[實用新型]一種光纖探針傳感器

有效

• 申請號: 201220470793.X
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN202886279U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李英偉;孔令富;劉興斌;杜勝雪;于莉娜;安東杰;王游江;李明澤;王炎
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01F23/292
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種光纖探針傳感器，該光纖探針傳感器可用于油井井下油氣水三相流持氣率測量，也可以作為液位儀用于檢測液面。?

背景技術

首先，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，當油井中壓力低于油的泡點壓力時，將會有天然氣從油中析出，從而產生油氣水三相流動。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層的生產狀況，進而合理調整油井的開發方案。?

目前測量多相流持氣率的常用方法是快關閥門法，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閥，當多相流體的流動達到穩定時，同時關閉這兩個閥門，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。快關閥門法具有準確、高效的優點，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。?

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

由此可見，為滿足油田生產的實際要求，迫切需要研究一種能夠實時、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。?

另外，在石油、化工等領域的一些生產、存儲和裝卸等環節，需要對上限或下限液位的測量報警。?

發明內容

本實用新型的目的是針對上述現狀，提供一種能在油井井下的狹小空間內對油氣水三相流復雜流體的持氣率進行測量的光纖探針傳感器，同時該光纖探針傳感器也可用于檢測液面。?

本實用新型的目的是通過以下方式實現的：?

本實用新型包括敏感探頭、光纖耦合器、光源和光探測器，其中敏感探頭和光纖耦合器被封裝在不銹鋼保護套管內，光源和光探測器被封裝在與不銹鋼保護套管連接的不銹鋼密封筒內。?

所述敏感探頭的材質為藍寶石光纖或石英光纖，其直徑為200μm～1200μm，敏感探頭尖端呈圓錐形，敏感探頭頂端夾角為15°～115°；?

所述不銹鋼保護套管的外徑為2mm～3mm，被封裝的敏感探頭頂端裸露部分長度為3mm～5mm；?

所述不銹鋼密封筒的外徑為8mm；?

不銹鋼保護套管經由固定盤根與不銹鋼密封筒相連；?

所述光纖耦合器包括Y形光纖耦合器和集束型光纖耦合器。所述Y形光纖耦合器采用一根芯徑為200μm～1200μm和兩根芯徑為100μm～800μm的能量石英光纖耦合，其透過光譜范圍為300nm～1800nm，數值孔徑為0.22，耐溫范圍為-190℃～380℃；?

所述集束型光纖耦合器采用七根芯徑為100μm～500μm能量石英光纖制作，其中三根能量石英光纖與光源連接，另四根能量石英光纖與光探測器連接，其透過光譜范圍為300nm～1800nm，數值孔徑為0.22，耐溫范圍為-190℃～380℃；?

所述光源發射光波長范圍為320nm～1600nm，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～1600nm，峰值波長為880nm；?

所述光源和光探測器的耐溫范圍均為-55°～+125°；?

所述本實用新型的光纖探針傳感器整體耐溫-55°～+125°，耐壓0～30Mpa。?

本實用新型是基于全反射原理，利用氣相液相介質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。光探測器根據回光強度輸出幅值不等的電壓信號，根據此信號電平的高低，即可判斷出敏感探頭所接觸的介質是氣相還是液相，進而計算出油井井下油氣水三相流的持氣率，或用于檢測液面。?

本實用新型的優點是：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、結構精巧、體積小、重量輕、耗電少，可在油井井下的狹小空間內對油氣水三相流的持氣率進行實時在線測量，也可對液面進行檢測。?

附圖說明

圖1是本實用新型一種光纖探針傳感器結構示意圖；?

圖2是本實用新型一種光纖探針傳感器光路結構圖；?