油田注水井压力流量监控装置及方法

技术领域

本发明涉及一种石油工业压力测试装置及方法，特别涉及一种油田注水井压力流量监控装置及方法。

背景技术

在石油的开采过程中，向井下注水是一种采油的增产增效的有效措施，一直受到重视，在石油开采工艺中，井下数据的真实可靠性是至关重要的，但在注水工艺中，目前所采用的数据大都是根据地质而得到的一种“推测”数据，以及在注采是通过“注采实践”而得来的一种“实践”数据，一直没有采用电子测量技术直接获取井下注水时的压力和流量等测量与监控，产生这种现象的原因，主要是因为在注水中，需要的水的压力数值范围较大，比如从0-20兆帕，高压环境较为严重造成的，因为在高压环境会导致压力传感器等电子原元件设备的损坏。

因此，发明一种油田注水井压力流量监控装置及方法，来实现井下高压注水时的监控与测量，从而为油田生产提供直接的数据。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种油田注水井压力流量监控装置及方法，可以应用于注水井的直接测量压力数据和流量数据，并且保护了测试装置避免高压水的破坏。

本发明提到的一种油田注水井压力流量监控装置，其技术方案是：在注水井内通过封隔器实现多个油层的分隔，通过连接油管在各个油层处下入专用偏心配水器，其特征是：所述专用偏心配水器包括上接头（1）、测试注水嘴（2）、捕放开口槽（3）、密封缸套（4）、下接头（5）和配水器主体（6），所述配水器主体（6）的上端设有上接头（1），下端设有下接头（5），在配水器主体（6）中部的出水口（7）的一侧为偏心结构，偏心结构内设有测试注水嘴（2），在测试注水嘴（2）的下方设有捕放开口槽（3），捕放开口槽（3）的外侧设有密封缸套（4）；

所述测试注水嘴（2）包括捕捉调节头（2.1）、调节密封管（2.2）、注水嘴（2.3）、限流活塞（2.4）、测试密封套（2.5）、压力测试器（2.6）、进水嘴（2.7）、旋转轴（2.8）、流量感应球（2.9）、流量感触头（2.10）和注水嘴进水孔（2.11），所述进水嘴（2.7）的顶部设有注水嘴进水孔（2.11），在进水嘴（2.7）的下端连接测试密封套（2.5）的上端，测试密封套（2.5）的下端连接注水嘴（2.3），注水嘴（2.3）的下端连接调节密封管（2.2）；所述进水嘴（2.7）内腔设有流量感应球（2.9），流量感应球（2.9）沿着旋转轴（2.8）转动，流量感应球（2.9）的下方与流量感触头（2.10）配合测试流量；所述测试密封套（2.5）内腔设有压力测试器（2.6），注水嘴（2.3）的内腔安设捕捉调节头（2.1），通过调节注水嘴（2.3）的外壁上的注水孔的数量来控制注水量。

优选的，上述的压力测试器（2.6）包括初级测试仪（A）、初级测试仪载体（B）、次级测试仪（C）、次级测试仪载体（D）、流量测试载体（E），所述的初级测试仪载体（B）的上端连接次级测试仪载体（D），次级测试仪载体（D）的上端连接流量测试载体（E），所述的初级测试仪（A）安装在初级测试仪载体（B）内，所述次级测试仪（C）安装在次级测试仪载体（D）内，所述流量测试载体（E）内安装流量感触头（2.10）。

优选的，上述的初级测试仪载体（B）内设有活塞挡板（b1）、定压屏蔽活塞（b2）、定压弹簧（b4）、初级测压孔（b9），所述初级测试仪载体（B）的内壁设有台阶，台阶的上侧设有初级测压孔（b9），初级测压孔（b9）的上侧安装初级测试仪（A），台阶的下侧安装定压弹簧（b4）和定压屏蔽活塞（b2），所述初级测试仪载体（B）的底部设有活塞挡板（b1），活塞挡板（b1）的中心设有初级进液通道（b10）。

