本發(fā)明涉及用于產生表示在井中流動的流體的局部相組成的信號的探針、探測儀和方法。本發(fā)明涉及通過局部測量來識別在井中流動的流體的相和電性質特征。特別地，本發(fā)明可以應用于通過局部測量來識別在油氣井中流動的包含水的多相流體的相，還可以應用于注入井的背景，其中，在井中流動的流體包括注入的淡水和源自地下的鹽水。

背景技術：

在油氣井中的多相流非常難以評估和測量，這是因為根據流體性質、保持率、速率，多相流會遭遇復雜的流態(tài)(例如氣泡、段塞、霧或分離流)。因為油氣井通常是斜井，有時高度傾斜乃至呈水平，所以構成在井中流動的流體的相(油、氣體、水)的比例跨越井的給定區(qū)段并不均勻并且希望跨越該區(qū)段進行繪制。

為了繪制井區(qū)段，需要局部傳感器以進行流體識別，即，評估井區(qū)段的每個位置處的相濃度。

現有技術公開了一種電阻率傳感器，其用于確定在油氣井中流動的流體內的局部相濃度。

文獻US 3,792,347公開了使用多個針狀感測尖電極。該文件描述了一種用于測量井內油/水混合物中油的百分比的工具。多個電極以大體共同延伸的陣列布置在產生的混合物的流動路徑中的不同水平高度處。提供電極布置方案，因而可以基于接通/非接通集成有對給定時刻浸入在油中的電極數目的統(tǒng)計分析，電極在處于油中時絕緣或者在處于水中接地傳導。被油滴如此絕緣的電極的數目被轉換成模擬電信號。因水中的電阻和電流偏移電壓變化導致的錯誤得到補償。

文獻US 5,661,237公開了一種包括多個局部電阻率探針的測量探測儀。該文獻描述了用于在油氣井中產生表示多相流體的局部流參數的信號的方法，該方法包括將至少一個局部傳感器放置在流體中的步驟和產生信號的步驟，其中，所述信號的級表征傳感器浸入其中的相，在峰值處產生信號，所述峰值的曲率半徑小于100微米。該方法可以用于確定流體的不同相的保持率。

文獻US 5,661,237中公開的電探針具有同軸結構。在圖1a、1b、1c和1d中示出了根據現有技術的這種探針。探針1由外部金屬管2和中心金屬電極4構成，外部金屬管和中心金屬電極由絕緣體3分隔開。探針1的末端5成形為圓錐形，以便形成尖端從而有助于流體10界面穿刺。通過測量外部電極2(接地電極)和中心電極4之間的阻抗進行測量，所述阻抗與流體10的電阻率、電容率和探針幾何結構有關。圖1a是這種電極的外部視圖。測量結果使得能夠檢測在油氣井中流動的多相流體10中的水。圖1b是針對這種電極的末端5構造的橫截面圖。圖1c是示出了從探針末端大量延伸的電流線6的橫截面圖，探針末端對氣泡/液滴尺寸和連續(xù)介質性質有較大敏感度。圖1d示出了針對這種電探針(實線u1)和針對具有延伸的接地針的替代電探針(虛線u2)的運動流體界面的探針響應u(t)。運動流體界面對應于電極穿入水中的油滴。不同流體界面Fla(在穿入之前)、Flb(在末端端部處穿入)、Flc(末端穿入一半)和Fld(末端全部穿入)處的探針響應u(t)。

