阅读说明：本技术 一种井下高温高压流体识别传感器及其检测装置 (Underground high-temperature high-pressure fluid identification sensor and detection device thereof ) 是由 董经利 孙峰 苏佰顺 卢玉晓 丁世村 闫永平 刘书民 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种井下高温高压流体识别传感器及其检测装置。井下高温高压流体识别传感器,包括承压金属筒状机构壳体、接线端和环状电极阵列电极阵列,壳体为外周边设置密封件；接线端和环状电极阵列通过绝缘陶瓷体分别设置在壳体的两个对应端。检测装置,包括基体、探头组件、电路板和前述的井下高温高压流体识别传感器。本发明整体结构简单,适用性强,能够承受更高温度和压力；合理设置电极环间距,使测量结果稳定、准确。配套的检测装置可以方便对被测流体进行实验性或实质性检测。(The invention relates to a downhole high-temperature high-pressure fluid identification sensor and a detection device thereof. The underground high-temperature high-pressure fluid identification sensor comprises a pressure-bearing metal cylindrical mechanism shell, a wiring terminal and an annular electrode array, wherein a sealing element is arranged on the periphery of the shell; the terminal and the annular electrode array are respectively arranged at two corresponding ends of the shell through the insulating ceramic body. The detection device comprises a base body, a probe assembly, a circuit board and the underground high-temperature high-pressure fluid identification sensor. The invention has simple integral structure and strong applicability, and can bear higher temperature and pressure; the electrode ring spacing is reasonably set, so that the measurement result is stable and accurate. The matched detection device can be used for conveniently carrying out experimental or substantial detection on the detected fluid.)

一种井下高温高压流体识别传感器及其检测装置

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是涉及油气储层中水、油、气检测的一种井下高温高压流体识别传感器及其检测装置。

背景技术

油气层钻井中途测试仪是第三代地层测试器，通过循环泵抽，实现地层压力测量和原状地层流体取样。通过不断抽吸地层流体，实时判断地层流体性质，分辨出地层流体属于水、油、气或几者的混合物，判断出地层流体性质且保持稳定后，再进行原状地层流体取样。目前油气层钻井中途测试仪具有含水率、电导率及密度传感器这三种常规地层流体识别传感器，用于判断地层流体性质。例如：

中国专利CN102080540B提供一种可以挂接在地层测试器上且工作性能稳定的《地层测试器光谱流体识别短节》。其包括：基体，所述基体内设置有并联的第一管线与第二管线，所述第一管线上连接设置有光谱流体识别传感器，所述第一管线与第二管线上设置有控制所述第一管线与第二管线通断的控制结构；上接头与下接头，所述上接头与下接头均为串接地层测试器的接头，所述上接头与下接头分别设置在所述基体两端，所述上接头与下接头内均设置 有连通所述第一管线与第二管线的样品通道；所述基体、上接头与下接头内均设置有连接地层测试器总线的线缆，所述光谱流体识别传感器连接所述线缆。所述控制结构包括：第一双向液控阀，所述第一双向液控阀连接设置在所述第一管线上；第二双向液控阀，所述第二双向液控阀连接设置在所述第二管线上；第一电磁阀，所述第一电磁阀通讯连接所述第一双向液控阀，并控制所述第一双向液控阀动作；第二电磁阀，所述第二电磁阀通讯连接所述第二双向液控阀，并控制所述第二双向液控阀动作；第三电磁阀，所述第三电磁阀同时通讯连接所述第一双向液控阀与第二双向液控阀，并同时控制所述第一双向液控阀与第二双向液控阀动作；所述第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀均挂接在所述线缆上。该发明具有：1、本发明采用上接头与下接头，直接将基体挂接在地层测试器上，可直接进行流体测试，提高了工作效率； 2、采用光谱流体识别传感器进行流体测试，可靠性、稳定性高，且光谱流体识别传感器为单独集成单元，可实现从传感器短节上快捷安装、拆卸和维护；3、结构简单、测试可靠且测试精度高。