优选的，上述的定压屏蔽活塞（b2）的底部设有球座挡板（b6），所述球座挡板（b6）的中心设有通液孔（b6.1）；在定压屏蔽活塞（b2）的下侧外壁设有凸台，用于与初级测试载体内壁的台阶配合；所述的定压屏蔽活塞（b2）的内腔安设次级测量活塞（b3）和次定压弹簧（b5），所述次级测量活塞（b3）的下侧通过密封圈与定压屏蔽活塞（b2）的下侧内壁配合，定压屏蔽活塞（b2）的上侧内壁的内径大于下侧内壁的内径，在定压屏蔽活塞（b2）在高于10兆帕压力时向上移动到定压屏蔽活塞（b2）的上侧内壁时，使定压屏蔽活塞（b2）与次级测量活塞（b3）之间形成过液间隙，高压液体可以穿过过液间隙和隔压挡板，进而被次级测试仪（C）测试数据。

优选的，上述的次级测量活塞（b3）的中部设有泄压通道，并在泄压通道处安设泄压弹簧（b7）和初级泄压球（b8）。

优选的，上述次级测试仪载体（D）内腔安装次级定压屏蔽活塞（d1）、测试仪定位活塞（d2）、次级定压弹簧（d3）、隔压挡板（d4）、次级测压孔（d5），所述的次级测试仪载体（D）的侧壁上设有凹槽，在凹槽内通过测试仪定位活塞（d2）安装次级测试仪（C），测试仪定位活塞（d2）的上侧通过次级定压弹簧（d3）与次级定压屏蔽活塞（d1）接触配合；在次级测试仪载体（D）的侧壁上设有次级测压孔（d5），次级测压孔（d5）的一端连通在次级测试仪载体（D）内腔，另一端连通在次级测试仪（C），隔压挡板（d4）安装在次级测试仪载体（D）的下端。

优选的，上述的隔压挡板（d4）上设有次级进液球（6.1）、次级泄压球（6.2）、次级泄压挡板（6.4）、次级固定泄压弹簧（6.5）、次级进液挡板（6.6）、次级固定进液弹簧（6.7），所述次级进液球（6.1）、次级进液挡板（6.6）、次级固定进液弹簧（6.7）组成单向的次级进液通道，次级固定进液弹簧（6.7）的下端连接次级进液球（6.1），上端连接次级进液挡板（6.6）；所述次级泄压球（6.2）、次级泄压挡板（6.4）和次级固定泄压弹簧（6.5）组成单向的次级泄压通道。

优选的，上述流量测试载体（E）包括测试电源（e1）、测试连接线（e2）、存储器（e3）、感应器（e4）、受压活塞（e5）、震动弹簧（e6），所述受压活塞（e5）的下侧内腔安装测试电源（e1）、测试连接线（e2）、存储器（e3）、感应器（e4），所述受压活塞（e5）的上侧通过震动弹簧（e6）连接流量感触头（2.10），通过流量感触头（2.10）与流量感应球（2.9）的配合实现计量。

优选的，上述流量感应球（2.9）的中部设有轴心孔（2.9.1），在流量感应球（2.9）的球形外壁上设有多个水平方向的过液计量槽（2.9.2），通过进水嘴（2.7）的外壁安装旋转轴（2.8），高压液体推动多个过液计量槽（2.9.2），使流量感应球（2.9）可以绕旋转轴（2.8）旋转。

优选的，上述流量感应球（2.9）的外形为圆形结构或椭圆形结构。

优选的，上述捕放开口槽（3）的长度大于测试注水嘴（2）的长度。

本发明提到的油田注水井压力流量监控装置的使用方法，包括以下过程：

第一步，将测试注水嘴（2）组装完毕，将其安装在专用偏心配水器的偏心结构处，其中，捕捉调节头（2.1）安装在捕放开口槽（3）处，注水嘴（2.3）对应在配水器主体（6）中部的出水口（7），进水嘴（2.7）与专用偏心配水器的内腔连通，高压水沿着进水嘴（2.7）进入测试注水嘴（2），通过测试注水嘴（2）内安装的流量感应球（2.9）、流量感触头（2.10）及压力测试器（2.6）实现流量和压力的测试和存储，然后，通过测试注水嘴（2）的注水嘴（2.3）将高压水沿着出水口（7）注入到相应的油层内；

