小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计。该专利由中国石油化工股份有限公司申请，并于2017年7月4日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及石油开采中使用的井下生产测试技术领域，特别是涉及一种小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计。

发明背景

二氧化碳（CO2）驱已经成为国内外油田开发一种重要接替技术，它不但能提高油田采收率，还有利于CO2减排，保护环境，因此得到了各油田的重视和应用。目前井下注CO2都是采用的多油层合注工艺。由于油藏的非均质性，地质学家提出了分层注气的要求。对于多薄油层的分注来说，各层的配注量可能很小。CO2在井下处于超临界状态，其粘度接近气体的粘度。小流量和低粘度给井下分层测试带来了困难。

可以借鉴的测试技术是井下分层注水技术中使用的测试流量计。井下分层注水测试多使用电磁式流量计，由于CO2和水的导电特性不同，电磁式流量计不能用于测量CO2的流量。

也有使用井下涡街流量计进行分层注水测试的。中国专利局2007年12月26日授权了一种“小排量集流井下涡街流量计”，其专利申请日是2006年12月21日，专利申请号是200620166863 .7，该专利公开的流量计是在本体上设置两个通道，水从其中一个通道流过进行测试。该技术若用于测试超临界CO2的流量会存在三个问题：一是，涡街流量计的测试探头测得的是流体的流速，需要经过结合密封计算才能得到流体的质量流量或标况气体流量，但超临界二氧化碳的密度受温度和压力的影响变化很大，如果没有在流量测试探头附近获得准确的温度和压力，就不能测得准确的CO2流量。二是，涡街流量计的流道的横截面一般是圆形的，这种形状的流道用于测量较低流量（如0 .2吨/小时）的超临界二氧化碳时，其阻流体产生的旋涡很弱，测试探头难以测到信号。三是，集流流量计在测试时需要有密封件密封流量计本体与流道的环空，如果仅使用密封圈来密封，密封圈下下井的过程中很容易被损伤。

发明内容

为解决上述技术问题，发明了小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，该发明的流量计能够实现准确测量井下小流量超临界CO2，并能提高测试成功率。

本发明采用了如下的技术方案：小流量超临界二氧化碳井下涡街流量计，测量短节本体上部设线路板仓，线路板安装在线路板仓内，测量短节本体下部于线路板仓以下设平行轴向电缆道和内流道，电缆安装在电缆道内，内流道侧壁设置阻流体和旋涡探头，内流道上端设进气孔，在进气孔和阻流体之间于内流道侧壁设置温度探头和压力探头；内流道的横截面呈近椭圆形；密封短节连接在测量短节以下，密封短节本体上同样设有平行轴向电缆道和内流道，且与测量短节的电缆道和内流道相通；密封短节的内流道下端设出气孔；密封短节本体下部设电机仓，电机固定在电机仓的顶部，电机驱动传动轮，传动轮设外螺纹，电机仓侧壁设长条形导孔，电机仓内设螺纹套，螺纹套从内部密封导孔，螺纹套设内螺纹并与传动轮的外螺纹相配合；密封短节外部设台阶并套有密封环，密封环以下设挤压套套在密封短节外，挤压套与螺纹套通过连接筋相固定。

优选实施例，内流道的横截面有两条平行的边，两端呈半圆形，横截面的长宽比为2 .0～2 .8。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面，由于采用了横截面为近椭圆形的特殊流道，使得涡街旋涡发生体产生的旋涡信号增强，更有利于小流量CO2的测量。另一方面，在本发明的流量计的外周设置了密封环，实现了集流测试，也就是所有的CO2流量都是经过了内流道向下流动，较外流式、非集流式的测试方法来讲，本发明从流动方式上加强了小流量的CO2测量。第三，在内流道于旋涡探头附近设置压力与温度探头，是在旋涡探头最近的距离上测得的流经旋涡探头的CO2的温度和压力，用这样测得的流速、温度与压力来计算CO2的质量流量更加准确。第四，密封环在常态下其外径较密封短节的外径小，下井过程不会被损伤，用于提高测试成功率。