但是该发明较常规的地层流体识别传感器虽然具备上述特点，但是仍然存在在高温高压下的工作性能不稳定，有较大误差的问题。

中国专利CN204357430U本发明公开了一种《石油测井流体的电阻电导率传感器》，包括呈柱体结构的外壳，所述外壳的两端设有用于密封所述外壳内部液体的水密机构，所述外壳内部还设有用于测量电阻率的电极机构、用于测量电导率的感应线圈机构，以及用于调节所述外壳内部液体压力的压力补偿机构。该发明提供的石油测井流体的电阻电导率传感器，当导流通道内部流体压力增大时，压力补偿机构可以通过向电阻电导率传感器外壳内部的液体加压，使其内部压力与导流通道内部压力持平，从而保证导流通道内外压力一致，有效地保证了电极机构和感应线圈机构在测量过程中测量数值的准确性。

该发明尽管解决了传感器的承压问题，但是其机构复杂，且对于高温流体条件下能否保持测量精度有待验证。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单、在高温高压下测试误差小的井下高温高压流体识别传感器及其检测装置。

其技术方案如下：

一种井下高温高压流体识别传感器，包括壳体、接线端和电极阵列，所述电极阵列为环状电极阵列；所述壳体为承压金属筒状机构，外周边设置密封槽，密封槽内设置密封件；所述接线端和电极阵列分别设置在壳体的两个对应端，并通过绝缘陶瓷体相对固定在对应壳体端面。

上述方案还包括：所述环状电极阵列包括发射电极AO、第一测量电极M1、第二测量电极M2、回流电极A1，其中，发射电极A0位于中心，第二圈为第一测量电极M1，第三圈为第二测量电极M2，最外圈为回流电极A1。

所述接线端为插针阵列，包括插针A、插针B、插针C、插针D、插针E，其中插针A连接到发射电极AO，插针B连接到第一测量电极M1，插针C连接到第二测量电极M2，插针D和插针E连接到回流电极A1。

所述发射电极A0与第一测量电极M1电极间距为2个单位，第一测量电极M1与第二测量电极M2间距为1个单位，第二测量电极M2与回流电极A1电极间距为1个单位。

在绝缘陶瓷体与接线端、环状电极阵列和壳体结合部填充有聚醚醚酮PEEK；所述密封件包括高压密封环和密封垫，所述密封垫是聚醚醚酮PEEK垫片。

本发明同时还提供了一种用于井下高温高压流体识别传感器的检测装置，包括基体、探头组件、电路板和前述的井下高温高压流体识别传感器；所述基体内部设有台阶孔和测试流道，台阶孔底部通过测试流道与探头组件连通，台阶孔内从底部向上依次设置有井下高温高压流体识别传感器、电路板、电路板保护盖；电路板保护盖与台阶孔密封连接，电路板与井下高温高压流体识别传感器的接线端连接，井下高温高压流体识别传感器的壳体与台阶孔密封连接，且井下高温高压流体识别传感器的电极环与台阶孔底部不接触。

所述测试流道包括主流道和副流道，主流道和副流道连通并在副流道设置压力平衡阀。

所述电路板保护盖与井下高温高压流体识别传感器之间设置为空腔，电路板固定设置于空腔内。

所述电路板保护盖顶面为倒锥形，电路板保护盖与台阶孔内壁之间的接触面上设置有密封圈。

本发明的有益效果是：整体结构简单，适用性强；将环状电极和插针对称镶嵌于高强度的壳体两端并通过聚醚醚酮PEEK填充物绝缘密封固定，使其能够承受更高温度和压力；合理设置电极环间距，使测量结果稳定、准确。配套的检测装置可以方便对被测流体进行实验性或实质性检测。

附图说明

图1是一种现有四电极测量示意图；

图2是图1的流体测量装置原理图；

图3是本发明的一种环状电极阵列示意图；

图4a、b分别是本发明的一种井下高温高压流体识别传感器俯视和仰视状态的立体结构示意图；

图5是一种用于井下高温高压流体识别传感器的检测装置结构图；

图中：1、被测流体，2、探头组件，2-1、主流道，2-2、副流道，3、壳体，3-1、插针（或接线端子）， 3-2、密封环和密封垫组件，3-3、环状电极阵列（也称电极环），3-4绝缘陶瓷体 ，4、锁紧环，5、导线，6、电路板，7、电路板保护盖，8、密封圈，9、基体，A0、发射电极，A1、回流电极，M1、第一测量电极，M2、第二测量电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

