一种井下石墨烯热传导温差法流量计及使用方法

技术领域

本发明涉及井下流体流量测量技术领域，主要涉及一种井下石墨烯热传导温差法流量计及使用方法。

背景技术

油藏进入高含水期后，非均质性严重，开展聚合物驱三次采油技术能有效提高油藏的采出程度，提高生产效率，从而达到控制含水率、治理无效循环的目的。聚合物驱用井下流量计需要满足注聚井或见聚井可分层测量、留有中心通道便于起下其他测调仪器、可靠耐用，测量精度高。而现有的电磁感应流量计、涡轮流量计、旋涡流量计、压差式流量计等在聚合物流体、井下高温、高压等复杂情况下，其测量精度和耐用性变得难以控制。此时，就需要适应能力更强、测量精度更高的流量探测方式。

CN 105952435A公开了一种适用于油水井井下的涡街流量计，井下液体流经直管与旋涡发生体产生稳定强烈的涡街场，探头内部采用分离型压电检测元件，当旋涡分离时，伴随产生的交变升力作用到探头下部，两压电元件受力变形会输出电荷信号，从而准确测得井下液体的流速。其缺点是涡街流量计占据了中心通道，无法起下其他测调仪。

CN 110455355A公开了一种注水井井下内流式电磁流量计，根据电磁感应原理，液体流经电磁流量计，通过切割磁力线形成电动势，从而换算得到被测介质的流量大小。

其缺点是井下电器元件多，长时间留井测试数据容易产生漂移，测量误差加大、寿命短。

CN 109696212B公开了一种小直径差压式流量计将原大直径小孔板的单只孔板流道管设计为小直径大孔板孔径的多支不同尺寸的孔板流道管，均匀环绕排布在环形空间内，电子差压传感器通过累加计算得到多支孔板流道管过流量之和，解决狭小空间流量测试难题，当充满管道的流体流经孔板时，将产生局部收缩，容易对聚合物产生剪切。

中国专利申请CN112212928A公开了一种井下全井眼热式流量测量装置，所述装置包括：本体，其置于被测流体中；加热器，其置于所述本体中，具有恒定发热功率，用于加热所述本体；参考温度传感器，其置于所述本体外被测流体中；多个测量温度传感器，其置于所述本体中不与所述加热器直接接触的位置；所述加热器发出的热量在所述本体中散热形成空间温度梯度，所述多个测量温度传感器分别位于所述温度梯度的不同等级区域；转换及供电装置，其用于将所述温度传感器取得的测量信号转换为流量值，并为所述加热器供电。该装置测量本体置于被测流体中，受井液物性制约较大，测量装置使用寿命短；没有中心通道，其他测试工具无法正常作业。

CN 203808979 U井下涡轮流量计通过电动机一直带动涡轮转动，当流体经过涡轮后，流体改变涡轮的转速，传感器通过交变信号的差异得到流体的流量。有效的避免了当小流量流体经过时涡轮不转动的情形，提高了井下涡轮流量计的测量精度。缺点是涡轮易被聚合物溶液、污垢铁锈卡死，导致测量不准，影响测试效果。

因此，对于聚合物驱用井下流量计还需进行改进。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种井下石墨烯热传导温差法流量计及使用方法，本发明所述流量计可用于分层测量，且测量精度高；采用本发明流量计可保持中心通道畅通，便于其它仪器的使用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明主要提供一种井下石墨烯热传导温差法流量计，包括两个转接头、两个电缆接头、两个隔热块、加热支架、石墨烯加热模块、若干个温度传感器、护壳、电路仓、温度传感器；第一转接头、第一电缆接头、第一隔热块、加热支架、第二隔热块、电路仓、第二电缆接头和第二转接头依次连接，并置于护壳内；石墨烯加热模块固定在加热支架上；若干个温度传感器分别安装在加热支架、电路仓和第二电缆接头上。所述隔热块的作用是隔绝加热部分热量通过金属管壁传导，避免增加温度传感器处的温度测量误差；电路仓主要用于安装各类电路板。

进一步地，所述流量计包括若干个石墨烯加热模块，若干个石墨烯加热模块组合形成环形加热带，固定在加热支架上。

进一步地，所述石墨烯加热模块包括绝缘隔热层、加热电极、保护电极、石墨烯层和导热层；石墨烯层涂敷在导热层表面，在石墨烯层两端设置加热电极，在石墨烯层一侧设置保护电极，绝缘隔热层覆盖在导热层含石墨烯层的一面。可对石墨烯加热模块进行恒温加热，也可进行脉冲加热。

进一步地，所述温度传感器呈线性排列。

进一步地，所述温度传感器为pt1000铂电阻温度传感器。

本发明还提供以上所述井下石墨烯热传导温差法流量计的使用方法，对所述流量计中石墨烯加热模块进行恒温加热和脉冲加热，根据在恒温加热和脉冲加热两种加热方式下计算得到的流量，获得流体流量。