其中，在高压水沿着进水嘴（2.7）的注水嘴进水孔（2.11）进入测试注水嘴（2）时，高压水喷射在流量感应球（2.9）上的过液计量槽（2.9.2），带动流量感应球（2.9）旋转，流量感应球（2.9）的下方的流量感应触头（2.10）通过震动弹簧（e6）连接在受压活塞（e5），感应器（e4）获得数据从而实现流量的测试和存储；

第二步，经过流量测试的高压水再沿着测试密封套的内壁进入到压力测试器（2.6），压力测试器（2.6）包括初级测试仪（A）和次级测试仪（C），在高压水的压力为0-10兆帕时，高压水沿着活塞挡板（b1）中心的初级进液通道（b10）进入初级测试载体（B）中，再通过初级测压孔（b9）后被初级测试仪（A）测量并存储；在高压水的压力在10-20兆帕时，初级测试载体（B）的初级测压孔（b9）被关闭，使初级测试载体（B）被保护，高压水会穿过隔压挡板（d4）进入次级测试仪（C）进行测量并存储；

第三步，当上述高压水停止注入时，这时，隔压挡板（d4）设置的次级泄压球和次级测压活塞上设有的初级泄压球（b8）打开释放压力；然后，打捞测试注水嘴（2）时，可以在捕放开口槽（3）操作，将捕捉调节头（2.1）向下拔出，再沿着连接油管取出到地面井口，再进行对初级测试仪（A）、次级测试仪（C）和流量测试中的存储器（e3）进行数据分析。

优选的，上述的第二步的详细测试过程如下：

在高压水的压力为0-10兆帕时，高压水沿着初级测压孔（b9）进入初级测试载体（B），初级测试仪（A）对高压水进行压力测量和存储；当高压水的压力大于10兆帕时，定压屏蔽活塞（b2）推动着定压弹簧（b4）向上移动，将初级测压孔（b9）封堵住，避免高压水进入初级测试载体（B）内，保护了初级测试仪（A）；随着高压水的压力继续增大，高压水沿着定压屏蔽活塞（b2）上的球座挡板（b6）中心的通液孔（b6.1），进而推动次级测量活塞（b3）向上移动；

由于次级测量活塞（b3）的下侧通过密封圈与定压屏蔽活塞（b2）的下侧内壁配合，定压屏蔽活塞（b2）的上侧内壁的内径大于下侧内壁的内径，在定压屏蔽活塞（b2）在高于10兆帕压力时向上移动到定压屏蔽活塞（b2）的上侧内壁时，使定压屏蔽活塞（b2）与次级测量活塞（b3）之间形成过液间隙，高压水可以穿过过液间隙，并且使隔压挡板（d4）的次级进液通道开启，高压水再沿着次级测压孔（d5）进入次级测试仪（C），测量的高压水的压力范围在10-20兆帕范围。

优选的，当高压水的压力大于20兆帕时，次级定压屏蔽活塞（d1）会挤压次级定压弹簧（d3），直至将次级测压孔（d5）的入口堵塞，从而保护了次级测试仪（C）不再受高于20兆帕的压力破坏。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

首先，流量测试是通过高压水带动流量感应球旋转，再通过流量感触头的触碰，结合流量感应球旋转的角度及圈数，可以获得流量的计量；另外，由流量感触头的形状可知流量感触头可以感受到的面积本身就小，再加上流量感应球的压力阻碍作用，使得压力影响进一步减小，而流量的测定则是由流量感应球旋转的角度（即度数）来计量的，而且是量化的一份一份的；

其次，压力测量是通过初级测试仪和次级测试仪组合分级进行测量，由于传感器、存储器等电子元器件不耐高压，之所以可以在本发明的注水井上实现应用，其原因有两个：一是环境比较复杂，有些电子元件无法达到，通过屏蔽保护可以避免了电子元件受到压力的损坏；二是测量精度，由于分级的实施，使得测量数据更为准确，而且，本发明如果需要得到更加精确的测量值时，还可以再进一步分级设计；