以下是這種探針結構的缺點：

·敏感度從探針末端向遠延伸，從而導致多相條件中的不穩(wěn)定測量。特別地，從水到油或氣體的連續(xù)介質的變化對測量造成較大影響。

·測量取決于電極電阻率和金屬與其浸入其中的流體之間的接觸電阻。在高鹽度鹽水中，流體電阻率對信號的貢獻會變得較小，從而導致測量結果不準確。

·外部電場能夠在探針的外部管中產生寄生電流。特別地，在測量探測儀中產生的接地電流難以與探針的外部管隔離，并且在測量中產生噪音。

·由于上述限制，不能準確地測量流體的電性質。特別地，這種探針用于從油和氣體中區(qū)分出水，從而給出數字類信號。特別地，其不能解釋水鹽度。

·化學和機電效應會導致金屬表面處的絕緣層增長，從而降低探針的機械完整性并且改變測量結果。

·響應較慢，這是因為過渡需要探針完全浸入水中直到外部管金屬接觸以便限定電流的返電路徑。

·探針的金屬末端面向流，并且在其尖端處具有最大流速。因此，在高流量條件下，傳感器的敏感元件因固體顆粒(例如流攜帶的砂礫)而受到磨損，從而導致隨時間場中探針退化和信號改變。

·油或水滴會粘附在探針的末端，特別是粘附在絕緣體－金屬界面處。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于產生表示在管道中流動的流體的局部相組成的信號的探針和/或探測儀和/或方法，該探針和/或探測儀和/或方法客服了現有方法和/或設備的限制中的一個或多個。

根據一個方面，提供一種探針，其用于產生表示在井中流動的流體的局部相組成的信號，所述探針包括：電絕緣材料的本體，所述本體具有適于與流體接觸的末端；至少兩個導電材料的電極，所述電極相對于本體的中心軸線位于所述本體中的相對兩側上并且相互絕緣，所述電極具有端部，所述端部暴露于位于所述末端的任一側上的流體。

探針可以包括同時作為激勵電極和檢測電極的兩個電極，所述電極適于連接到測量電路，所述測量電路包括與測量模塊并聯(lián)的激勵模塊，由測量模塊測量的電極中的信號與表示接觸末端的流體的局部相組成的電參數有關。

探針可以包括第一對電極和第二對電極，所述第一對電極是激勵電極并且位于第一平面中，所述第一平面與本體的中心軸線相交，所述第二對電極是檢測電極并且位于第二平面中，所述第二平面與本體的中心軸線相交并且相對于第一平面成一角度，所述第一對電極適于連接到激勵模塊，所述第二對電極適于連接到測量模塊。

激勵模塊可以包括通過第一分流電阻器連接到第一電極的第一交流電壓發(fā)生器，和通過第二分流電阻器連接到第二電極的第二交流電壓發(fā)生器，所述第一和第二交流電壓發(fā)生器產生反相的激勵信號。

探針可以包括金屬管，所述金屬管包圍所述本體并且作為護罩。

每個電極可以具有絕緣材料的護套。

本體的末端可以呈圓錐形以便限定末端圓錐表面，暴露于流體的電極端部從本體露出在末端圓錐表面中、在末端端點的側部。

本體的末端可以包括兩個平表面，所述兩個平表面相對于本體的中心軸線成不同角度，暴露于流體的電極端部從本體露出在平表面中、在末端端部線的側部。

探針可以包括光學元件，所述光學元件位于本體的中心部分中，所述光學元件的端部部分形成探針末端的端部。

探針可以包括電子板，所述電子板連接到本體并且與測量電路和處理模塊集成，以便在輸出電纜上輸送數字測量結果。

根據另一方面，提供一種測量探測儀，所述測量探測儀適于沿著井并在井中移位，所述測量探測儀包括多個根據本發(fā)明的探針，所述探針相對于測量探測儀的中心軸線位于成角度分布的位置處。

井是油氣井，并且測量探測儀承載定中器，多個探針固定到定中器。

根據另一方面，提供一種用于產生表示在井中流動的流體的局部相組成的信號的方法，該方法包括以下步驟：

-將探針插入在井中，所述探針包括：電絕緣材料的本體，所述本體具有末端，所述末端適于與流體接觸；至少兩個導電材料的電極，所述電極相對于本體的中心軸線位于所述本體中的相對兩側上并且相互絕緣，所述電極具有端部，所述端部暴露于位于所述末端的任一側上的流體；

