[发明专利]井下流体感应装置及使用该装置的流体流速测量系统

说明书

技术领域

本发明是关于流体流速监测技术，特别是关于石油工业领域的流体流速测量技术，具体的讲是一种井下流体感应装置及使用该装置的流体流速测量系统。

背景技术

流体的流速/流量是日常生活、工业生产过程、能源计量及环境保护监测中一个重要参量。目前常用的流速/流量传感计有容积式流量计、涡街流量计、涡轮流量计、电磁流速仪、超声波流速仪及声学多普勒流速仪等。这些流速/流量传感计都有各自的特点和适用范围，在日常生活及工业生产中已经得到了广泛的应用，但是这些流速/流量传感计也有一定局限性，如容积式流量计体积庞大，不适合高温低温场合，电磁流速仪和声学多普勒流速仪虽然测量精度较高，但容易受电磁波干扰，而且成本也高。

流速/流量传感计在推动工农业发展过程中所扮演的重要角色，因此其自问世以来便受到了高度重视。如今随着现代工农业的快速发展，一些特殊领域，如石油工业的上游勘探开发领域对于流体流速仪的要求就极为苛刻，因为地下几千米的油气井不但空间有限而且环境条件非常恶劣，由于目前常用的流速/流量传感计体积大，易受电磁干扰的局限性，因此目前常用的流速/流量传感计无法应用。

因此，如何开发出一种新的流体流速测量装置，其能够适应石油工业上游勘探开发领域，在地下几千米油气井的有限空间和高温、高压环境条件下实现精确的流体流速测量是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种井下流体感应装置及使用该装置的流体流速测量系统，利用光栅感测管内流体流动时对管壁施加的压力，流体流速不同，对管壁施加的压力也不同，进而根据这一压力差求得管内流体流速，解决现有技术中的流速仪易受干扰、体积大、测量精度低的问题。

本发明的一个实施例中，提供一种井下流体感应装置，其中，该井下流体感应装置包括：文丘里管，用于导引井下流体，所述文丘里管具有一入口段和一喉道段，所述入口段的直径大于所述喉道段的直径；导压管，与所述文丘里管连接；隔板，设置于所述导压管中心；第一弹簧，设置于所述隔板左侧，一端与所述隔板连接，另一端与一第一活塞连接，流体在所述入口段的压力通过所述第一活塞作用于所述第一弹簧；第二弹簧，对称设置于所述隔板右侧，一端与所述隔板连接，另一端与一第二活塞连接，流体在所述喉道段的压力通过所述第二活塞作用于所述第二弹簧；第一光栅，一端与所述隔板连接，另一端与所述第一活塞连接，所述第一光栅在所述第一弹簧弹力和所述入口段流体压力的共同作用下始终处于拉伸状态，所述第一光栅接收一入射光，并反射出一第一反射光；以及第二光栅，一端与所述隔板连接，另一端与所述第二活塞连接，所述第二光栅在所述第二弹簧弹力和所述喉道段流体压力的共同作用下始终处于拉伸状态，所述第二光栅接收所述入射光，并反射出一第二反射光。

本发明的另一实施例中，提供一种流体流速测量系统，其中，该流体流速测量系统包括上述实施例中的井下流体感应装置，该流体流速测量系统还包括激光光源、光栅解调仪和处理装置，所述激光光源与所述井下流体感应装置连接，所述激光光源用于发射所述入射光；所述光栅解调仪与所述井下流体感应装置连接，所述光栅解调仪用于解调所述第一反射光得到一第一反射光谱，并解调所述第二反射光得到一第二反射光谱；所述处理装置与所述光栅解调仪连接，所述处理装置用于根据所述第一反射光谱和所述第二反射光谱确定所述文丘里管入口段处的流体流速。

本发明提供一种井下流体感应装置及使用该装置的流体流速测量系统，将文丘里管和光栅进行了有机结合，利用光栅感测文丘里管内流体流动时对管壁施加的压力，文丘里管内流体流速不同，对管壁施加的压力也不相同，流体对管壁施加的压力最终施加到光栅上，光栅受到的力不同，通过光栅的激光的反射光谱峰值波长的长度也不相同，从而根据反射光谱峰值波长的长度得出这一压力差，再根据这一压力差利用伯努利方程求得管内流体流速，该井下流体感应装置具有结构简单、安装方便、成本低廉，抗电磁干扰、工作可靠，测量精度高，占用空间小，能长时间在高温、高压、噪声、强腐蚀等恶劣环境下工作等优点。

附图说明

图1为本发明的井下流体感应装置的结构示意图。

图2为本发明井下流体感应装置的一优选结构示意图。

图3为本发明井下流体感应装置的文丘里管的结构示意图。

图4为本发明井下流体感应装置的导压管的内部结构示意图。

图5为本发明流体流速测量系统的结构示意图。

图6为本发明流体流速测量系统的处理装置的结构示意图。

符号说明：

1第一光栅

2第二光栅