参照附图3和4，一种井下高温高压流体识别传感器，包括壳体3、接线端子3-1和环状电极阵列3-3。其中壳体3为加厚的不锈钢筒状机构，外周边设置密封槽，密封槽内设置密封环和密封垫组件3-2；接线端子3-1和环状电极阵列3-3分别设置在壳体3的两个对应端，并通过绝缘陶瓷体3-4相对固定在对应壳体3端面。

实施例2：

在实施例1的基础上进一步的：

环状电极阵列3-3包括发射电极AO、第一测量电极M1、第二测量电极M2、回流电极A1，其中，发射电极A0位于中心，第二圈为第一测量电极M1，第三圈为第二测量电极M2，最外圈为回流电极A1。

接线端子3-1为插针阵列，包括插针A、插针B、插针C、插针D、插针E，其中插针A连接到发射电极AO，插针B连接到第一测量电极M1，插针C连接到第二测量电极M2，插针D和插针E连接到回流电极A1。

在绝缘陶瓷体与接线端、环状电极阵列和壳体结合部填充有聚醚醚酮PEEK；所述密封件包括高压密封环和密封垫，所述密封垫是聚醚醚酮PEEK垫片。这里充分利用聚醚醚酮PEEK的耐高温、高压的特性。

实施例3：

上述实施例中的环状电极阵列3的间距按照所测量流体电阻率范围进行设计，如所测流体电阻率高于500Ωm ，则电机之间距离要大于1.5mm；环状电极的电极间距采用2:1:1的比例进行实施，即发射电极A0与测量M1电极间距为2个单位，第一测量电极M1与第二测量电极M2间距为1个单位，第二测量电极M2与回流电极A1电极间距为1个单位。

制作环状电极阵列3和插针阵列4，环状电极阵列3选用耐腐蚀、导电性能好的铍青铜材料；插针阵列4外径为16mm，长度为32mm镀金，插针阵列4与环状电极阵列3进行机械压接然后焊盘，使之接触良好，接触电阻小于0.01Ωm。

制作模具，将环状电极阵列3和插针阵列4镶嵌在聚醚醚酮PEEK中，在压力大于80Mpa环境下实现插针与环状电极阵列3的熔合，使PEEK与环状电极阵列3和插针阵列4实现无缝紧密粘接。

实施例4：

参照附图5，一种用于井下高温高压流体识别传感器的检测装置，包括基体9、探头组件2、电路板6和前述的井下高温高压流体识别传感器。基体9内部设有台阶孔和测试流道，台阶孔底部通过测试流道与探头组件2连通，台阶孔内从底部向上依次设置有井下高温高压流体识别传感器、电路板6、电路板保护盖7；电路板保护盖7与台阶孔密封连接，电路板6与井下高温高压流体识别传感器的接线端子3-1连接，井下高温高压流体识别传感器的壳体3与台阶孔密封连接，且井下高温高压流体识别传感器的环状电极阵列3-3与台阶孔底部不接触。

实施例5：

基于实施例4的基础上，所述测试流道包括主流道2-1和副流道2-2，主流道和副流道连通并在副流道设置压力平衡阀（例如泄压阀），以保持进入井下高温高压流体识别传感器电极环的流体压力保持平衡。

电路板保护盖7与井下高温高压流体识别传感器之间设置为空腔，电路板6固定设置于空腔内。

电路板保护盖7顶面为倒锥形，电路板保护盖7与台阶孔内壁之间的接触面上设置有密封圈8。实现电路部分与流体介质的隔绝。

锁紧环4与壳体3的端面贴紧并通过过盈配合将井下高温高压流体传感器锁紧在台阶孔内。

在探头组件2完成座封后，通过内部活塞的作用，被测样品通过主流道2-1和副流道2-2进入到环状电极阵列3-3和台阶孔的留空处；井下高温高压流体传感器实时对样品特性进行分析；环状电极阵列可以精确测量弹出处样品的特性。