-將激勵信號施加在兩個電極上，所述電極是激勵電極；

-測量與表示接觸兩個電極上的末端的流體的局部相組成的電參數有關的檢測信號，所述電極是檢測電極。

根據另一方面，提供一種根據本發(fā)明的方法的應用，其用于產生表示在油氣井中流動的多相流體的局部相組成的信號。

利用本發(fā)明，能夠準確地測量流體的電性質，即從油和氣體區(qū)分出水、解釋水鹽度，提高空間分辨，減小測量信號干擾等。相較于現有技術的探針，本發(fā)明的探針因其設計具有更高的機械完整性以及對流體的化學、機電和腐蝕效應更高的抵抗。這導致更高的準確度和更長的使用壽命。

通過本發(fā)明的下文描述，其它優(yōu)勢將變得顯而易見。

附圖說明

通過示例闡釋了本發(fā)明并且本發(fā)明并不局限于附圖，在附圖中相同的附圖標記表示類似的元件，附圖中：

圖1a、1b、1c和1d示出了現有技術的電探針；

圖2a、2b和2c是分別示出根據本發(fā)明的探針的第一和第二實施例的透視圖和橫截面圖；

圖3a、3b、3c和3d示出了適于聯(lián)接到圖2a和2b的探針的測量電路(作為等效電子電路)的多種實施例；

圖4a、4b和4c示出了通過圖2的探針產生的信號的示例；

圖5示出了探針的末端的改變的幾何結構，所述末端具有傾斜表面；

圖6是示意性地示出了根據本發(fā)明的探針的第二實施例的透視圖，所述探針具有高壓引線以便集成在測井工具中；

圖7a、7b和7c示意性地示出了測量探測儀，該測量探測儀包括根據上述實施例中的一個所述的探針；。

圖8示出了根據本發(fā)明的探針的第三實施例，所述探針具有光學傳感器；

圖9示出了根據本發(fā)明的探針(右上方)和根據現有技術的探針(左上方)，并且示出了針對所述探針的油/水前緣傳播和典型的探針響應(下方)；和

圖10是示意性地示出了用于集成在生產測井工具的測量探測儀中的智能探針的透視圖。

具體實施方式

通過參照附圖作出的后文描述將理解本發(fā)明。

根據圖2a、2b和2c的實施例，探針11包括兩個(圖2a)或四個(圖2b)導電材料的絲狀電極14a、14b、14c、14d，所述絲狀電極位于電絕緣材料的細長本體13中、例如絕緣管13中。所述電極14a、14b、14c、14d(以成對電極)相對于細長本體13的中心軸線XX’位于細長本體13中的相對兩側上，以便彼此絕緣。

探針11的細長本體13具有末端15，該末端呈針狀、例如圓錐狀。末端15的端部17具有接觸流體、更精確地具有刺穿流體10的功能。在油田工業(yè)的特殊背景中，該特征有有助于使末端15穿入到在水中流動的油或氣泡中。

探針11包括外部金屬管12，該外部金屬管在本體的總長的至少一部分上包圍本體13。金屬管13用于機械地保護敏感元件并且電屏蔽信號，從而導致更加穩(wěn)固和穩(wěn)定的測量。能夠適當地使用例如鉻鎳鐵合金的高強度高耐化學性金屬而沒有涉及低導電性的問題。

在末端15處從本體13露出的電極14a、14b、14c、14d的端部限定電極接觸表面。電極接觸表面定位在流體10掃掠的末端表面16上，即絕緣管13的末端15的斜坡上。此外，電極接觸表面定位成遠離腐蝕區(qū)域，即末端15的端點17。因此，暴露于流體10的電極14a、14b、14c、14d端部從本體13露出在末端表面16中、在末端端點17的側部。這分別確保了快速的響應時間和提高的耐腐蝕性。

根據圖2a所示的兩絲狀電極實施例，兩個絲狀電極14a、14c定位在與本體的中心軸線XX’相交的第一平面P1中。這兩個電極同時是激勵電極和檢測電極。

根據圖2b所示的四絲狀電極實施例，第一對絲狀電極14a、14c定位在與本體的中心軸線XX’相交的第一平面P1中，第二對絲狀電極14b、14d定位在也與本體的中心軸線XX’相交并相對于第一平面P1成一角度的第二平面P2中。在所示非限制性示例中，第一平面P1和第二平面P2互相垂直。

