[發(fā)明專利]一種用于油井井下持氣率測量的藍寶石光纖探針傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210314365.2
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102830094A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李英偉;孔令富;劉興斌;安東杰;王游江;李明澤;于莉娜;杜勝雪
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 石家莊一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，涉及一種用于油井井下持氣率測量的藍寶石光纖探針傳感器，特別是一種用于油井井下油氣水三相流持氣率測量的藍寶石光纖探針傳感器。

背景技術(shù)

中國多數(shù)油田為陸相沉積，具有低孔、低滲和多層系等特點。由于長期注水開發(fā)，油井產(chǎn)液含水率不斷上升，目前中國許多油田已處于綜合含水率90%以上的高含水階段。此時如果油井井下壓力低于油的泡點壓力，將會有天然氣從油中析出，從而產(chǎn)生油氣水三相流動。在這種情況下，必須對油井井下油氣水三相流的持氣率進行測量，以及時了解和掌握各產(chǎn)層的生產(chǎn)狀況，進而合理調(diào)整油井的開發(fā)方案，使油井處于正常或最佳生產(chǎn)狀況，最終達到提高油井開發(fā)效率和提高原油采收率的目的，并延長油田開采壽命。

目前測量多相流持氣率的常用方法是快關(guān)閥門法，該方法是在多相流流動管道測量段的兩端安裝兩個同時動作的快關(guān)閥，當多相流體的流動達到穩(wěn)定時，同時關(guān)閉這兩個閥門，通過氣液分離裝置便可求出這兩個閥門間流體的平均持氣率。快關(guān)閥門法具有準確、高效的優(yōu)點，但該方法在測量時需要切斷多相流體的正常流動，因此不能對油井井下油氣水三相流持氣率進行實時、在線測量。

光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維和光通訊技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的，是本世紀70年代末發(fā)展起來的一門嶄新的技術(shù)。該技術(shù)首先利用被測量對光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M行調(diào)制，使傳輸光的強度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化；之后再對已調(diào)制的光信號進行檢測，從中得出被測量。但是由于現(xiàn)有用于持氣率測量的光纖傳感器使用了體積較大的半導(dǎo)體激光器、光電池和分光鏡等器件，因此無法實現(xiàn)傳感器的小型封裝，導(dǎo)致其不能在油井井下的狹小空間內(nèi)使用。

由此可見，為滿足油田生產(chǎn)的實際要求，迫切需要研究一種能夠?qū)崟r、在線測量油井井下油氣水三相流體持氣率的新方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)狀，提供一種能在油井井下的狹小空間內(nèi)對油氣水三相流復(fù)雜流體的持氣率進行測量的藍寶石光纖探針傳感器。

本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括探頭、光纖耦合器、光源、光探測器，探頭為藍寶石敏感探頭，光纖耦合器為Y形光纖耦合器，光源為紅外光源，藍寶石敏感探頭、Y形光纖耦合器被封裝在不銹鋼保護套管內(nèi)，紅外光源和光探測器被封裝在與不銹鋼保護套管連接不銹鋼密封筒內(nèi)。

所述藍寶石敏感探頭的直徑為600μm～800μm，寶石敏感探頭尖端呈圓錐形，頂端夾角為18°～35°；

所述不銹鋼保護套管的外徑為2mm，被封裝的藍寶石敏感探頭頂端裸露部分長度為3mm；

所述不銹鋼密封筒的外徑為8mm；

不銹鋼保護套管經(jīng)由固定盤根與不銹鋼密封筒相連；

所述Y形光纖耦合器采用一根芯徑為600μm～800μm和兩根芯徑為400μm～600μm的能量石英光纖耦合，其透過光譜范圍為200nm～1200nm，數(shù)值孔徑為0.22，耐溫范圍為：-190℃～380℃；

所述紅外光源發(fā)射光波長范圍為760nm～1000nm，峰值波長為880nm，輸出功率密度范圍為1.65～4.5mW/cm²；光探測器接收的光波長范圍為320nm～1100nm，峰值波長為880nm；

所述紅外光源和光探測器的耐溫范圍均為：-55°～+125°；

所述本發(fā)明的藍寶石光纖探針傳感器整體耐溫125°，耐壓30Mpa。

本發(fā)明是基于全反射原理，利用氣相液相介質(zhì)對光線的折射率不同，通過檢測反射光線強度的變化來測量多相流的持氣率。當藍寶石敏感探頭與氣泡接觸時，入射光在探頭頂端發(fā)生全反射；當藍寶石敏感探頭與油泡接觸時，入射光在探頭頂端上被折射出去。藍寶石光纖探針傳感器驅(qū)動電路主要由光發(fā)射模塊和光接收模塊組成。其中，光發(fā)射模塊負責(zé)驅(qū)動光纖探針傳感器內(nèi)部的紅外發(fā)光管在發(fā)出恒定的光，光接收模塊負責(zé)檢測經(jīng)藍寶石探頭反射回的光，并根據(jù)回光強度輸出幅值不等的電壓信號，根據(jù)此信號電平的高低，即可判斷出藍寶石探頭所接觸的介質(zhì)是氣相還是液相，進而計算出油井井下油氣水三相流的持氣率。

本發(fā)明的優(yōu)點是：靈敏度高、光損耗少、測量精度高、性能可靠、抗電磁干擾、耐腐蝕、防油污、耐高壓、耐高溫、電絕緣性好、安全防爆、使用壽命長、結(jié)構(gòu)精巧、體積小、重量輕、耗電少，可在油井井下的狹小空間內(nèi)對油氣水三相流的持氣率進行實時、在線測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種用于油井井下持氣率測量的藍寶石光纖探針傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；