另外，测量与过液的分离保证了测压系统的稳定性，由于得到的压力数据较为稳定，使为压力与流量的参数相对照提供了稳定的基础；

本发明扩大了电子技术的应用范围，电子元件的使用条件比较严格，在本发明中，巧妙地应用屏蔽保护的方法，将其应用扩大到了油田高压注水领域，而且测量数据准确，实现了压力流量的监控。

附图说明

图1是偏心配水器下入井下的示意图；

图2是偏心配水器的结构示意图；

图3是测试注水嘴的结构示意图；

图4是压力测试器的结构示意图；

图5是一种流量感应球的外形示意图；

图6是另一种流量感应球的纵向剖面图；

图7是初级测试仪、次级测试仪及存储器的监控测量的曲线图；

上图中：连接油管I、上层封隔器II、第一专用偏心配水器III、下层封隔器IV、第二专用偏心配水器V、盲堵VI、套管VII，

上接头1、测试注水嘴2、捕放开口槽3、密封缸套4、下接头5和配水器主体6，

捕捉调节头2.1、调节密封管2.2、注水嘴2.3、限流活塞2.4、测试密封套2.5、压力测试器2.6、进水嘴2.7、旋转轴2.8、流量感应球2.9、流量感触头2.10和注水嘴进水孔2.11，

活塞挡板b1、定压屏蔽活塞b2、次级测量活塞b3、定压弹簧b4、次定压弹簧b5、球座挡板b6、泄压弹簧b7、初级泄压球b8、初级测压孔b9和初级进液通道b10，

初级测试仪A、初级测试仪载体B、次级测试仪C、次级测试仪载体D、流量测试载体E，次级进液球6.1、次级泄压球6.2、次级泄压挡板6.4、次级固定泄压弹簧6.5、次级进液挡板6.6、次级固定进液弹簧6.7、

次级定压屏蔽活塞d1、测试仪定位活塞d2、次级定压弹簧d3、隔压挡板d4、次级测压孔d5；

测试电源e1、测试连接线e2、存储器e3、感应器e4、受压活塞e5、震动弹簧e6；

轴心孔2.9.1、过液计量槽2.9.2。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照图1-6，本发明提到的一种油田注水井压力流量监控装置，在注水井的套管VII内通过上层封隔器II和下层封隔器IV实现两个油层的分隔，通过连接油管I在第一个油层处下入第一专用偏心配水器III，在第二个油层处下入第二专用偏心配水器V，连接油管I的底部设有盲堵VI，所述专用偏心配水器包括上接头1、测试注水嘴2、捕放开口槽3、密封缸套4、下接头5和配水器主体6，所述配水器主体6的上端设有上接头1，下端设有下接头5，在配水器主体6中部的出水口7的一侧为偏心结构，偏心结构内设有测试注水嘴2，在测试注水嘴2的下方设有捕放开口槽3，捕放开口槽3的外侧设有密封缸套4；

参照图3，测试注水嘴2包括捕捉调节头2.1、调节密封管2.2、注水嘴2.3、限流活塞2.4、测试密封套2.5、压力测试器2.6、进水嘴2.7、旋转轴2.8、流量感应球2.9、流量感触头2.10和注水嘴进水孔2.11，所述进水嘴2.7的顶部设有注水嘴进水孔2.11，在进水嘴2.7的下端连接测试密封套2.5的上端，测试密封套2.5的下端连接注水嘴2.3，注水嘴2.3的下端连接调节密封管2.2；所述进水嘴2.7内腔设有流量感应球2.9，流量感应球2.9沿着旋转轴2.8转动，流量感应球2.9的下方与流量感触头2.10配合测试流量；所述测试密封套2.5内腔设有压力测试器2.6，注水嘴2.3的内腔安设捕捉调节头2.1，通过调节注水嘴2.3的外壁上的注水孔的数量来控制注水量。

参照图4，压力测试器2.6包括初级测试仪A、初级测试仪载体B、次级测试仪C、次级测试仪载体D、流量测试载体E，所述的初级测试仪载体B的上端连接次级测试仪载体D，次级测试仪载体D的上端连接流量测试载体E，所述的初级测试仪A安装在初级测试仪载体B内，所述次级测试仪C安装在次级测试仪载体D内，所述流量测试载体E内安装流量感触头2.10。