使用多通道陶瓷管(形成呈絕緣管13形狀的細長本體)制造探針，由耐腐蝕金屬(例如，鉻鎳鐵合金)制成的金屬絲(形成電極14a、14b、14c、14d)插入到所述探針中。陶瓷管安裝在金屬管12內部，所述金屬管也由例如鉻鎳鐵合金的高電阻金屬制成。金屬管內的金屬絲段覆蓋有絕緣材料，例如聚四氟乙烯。通過膠合或釬焊制成探針組件。然后，將陶瓷管磨削成針狀并拋光。密封件30(在圖6最佳可見)安裝在所述管的基部，從而確保與承載探針的測量探測儀50(在圖7a最佳可見)壓緊相聯(lián)并且允許金屬絲連接到電子板80(在圖10最佳可見)。密封件30可以焊接到管12或使用圓錐形套管31(例如由Swagelok或Parker公司商業(yè)化的圓錐形套管)卷曲(在圖10最佳可見)。金屬絲可以在其基部處覆蓋有金或銅的薄膜，以便有助于焊接到電子板。可以使用電解方法進行沉淀。密封件30還可以裝配有O型環(huán)32(在圖6最佳可見)，以便與測量探測儀50防水連接。

圖2c是示出了探針11的橫截面圖，其中電流線18位于探針末端15。這種探針即使在多相流條件下也允許準確地測量水的電阻率。此外，相較于現有技術的探針，該探針以更快的響應時間工作以便有更好的水保持率解釋。

圖10示出了用于集成在生產測井工具中的智能探針11。探針包括基于圓錐形套管的高壓金屬-金屬密封連接件31(與圓錐形密封元件34相聯(lián)的螺釘33，所述圓錐形密封元件聯(lián)接到外部金屬管12)和電子板80。電子板80還可以由防護殼體81保護。電子板80與測量電路20和處理模塊82集成，所述處理模塊在輸出電纜83上輸送數字信號。這種探針11以高數據速率輸送完全校準的導電率測量結果。處理模塊82可以是微型控制器，該微型控制器實時計算氣泡計數、氣泡尺寸分布、保持率并且用戶可編程以便調整增益、激勵頻率和幅度等。所有這些計算數據均可作為輸出電纜83上的數字信號用于后續(xù)處理。將在下文詳細描述測量電路20。

探針管的典型尺寸為外徑1/16”(43mm)、長10英寸(254mm)。探針末端的典型角度α為30°至90°。探針的典型直徑為約1mm，電極的典型直徑為100至300μm。

根據圖3a所示的第一實施例，適于包括四個電極14a、14b、14c、14d的探針的測量電路20a包括交流電流發(fā)生器21。形成激勵模塊的交流電流發(fā)生器21以數千赫茲至數兆赫茲的頻率操作，并且驅動數微安至數毫安的正弦電流i(t)。交流電流發(fā)生器21連接到激勵電極14a、14d。形成測量模塊的電壓表22連接到檢測電極14b、14d并且測量產生的電壓u(t)。在所示示例中，外部管12接地23。測量模塊可以包括放大部件，例如運算放大器(未示出)。

根據圖3b所示的第二實施例，適于包括四個電極14a、14b、14c、14d的探針的測量電路20b包括兩個交流電壓發(fā)生器24a、24b。交流電壓發(fā)生器24a、24b以反相操作u2(t)＝-u1(t)。交流電壓發(fā)生器24a、24b分別通過分流電阻器25a、25b連接到探針電極14a、14c，并且形成激勵模塊21。形成測量模塊的電壓表22連接到檢測電極14b、14d并且測量產生的電壓u(t)。檢測電極14b、14d可以連接到放大器和解調電路(未示出)。根據第二實施例，探針電極14b、14d上的平均電壓因而在時間和空間上被抵消。反相驅動激勵電極產生偶極子，該偶極子抵消了與探針末端相距較近距離處的電場。

