述集流傘的一端固定在測量骨架上，另一端通過集流傘開收裝置實現(xiàn)集流傘的開啟或收起；所述進液管設(shè)置在沿測量骨架的軸向方向上；所述進液口設(shè)置在集流傘的傘布上并與進液管相貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述集流傘開收裝置包括電機控制電路、減速電機以及滾珠絲杠；所述滾珠絲杠、減速電機以及電機控制電路自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上；所述電機控制電路與減速電機電性相連并給減速電機工作信號；所述減速電機通過滾珠絲杠推動集流傘開啟或收起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述信號采集單元包括阻抗含水傳感器、采樣管、渦輪、霍爾元件以及信號采集電路；所述采樣管設(shè)置在測量骨架內(nèi)部并與進液管相貫通；所述霍爾元件、渦輪以及阻抗含水傳感器自上而下依次設(shè)置在采樣管內(nèi)部；所述信號采集電路分別與阻抗含水傳感器以及霍爾元件相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述渦輪的轉(zhuǎn)軸上鑲嵌有導(dǎo)磁塊；所述霍爾元件設(shè)置在與導(dǎo)磁塊相對應(yīng)的位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述阻抗含水傳感器包括第一電極環(huán)接地端、電極環(huán)激勵端、電極環(huán)接收端正極、電極環(huán)接收端負極以及第二電極環(huán)接地端；所述第一電極環(huán)接地端、電極環(huán)激勵端、電極環(huán)接收端正極、電極環(huán)接收端負極以及第二電極環(huán)接地端自上而下設(shè)置在依次設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述第一電極環(huán)接地端、電極環(huán)激勵端、電極環(huán)接收端正極、電極環(huán)接收端負極以及第二電極環(huán)接地端中的電極環(huán)均采用不銹鋼材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述信號采集電路包括阻抗傳感器激勵信號電路；所述阻抗傳感器激勵信號電路包括模擬開關(guān)、高速低阻抗八通道模擬開關(guān)、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器以及信號采集輸出端；所述第一運算放大器包括第一運算放大器正向輸入端、第一運算放大器負向輸入端以及第一運算放大器輸出端；所述第二運算放大器包括第二運算放大器正向輸入端、第二運算放大器負向輸入端以及第二運算放大器輸出端；所述第三運算放大器包括第三運算放大器正向輸入端、第三運算放大器負向輸入端以及第三運算放大器輸出端；所述模擬開關(guān)接入第一運算放大器正向輸入端；所述第一運算放大器輸出端通過高速低阻抗八通道模擬開關(guān)接入第一運算放大器負向輸入端；所述第一運算放大器輸出端分別接入第二運算放大器正向輸入端以及第三運算放大器輸出端；所述第二運算放大器輸出端分別接入信號采集輸出端、第二運算放大器負向輸入端以及第三運算放大器正向輸入端；所述第三運算放大器負向輸入端接入第三運算放大器輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述模擬開關(guān)是模擬開關(guān)ADG419TQ ;所述高速低阻抗八通道模擬開關(guān)是高速低阻抗八通道模擬開關(guān)ADG1408YRUZ ；所述第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器均是高阻抗型運算放大器CA3140AM。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的阻抗式流量含水儀，其特征在于所述電源單元包括單芯電纜以及與單芯電纜電性相連的DC-DC電源模塊。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種井下原油含水率測量儀器，該阻抗式流量含水儀包括測量骨架、信號采集單元、信號發(fā)生單元以及電源單元；電源單元通過信號采集單元與信號發(fā)生單元相連；電源單元、信號采集單元以及信號發(fā)生單元自上而下的依次設(shè)置在測量骨架上。本發(fā)明提供了一種可工作于高溫環(huán)境、采用單芯電纜供電傳輸信號、阻抗傳感器激勵信號可自動調(diào)節(jié)、適用不同礦化度的流體中、對測量結(jié)果進行歸一化處理以及保證測量結(jié)果一致性的阻抗式流量含水儀。
文檔編號E21B47/00GK102877825SQ201210350620
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者牛云鵬, 楊琨, 李健, 張?zhí)祚R 申請人:西安思坦儀器股份有限公司