优选的，上述的初级测试仪载体B内设有活塞挡板b1、定压屏蔽活塞b2、定压弹簧b4、初级测压孔b9，所述初级测试仪载体B的内壁设有台阶，台阶的上侧设有初级测压孔b9，初级测压孔b9的上侧安装初级测试仪A，台阶的下侧安装定压弹簧b4和定压屏蔽活塞b2，所述初级测试仪载体B的底部设有活塞挡板b1，活塞挡板b1的中心设有初级进液通道b10。

优选的，上述的定压屏蔽活塞b2的底部设有球座挡板b6，所述球座挡板b6的中心设有通液孔b6.1；在定压屏蔽活塞b2的下侧外壁设有凸台，用于与初级测试载体内壁的台阶配合；所述的定压屏蔽活塞b2的内腔安设次级测量活塞b3和次定压弹簧b5，所述次级测量活塞b3的下侧通过密封圈与定压屏蔽活塞b2的下侧内壁配合，定压屏蔽活塞b2的上侧内壁的内径大于下侧内壁的内径，在定压屏蔽活塞b2在高于10兆帕压力时向上移动到定压屏蔽活塞b2的上侧内壁时，使定压屏蔽活塞b2与次级测量活塞b3之间形成过液间隙，高压液体可以穿过过液间隙和隔压挡板，进而被次级测试仪C测试数据。

优选的，上述的次级测量活塞b3的中部设有泄压通道，并在泄压通道处安设泄压弹簧b7和初级泄压球b8。

优选的，上述次级测试仪载体D内腔安装次级定压屏蔽活塞d1、测试仪定位活塞d2、次级定压弹簧d3、隔压挡板d4、次级测压孔d5，所述的次级测试仪载体D的侧壁上设有凹槽，在凹槽内通过测试仪定位活塞d2安装次级测试仪C，测试仪定位活塞d2的上侧通过次级定压弹簧d3与次级定压屏蔽活塞d1接触配合；在次级测试仪载体D的侧壁上设有次级测压孔d5，次级测压孔d5的一端连通在次级测试仪载体D内腔，另一端连通在次级测试仪C，隔压挡板d4安装在次级测试仪载体D的下端。

优选的，上述的隔压挡板d4上设有次级进液球6.1、次级泄压球6.2、次级泄压挡板6.4、次级固定泄压弹簧6.5、次级进液挡板6.6、次级固定进液弹簧6.7，所述次级进液球6.1、次级进液挡板6.6、次级固定进液弹簧6.7组成单向的次级进液通道，次级固定进液弹簧6.7的下端连接次级进液球6.1，上端连接次级进液挡板6.6；所述次级泄压球6.2、次级泄压挡板6.4和次级固定泄压弹簧6.5组成单向的次级泄压通道。

优选的，上述流量测试载体E包括测试电源e1、测试连接线e2、存储器e3、感应器e4、受压活塞e5、震动弹簧e6，所述受压活塞e5的下侧内腔安装测试电源e1、测试连接线e2、存储器e3、感应器e4，所述受压活塞e5的上侧通过震动弹簧e6连接流量感触头2.10，通过流量感触头2.10与流量感应球2.9的配合实现计量。

参照图6，上述流量感应球2.9的中部设有轴心孔2.9.1，在流量感应球2.9的球形外壁上设有多个水平方向的过液计量槽2.9.2，通过进水嘴2.7的外壁安装旋转轴2.8，高压液体推动多个过液计量槽2.9.2，使流量感应球2.9可以绕旋转轴2.8旋转。