根據探針設計、水導電率以及來自測量電路的驅動電流，測量到的典型電壓在數微伏至數伏的范圍內

雖然附圖示出了連接到電路接地23的外部管12，但是替代地，外部管可以從電路接地浮動，以便避免電流通過其返回。

隨后，使用同步檢測電路或通過數字化后直接計算來解調高頻信號u(t)(解調用于移除信號中的高頻部分)。

圖4a示出了在四個電極探針14a、14b、14c、14d和根據第二實施例的測量電路20b(圖3b)的情況下觀察到的信號u(t)。

在圖4a中，信號Vee1(短虛線)表示施加在激勵電極14a上的電壓，所述激勵電極通過分流電阻器25a連接到交流電壓u1(t)發(fā)生器24a。信號Vee2(實線)代表施加在激勵電極14c上的電壓，所述激勵電極通過分流電阻器25b連接到交流電壓u2(t)發(fā)生器24b。交流電壓u2(t)是交流電壓u1(t)的反向電壓，以便抵消遠離末端的電場。信號Ved1(點線)和Ved2(交替長－雙短虛線)分別表示施加在檢測電極14b和14d上的電壓。

圖2a、3c和3d的實施例涉及僅包括兩個絲狀電極14a、14c而非圖2b的實施例中的四個絲狀電極的探針11。涉及圖2b的探針的結構的描述也能適用。這個情況下的電路有所不同：不存在單獨的電壓檢測電路。如在上述四金屬絲實施例中的，測量電路可以包括反相的兩個交流電壓發(fā)生器，所述兩個交流電壓發(fā)生器通過分流電阻器連接到探針電極。兩個電極同時具有激勵電極和檢測電極的角色?；诹鹘涬姌O的電流的測量結果確定流體電阻率。

根據圖3c所示的第三實施例，適于包括兩個電極14a、14c的探針的測量電路20c包括交流電流發(fā)生器21。交流電流發(fā)生器21以數千赫茲至數兆赫茲的頻率操作，并且驅動數微安至數毫安的正弦電流i(t)。交流電流發(fā)生器21連接到電極14a、14c。電壓表22連接到電極14a、14c并且測量產生的電壓u(t)。

根據圖3d所示的第四實施例，適于包括兩個電極14a、14c的探針的測量電路20d包括兩個交流電壓發(fā)生器24a、24b。交流電壓發(fā)生器24a、24b以反相操作u2(t)＝-u1(t)。交流電壓發(fā)生器24a、24b分別通過分流電阻器25a、25b連接到電極14a、14c。電壓表22連接到電極14a、14c并且測量產生的電壓u(t).

圖4b示出了在兩個電極探針14a、14b和根據第四實施例的測量電路20b的情況下觀察到的信號u(t)。

信號u1(短虛線)代表施加在承擔激勵電極角色的電極14a上的激勵電壓，所述電極連接到交流電壓u1(t)發(fā)生器24a。信號u2(實線)代表施加在承擔激勵電極角色的電極14b上的電壓，所述電極連接到交流電壓u2(t)發(fā)生器24b。信號Ve1(點線)代表施加在承擔檢測電極角色的電極14a上的電壓。信號Ve2(交替長－雙短虛線)代表施加在承擔檢測電極角色的電極14b上的電壓。信號Vout(交替長－短虛線)代表解調后的測量電路輸出。

測量原理是對探針末端處的流體的電參數的進行局部測量。測量信號在低頻處與導電率有關，在高頻處與電阻率有關。通常，水是導體而油/氣體是絕緣體。因此，分析測量信號使得能夠從代表油/氣體的信號中區(qū)分出代表水的信號。