进一步地，恒温加热条件下，流量Q计算公式为：

Q＝W/(CpρΔT)

式中，W为加热功率，Cp为比热容，ρ为流体密度，ΔT为微温差。

进一步地，脉冲加热条件下，流量Q计算公式为：

Q＝(L/Δt)*S

式中，L为两个深度点之间的距离，Δt为加热脉冲到峰值温度所经历的时间，S为管道横截面积。

采用热扩散和热脉冲相结合的方式，通过对石墨烯加热模块进行加热，使石墨烯对流体温度产生扰动，利用高精度温度传感器pt1000铂电阻温度传感器对不同位置处的温度进行实时测量，结合扩散时间和管道横截面积，可对井下流体流量进行识别，实现流量在线监测。具体来说：一方面对加热带施加脉冲激励，以产生热脉冲，加热带温度受流量影响而产生温度变化，可获得流量值；另一方面通过恒定加热，使缠绕在油管外的石墨烯环形加热带的温度高于所处位置的环境温度，并将热能传递到液体中，被加热后的流体以一定流速运动，在距离加热装置一定位置的L处测量流体温度变化也得到流量值。两种方法相互补充和校正，从而获得准确的流量。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明所述井下石墨烯热传导温差法流量计结构简单，可保持中心通道畅通，便于其它仪器的使用。

本发明所述流量计将若干个pt1000铂电阻温度传感器进行线性排列，可准确检测不同位置处的温度，在使用时，通过采用恒温加热方式和热脉冲加热方式两种加热方式，可获得更准确的流量。本发明所述流量计可用于分层测量。

附图说明

图1为井下石墨烯热传导温差法流量计的结构示意图；

图2为井下石墨烯热传导温差法流量计测量流程；

1.第一转接头、2.第一电缆接头、3.第一隔热块、4.加热支架、5.石墨烯加热模块、6.第一温度传感器、7.第二隔热块、8.护壳、9.第二温度传感器、10.电路仓、11.第三温度传感器、12.第二电缆接头、13.第二转接头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，所述井下石墨烯热传导温差法流量计包括第一转接头1、第一电缆接头2、第一隔热块3、加热支架4、石墨烯加热带5、第一温度传感器6、第一隔热块7、护壳8、第二温度传感器9、电路仓10、第三温度传感器11、第二电缆接头12、第二转接头13。

第一转接头1与第一电缆接头2连接，第一电缆接头2右端与第一隔热块3相连，第一隔热块3右端与加热支架4相连，加热支架4上设有石墨烯加热带5和第一温度传感器6，加热支架4右端与第二隔热块7相连，第二隔热块7右端与电路仓10相连，第二温度传感器9通过螺纹孔安装在电路仓10的基管上，电路仓10右端与第二电缆接头12相连，第三温度传感器11通过螺纹孔安装在第二电缆接头12上，第二电缆接头12右端与第二转换接头13相连，护壳8通过两端螺纹将第一电缆接头2、第一隔热块3、加热支架4、石墨烯加热带5、第一温度传感器6、第一隔热块7、护壳8、第二温度传感器9、电路仓10、第三温度传感器11、第二电缆接头12包裹起来。

第一隔热块3、第二隔热块7的作用是隔绝加热部分热量通过金属管壁传导，避免增加第一温度传感器6、第二温度传感器9和第三温度传感器11处的温度测量误差；

第一温度传感器6、第二温度传感器9和第三温度传感器11均采用pt1000铂电阻温度传感器，温度测量范围为-50℃～200℃，其阻值会随着温度的变化线性增长；三个温度传感器呈线性排列。

电路舱体10主要用于安装各类电路板，主要包括主控电路、信号采集电路和信号处理电路。

实施例2

与实施例1的区别在于，所述流量计包括10个pt1000铂电阻温度传感器，10个pt1000铂电阻温度传感器呈线性排列，其它均与实施例1相同。

实施例3

与实施例1的区别在于，所述流量计包括30个pt1000铂电阻温度传感器，30个pt1000铂电阻温度传感器呈线性排列，其它均与实施例1相同。

实施例4

实施例1所述井下石墨烯热传导温差法流量计的使用方法：

对所述流量计中石墨烯加热模块进行恒温加热和脉冲加热，恒温加热条件下，流量Q计算公式为：

Q＝W/(CpρΔT)

式中，W为加热功率，Cp为比热容，ρ为流体密度，ΔT为微温差。

脉冲加热条件下，流量Q计算公式为：

Q＝(L/Δt)*S

式中，L为两个深度点之间的距离，Δt为加热脉冲到峰值温度所经历的时间，S为管道横截面积。

根据在恒温加热和脉冲加热两种加热方式下计算得到的流量，获得流体流量，具体如图2所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。