优选的，上述流量感应球2.9的外形为圆形结构或椭圆形结构，上述捕放开口槽3的长度大于测试注水嘴2的长度。

本发明提到的油田注水井压力流量测试装置的使用方法，包括以下过程：

第一步，将测试注水嘴2组装完毕，将其安装在专用偏心配水器的偏心结构处，其中，捕捉调节头2.1安装在捕放开口槽3处，注水嘴2.3对应在配水器主体6中部的出水口7，进水嘴2.7与专用偏心配水器的内腔连通，高压水沿着进水嘴2.7进入测试注水嘴2，通过测试注水嘴2内安装的流量感应球2.9、流量感触头2.10及压力测试器2.6实现流量和压力的测试和存储，然后，通过测试注水嘴2的注水嘴2.3将高压水沿着出水口7注入到相应的油层内；

其中，在高压水沿着进水嘴2.7的注水嘴进水孔2.11进入测试注水嘴2时，高压水喷射在流量感应球2.9上的过液计量槽2.9.2，带动流量感应球2.9旋转，流量感应球2.9的下方的流量感应触头2.10通过震动弹簧e6连接在受压活塞e5，感应器e4获得数据从而实现流量的测试和存储；

第二步，经过流量测试的高压水再沿着测试密封套的内壁进入到压力测试器2.6，压力测试器2.6包括初级测试仪A和次级测试仪C，在高压水的压力为0-10兆帕时，高压水沿着活塞挡板b1中心的初级进液通道b10进入初级测试载体B中，再通过初级测压孔b9后被初级测试仪A测量并存储；在高压水的压力在10-20兆帕时，初级测试载体B的初级测压孔b9被关闭，使初级测试载体B被保护，高压水会穿过隔压挡板d4进入次级测试仪C进行测量并存储；

第三步，当上述高压水停止注入时，这时，隔压挡板d4设置的次级泄压球和次级测压活塞上设有的初级泄压球b8打开释放压力；然后，打捞测试注水嘴2时，可以在捕放开口槽3操作，将捕捉调节头2.1向下拔出，再沿着连接油管取出到地面井口，再进行对初级测试仪A、次级测试仪C和流量测试中的存储器e3进行数据分析。

其中，上述的第二步的详细测试过程如下：

在高压水的压力为0-10兆帕时，高压水沿着初级测压孔b9进入初级测试载体B，初级测试仪A对高压水进行压力测量和存储；当高压水的压力大于10兆帕时，定压屏蔽活塞b2推动着定压弹簧b4向上移动，将初级测压孔b9封堵住，避免高压水进入初级测试载体B内，保护了初级测试仪A；随着高压水的压力继续增大，高压水沿着定压屏蔽活塞b2上的球座挡板b6中心的通液孔b6.1，进而推动次级测量活塞b3向上移动；

由于次级测量活塞b3的下侧通过密封圈与定压屏蔽活塞b2的下侧内壁配合，定压屏蔽活塞b2的上侧内壁的内径大于下侧内壁的内径，在定压屏蔽活塞b2在高于10兆帕压力时向上移动到定压屏蔽活塞b2的上侧内壁时，使定压屏蔽活塞b2与次级测量活塞b3之间形成过液间隙，高压水可以穿过过液间隙，并且使隔压挡板d4的次级进液通道开启，高压水再沿着次级测压孔d5进入次级测试仪C，测量的高压水的压力范围在10-20兆帕范围。

另外，当高压水的压力大于20兆帕时，次级定压屏蔽活塞d1会挤压次级定压弹簧d3，直至将次级测压孔d5的入口堵塞，从而保护了次级测试仪C不再受高于20兆帕的压力破坏，具体曲线图可以参照图7，显示了初级测试仪、次级测试仪及存储器的监控测量的曲线图，一方面通过屏蔽保护可以避免了电子元件受到压力的损坏；另一方面由于分级实施保护，使得测量数据更为准确。

实施例2，本发明提到的一种油田注水井压力流量监控装置，与实施例1不同之处是：

参照图5，上述流量感应球2.9的中部设有轴心孔2.9.1，在流量感应球2.9的球形外壁上设有2-8条水平方向的过液计量槽2.9.2，通过进水嘴2.7的外壁安装旋转轴2.8，高压液体推动多个过液计量槽2.9.2，使流量感应球2.9可以绕旋转轴2.8旋转。

另外，上述流量感应球2.9的外形还可以设计为椭圆形结构只要在高压水的带动下，可以旋转就可以实现本发明的流量测量功能。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。