圖4c示出了在電極14a和14c上的前述信號Ve1和Ve2以及在多相流動條件下的測量電路輸出Vout。值約為1V的測量輸出電壓Vout被解釋為水流W(小的信號幅度是高導電性或低電阻流體、即水的特征)。在特定時間段(平穩(wěn)區(qū)段)內值約為1.2V的測量輸出電壓Vout的突然增加被解釋為氣體或油O泡經過(大的信號幅度是低導電性或高電阻流體、即油或氣體的特征)。因此，測量的信號示出了從水W到氣體或油O的過渡?；谶@種局部測量信號，微型控制器能夠計算與在管道中流動的流體有關的多種參數、即保持率(通過計算在限定的時間間隔內代表水的信號的持續(xù)時間vs代表氣體/油的信號的持續(xù)時間)、氣泡計數(通過計算在限定的時間間隔內平穩(wěn)區(qū)段的數目)。

圖5示出了具有非對稱幾何結構的末端15的另一實施例。末端15由平表面16a、16b構成，所述平表面將末端端部限定為末端端部線17a，所述表面相對于探針11的中心軸線XX’形成不同的角度β、θ。例如，角度β為30°，角度θ為45°。暴露于流體10的電極14a、14c端部從本體13露出在平表面16a、16b中、在末端端部線17a的側部。

圖7a、7b和7c分別是適于在油氣生產井51中操作的測量探測儀50和測量探測儀50a、50c串的示意圖。更確切地，圖7a是示意性地示出了安裝在測量探測儀50中的探針11的橫截面圖，所述測量探測儀形成用于油氣井的生產評估的線纜工具。圖7b是示意性地示出了用于油氣井的生產評估的線纜工具的透視圖，所述線纜工具除了例如壓力、溫度和流量傳感器之外還包括若干探針11。每個探測儀50、50a、50b具有中心抗壓剛性殼體52。探測儀50、50a、50b承載外部定中器53，該外部定中器適于與井51的生產管壁54接觸。如上所述的多個探針11固定在定中器53的內表面上。探針11可以相對于測量探測儀50的中心軸線YY’位于成角度分布的位置處。這種分布的探針布置方案解決了非均質流體流中的測量代表性問題，這是因為，由多個局部探針測量的多個測量結果代表流入井51的管道中的總流體。每個探針11可以通過壓力引線55連接到位于探測儀50、50a、50b的殼體52內的電子電路56。

圖7c是示意性地示出了組裝成串的兩個測量探測儀50a、50b的透視圖。使用至少兩個探測儀允許對流體保持率進行互相關測量。油氣井生產隨時間發(fā)生波動，從而產生沿著井傳播的液滴或氣泡的段塞和/或云狀物。使用安裝在至少兩個測量探測儀中的本發(fā)明的探針測量這些對應的變化允許推導出分散相速度并解釋關鍵的生產參數，例如進入特定井區(qū)段的水、油、氣體。

圖7b和圖7c所示的探測儀可以兩端首尾相接地連接到承載其它類型的流體傳感器的其它探測儀區(qū)段，所述流體傳感器例如是壓力傳感器57、溫度傳感器58、流率傳感器59和成像儀60。

圖8示出了多電極探針11與光學元件70集成為一體的另一實施例。藍寶石桿70適當地插入陶瓷管13的中心部分中并且連接到光纖(未示出)。藍寶石桿70的末端17處的光反射與流體10的折射率有關。通常，氣體的折射率根據成分、溫度和壓力在1至1.2之間，氣體的折射率與液體的折射率不同，液體的折射率在1.3至1.5之間。因此，光學元件能夠用于折射率和/或光譜測量。這種設計的主要優(yōu)勢在于能夠在單個探針上同時檢測氣相和水，從而實現在單個探針上的真正的三相油-水-氣體檢測。從沒有檢測出水和氣體的情況下推斷油相檢測。

