[發明專利]利用光纖探針測量油氣井兩相流的方法和裝置

在審

• 申請號: 201610190719.5
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN107289988A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 路明
• 申請（專利權）人: 成都金景盛風科技有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及流體測量領域，具體是一種利用光纖探針測量油氣井兩相流的方法和裝置。該裝置可以識別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

背景技術

工程上廣泛存在著兩相流的流動現象，其中以氣液兩相流最為普遍。例如石油輸運管道內、水輪機轉子周圍、大氣云層內的對流等，都屬于氣液兩相流流動。通過兩相流流動流動參數進行測量，了解其特性及變化規律，對于相關科研、設計以及生產具有十分重要的意義。與單相流相比，兩相流由于在相界面各相間存在傳質，甚至化學反應，而且在時間、空間上隨機可變，使得諸如各相含量、流速、流量以及總體速度、流量等流動參數的檢測更具復雜性，難度很大。迄今為止，已有的檢測技術和方法大多是建立在單相傳感器基礎上的檢測手段，獲得的信息量小，而且無法對兩相流的整體特性進行實時觀測描述。

隨著工業生產中對于兩相流流動的計量、控制方面的更高要求，需要開發一種能夠同時測量獲得氣液兩相流中各相含量、流速和流量，以及總體平均速度、流量的裝置。光纖探針法成為氣液兩相流測量的新方法，具有具有靈敏度高，響應快的特點。具體在氣液兩相流測量中的應用原理是利用氣液兩相介質不同的光學折射率來探測穩態流場氣液兩相在某一局部空間的某一點氣液存在的相對時間。其比值就是這一點的局部的分相含量。連續的測量還可以得到前述氣液兩相流的分相各相速度和流量，如果配以多個其他類型的傳感器，實現組合測量，則可以獲得完整的氣液兩相流的流動參數。

本發明提供一種利用光纖探針測量油氣井兩相流的方法和裝置。該方法和裝置可以識別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

發明內容

本發明提供一種利用光纖探針測量油氣井兩相流的方法和裝置。該方法和裝置可以識別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。圖1是利用光纖探針測 量氣液兩相流的裝置的布局圖。圖中所示，該裝置包括：測量管道(1)、光纖探針(2)、光電轉換單元(3)、數據采集與處理系統(4)、控制計算機(5)、壓差流量計(6)。其連接關系是：

光纖探針(2)從被測氣液兩相流流動的測量管道(1)的周邊插入流場中；

光電轉換單元(3)連接光纖探針(1)；

光電轉換單元(3)連接數據采集與處理系統(4)；

壓差流量計(1)位于測量管道(1)上，在光纖探針(2)的下游；

控制計算機連接光纖探針(2)、光電轉換單元(3)、數據采集與處理系統(4)。

圖2是光纖探針測量氣液兩相流的各相含量的原理圖。圖中表示，沿著測量管道(1)壁面插入光纖探針(2)。測量的過程中，當氣液兩相流流經光纖探針(2)，如果周圍介質是氣體時，出現氣泡(7)，其折射率小于光纖探針的折射率，入射光(9)大部分被反射回去(10)，光電轉換單元輸出一個高電平(11)。如果周圍介質是液體(8)時,其折射率大于光纖探針的折射率，入射光大部分折射到液體中(12)消失,與光纖探針連接的光電轉換單元輸出一個低電平(13)。這樣，隨著光纖探針與氣液交替接觸，光電轉換單元即輸出隨時間變換的電壓信號。此連續動態的模擬電壓信號經過數據采集系統后進入計算機，成為離散的動態數字電壓信號,經計算處理可以得到探針所在位置處的局部分相含量。

附圖說明

圖1是利用光纖探針測量氣液兩相流的裝置的布局圖；圖中，1測量管道、2光纖探針、3光電轉換單元、4數據采集與處理系統、5控制計算機、6壓差流量計。

圖2是利用光纖探針測量氣液兩相流的各相含量的原理圖；圖中，7氣泡、8液體、9入射光、10反射光、11高電平、12折射到液體中的光、12低電平。

具體實施方式

以一個具體實施方案進一步說明本發明提出的利用光纖探針測量油氣井兩相流的方法和裝置的結構和原理。該裝置用于測量空氣-水兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。該裝置中的部件組成和連接關系與圖1相同。具體實施方式中，測量管道(1)的截面為圓形、為長度為1m、內徑為50mm、壁厚10mm、材料為有機玻璃。水 平放置。沿著圓周方向由安裝孔，孔徑3mm；光纖探針(2)直徑為3mm，探頭頂端是長為10mm、圓錐針狀藍寶石，后接光導纖維。在探頭前段要插入試驗段的部分用鋼套管封住，在光導纖維的另一端是的標準電纜頭，以插入光電轉換單元(3)；數據采集與處理系統(4)測量空光電轉換單元(3)的電壓；控制計算機(5)連接、光纖探針(2)、光電轉換單元(3)、數據采集與處理系統(4)、的運行，同時規定數據采集與處理系統(4)的連續的采樣間隔，從而獲得空氣-水的分相速度；壓差流量計(7)在測量管道(1)的下游，測量總流量。