圖9示出了根據本發(fā)明的探針(右上方)與根據現有技術的探針(左上方)相比的油/水前緣的傳播(交替長－短虛線)和典型的探針響應u(t)(下方)。針對不同時刻t1、t2、t3、t4、t5和t6分別示出相對于探針1的末端5和探針11的末端15的油/水前緣的傳播。時刻t0對應于穿入之前的油/水前緣。時刻t0對應于末端端部處的油/水前緣。時刻t1對應于末端端部處的油/水前緣。時刻t2至t4對應于位于末端端部和末端穿入一半之間的油/水前緣。時刻t5和t6對應于末端完全穿入處的油/水前緣。信號PA(虛線)對應于用根據現有技術的探針1測量的信號。信號INV(實線)對應于用根據本發(fā)明的探針11測量的信號。

對于現有技術的探針1，當水相完全覆蓋探針接地從而提供用于電流返回的最大表面時(即，t高于t3、優(yōu)選地在t4附近或更高)達到最大信號。這導致緩慢的響應和不穩(wěn)定的級，這是因為其取決于流體和流動條件(遠離探針的流體分布)。這導致在多相環(huán)境中對水導電率的不正確測量。為了改進從碳氫化合物到水的過渡時間，現有技術的探針信號被放大，從而導致導電流體和數字類信號飽和。結果，不能對水性質進行解釋，至少難以對水性質進行解釋。此外，相保持率解釋對檢測閾值的選擇十分敏感。在實踐中，這是十分精細的事情，這是因為探針偏移水平取決于受多種不可控參數(例如，溫度、探針材料老化、工具室內的濕度、電子漂移等)影響的電子偏壓和電容耦合。不適當的閾值設定將導致錯誤的相解釋。信號AS(點線)對應于放大的信號，閾值tTAS在t3和t4之間。

相反，根據本發(fā)明的探針11在末端的端部在時刻t1和t2之間穿入油/水前緣時立即提供令人滿意的測量信號。因此，根據本發(fā)明的探針11在這種條件下具有快速且穩(wěn)定的響應，因而即使在分散的多相條件下也允許精確的流體識別和水導電率測量。

前述附圖及其描述闡釋而非限制了本發(fā)明。

應當理解，本發(fā)明的實施例不局限于(離岸和陸上)油氣井，這是因為本公開的測量方法/探針/探測儀可以應用在研究多相流體性質的多種工業(yè)領域中，例如化學工業(yè)、航空工業(yè)等。此外，盡管一些實施例具有示出水平井眼的視圖，所述實施例還可以應用于豎直或傾斜井眼。在油田工業(yè)的框架下，本發(fā)明的所有實施例可以同等地應用于套管井和無套管井(裸井)，以及流體可以流動的其它類管道或設備(例如泵)。在其它類工業(yè)領域中，本發(fā)明的所有實施例可以直接地實施在流體介質中(即，不受管道的限制)。

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于產生信號的探針(11)，所述信號(u(t))表示在井(51)中流動的流體(10)的局部相組成(O，W)，其包括：電絕緣材料的本體(13)，所述本體具有末端(15)，所述末端適于與所述流體(10)接觸；至少兩個導電材料的電極(14a，14b，14c，14d)，所述電極相對于所述本體(13)的中心軸線(XX’)位于所述本體(13)中的相對兩側上并且相互絕緣，所述電極(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一側上的流體(10)。

2.根據權利要求1所述的探針(11)，其包括兩個電極(14a，14c)，所述兩個電極同時是激勵電極和檢測電極，所述電極(14a，14c)布置成連接到測量電路(20，20c，20d)，所述測量電路包括與測量模塊(22)并聯(lián)的激勵模塊(21)，由所述測量模塊(22)測量的所述電極中的信號(u(t))與表示接觸所述末端(15)的流體(10)的局部相組成(O，W)的電參數有關。

3.根據權利要求1所述的探針(11)，其包括第一對電極(14a，14c)和第二對電極(14b，14d)，所述第一對電極作為激勵電極操作并且位于第一平面(P1)中，所述第一平面與所述本體(13)的所述中心軸線(XX’)相交，所述第二對電極作為檢測電極操作并且位于第二平面(P2)中，所述第二平面與所述本體的所述中心軸線(XX’)相交并且相對于所述第一平面(P1)成一角度，所述第一對電極(14a，14c)布置成連接到激勵模塊(21)，所述第二對電極(14b，14d)布置成連接到測量模塊(22)。

4.根據權利要求2和3中的任意一項所述的探針(11)，其中，所述激勵模塊(21)包括通過第一分流電阻器(25a)連接到第一電極(14a)的第一交流電壓發(fā)生器(24a)，和通過第二分流電阻器(25b)連接到第二電極(14d)的第二交流電壓發(fā)生器(24b)，所述第一交流電壓發(fā)生器(24a)和所述第二交流電壓發(fā)生器(24b)產生反相的激勵信號(u1(t)，u2(t))。

5.根據權利要求1至4中的任意一項所述的探針(11)，其還包括金屬管(12)，所述金屬管包圍所述本體(13)并且作為護罩。

6.根據權利要求1至5中的任意一項所述的探針(11)，其中，每個電極(14a，14b，14c，14d)具有絕緣材料的護套。

7.根據權利要求1至6中的任意一項所述的探針(11)，其中，所述本體(13)的所述末端(15)呈圓錐形以便限定末端圓錐表面(16)，暴露于所述流體(10)的所述電極(14a，14b，14c，14d)的端部從所述本體(13)露出在所述末端圓錐表面(16)中、在末端端點(17)的側部。

8.根據權利要求1至6中的任意一項所述的探針，其中，所述本體(13)的所述末端(14)包括兩個平表面(16a，16b)，所述兩個平表面相對于所述本體(13)的所述中心軸線(XX’)成不同角度(β,θ)，暴露于所述流體(10)的所述電極(14a，14c)的端部從所述本體(13)露出在所述平表面(16a，16b)中、在末端端部線(17a)的側部。

9.根據權利要求1至8中的任意一項所述的探針(11)，其還包括光學元件(70)，所述光學元件位于所述本體(13)的中心部分中，所述光學元件(70)的端部部分形成所述探針的所述末端(15)的端部(17)。

10.根據權利要求1至9中的任意一項所述的探針(11)，其還包括電子板(80)，所述電子板連接到所述本體(13)并且與所述測量電路(20，20a，20b，20c，20d)和處理模塊(82)集成，以便在輸出電纜(83)上輸送數字測量結果。

11.一種適于沿著井(51)并在井內移位的測量探測儀(50，50a，50b)，其包括多個根據權利要求1至10中的任意一項所述的探針(11)，所述探針相對于所述測量探測儀(50，50a，50b)的中心軸線(YY’)位于成角度地分布的位置處。

12.根據權利要求11所述的測量探測儀(50，50a，50b)，其中，所述井(51)是油氣井，并且其中，所述測量探測儀(50，50a，50b)承載定中器(53)，所述多個探針(11)固定到所述定中器(53)。

13.一種信號產生方法，所述信號(u(t))表示在井(51)中流動的流體(10)的局部相組成(O，W)，所述方法包括以下步驟：

-將探針(11)插入在所述井(51)中，所述探針包括：電絕緣材料的本體(13)，所述本體具有末端(15)，所述末端適于與所述流體(10)接觸；至少兩個導電材料的電極(14a，14b，14c，14d)，所述電極相對于所述本體(13)的中心軸線(XX’)位于所述本體(13)中的相對兩側上并且相互絕緣，所述電極(14a，14b，14c，14d)具有端部，所述端部暴露于位于所述末端(15)的任一側上的流體(10)；

-將激勵信號(i(t))施加在兩個電極(14a，14b，14c，14d)上，所述電極是激勵電極；

-測量與表示接觸兩個電極(14a，14b，14c，14d)上的末端(15)的流體(10)的局部相組成的電參數有關的檢測信號(u(t))，所述電極是檢測電極。

14.一種根據權利要求13所述的信號產生方法的應用，其用于產生表示在油氣井中流動的多相流體(10)的局部相組成(O，W)的信號(u(t))。