[實(shí)用新型]一種陣列式電導(dǎo)光纖一體化探針傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720306123.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207268709U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔德明;陳基亮;謝貝貝;孔維航;陳曉玉;吳國(guó)立;李英偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/55
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/55
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種陣列式電導(dǎo)光纖一體化探針傳感器，該陣列式電導(dǎo)光纖一體化探針傳感器適用于石油生產(chǎn)測(cè)井中管道內(nèi)油氣水三相流中持氣率和持水率的實(shí)時(shí)在線測(cè)量或氣液兩相流相含率的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。

背景技術(shù)

目前，我國(guó)各大主力油田紛紛進(jìn)入中晚期開(kāi)發(fā)階段，油井深度達(dá)1000米以上，壓力可高達(dá)幾十兆帕。多數(shù)油井含水率較高，并且，在油井深儲(chǔ)藏區(qū)，氣體(以天然氣、烴類(lèi)和非烴類(lèi)氣體為主)主要以溶解氣的形式存在于原油中，在原油向上流動(dòng)的過(guò)程中，隨著壓力的減小，氣體逐漸析出，在油井中形成了油氣水三相流流動(dòng)特性。另外，為了提高采收率，注水、注氣驅(qū)采技術(shù)在各大油田廣泛使用。因此，在石油生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，氣液、油水及油氣水多相流流動(dòng)現(xiàn)象極為常見(jiàn)。在這種情況下，為了及時(shí)了解和掌握各油井生產(chǎn)狀況，需要對(duì)石油測(cè)井中的多相流相含率進(jìn)行測(cè)量。

目前，對(duì)于多相流相含率測(cè)量的技術(shù)方法較多，如：超聲測(cè)量法、光學(xué)測(cè)量法、層析成像法、電導(dǎo)測(cè)量法和電容測(cè)量法等。并且，隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)量手段被用于多相流的測(cè)量當(dāng)中。相關(guān)測(cè)量法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用較為廣泛的多相流流量計(jì)量方法，通過(guò)采集上游和下游傳感器收集的流體流動(dòng)噪聲信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的渡越時(shí)間，來(lái)計(jì)算流體的流速，進(jìn)而測(cè)量出流體的流量。

探針測(cè)量屬于接觸式測(cè)量，可以直接反映探針接觸點(diǎn)的流體特性。當(dāng)前的探針?lè)N類(lèi)有電導(dǎo)探針和光纖探針，電導(dǎo)探針根據(jù)油氣水多相流體的電導(dǎo)率差異對(duì)接觸點(diǎn)流體進(jìn)行持水率測(cè)量，其具有制作簡(jiǎn)單、成本低、響應(yīng)速度快；光纖探針根據(jù)油氣水多相流體的光學(xué)特性差異對(duì)接觸點(diǎn)流體進(jìn)行持氣率測(cè)量，受環(huán)境及流體中雜質(zhì)影響較小。為了獲取更多更精確的油氣水多相流體的相含率信息，光纖探針和電導(dǎo)探針經(jīng)常會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在管道中，這種將光纖探針和電導(dǎo)探針固定在一起的方法優(yōu)點(diǎn)是傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工難度低，缺點(diǎn)是增加了管道的占用空間，從而對(duì)管道內(nèi)流體流場(chǎng)造成了較大擾動(dòng)和阻流，同時(shí)也限制了探針的尺寸和數(shù)量。另外，目前已有的探針式傳感器對(duì)高含水油氣水三相流體中的微型氣泡和油泡(內(nèi)徑小于1mm) 識(shí)別效果較差，不利于對(duì)油氣水三相流體相含率的準(zhǔn)確測(cè)量。

由此可見(jiàn)，為滿足油田生產(chǎn)的實(shí)際要求，迫切需要研究一種能夠?qū)崟r(shí)、在線精確測(cè)量石油生產(chǎn)測(cè)井中油氣水多相流分相含率(包括持水率和持氣率)的新方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種陣列式電導(dǎo)光纖一體化探針傳感器，該傳感器可在石油生產(chǎn)測(cè)井中對(duì)管道內(nèi)的油氣水多相流復(fù)雜流體進(jìn)行持氣率和持水率的在線測(cè)量，尤其對(duì)于探針接觸點(diǎn)流體中的微型氣泡和油泡(內(nèi)徑小于1mm)具有較好的識(shí)別效果，可有效提高對(duì)管道內(nèi)油氣水多相流復(fù)雜流體相含率的測(cè)量精度。本實(shí)用新型通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本實(shí)用新型包括光纖敏感探頭、耦合光纖、光源、光探測(cè)器、光纖控制電路、電導(dǎo)1號(hào)電極、絕緣管、電導(dǎo)2號(hào)電極、電導(dǎo)控制電路、不銹鋼套筒，其中光纖敏感探頭、耦合光纖和電導(dǎo)1號(hào)電極被封裝在絕緣管中，絕緣管被封裝在電導(dǎo)2號(hào)電極中，光源、光探測(cè)器、光纖控制電路、電導(dǎo)控制電路被封裝在不銹鋼套筒中，電導(dǎo)2號(hào)電極與不銹鋼套筒焊接在一起。

所述電導(dǎo)1號(hào)電極由n(n為大于等于2的整數(shù))根硬質(zhì)電極絲組成，n根硬質(zhì)電極絲在所述絕緣管和所述光纖敏感探頭之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)均勻放置，n根硬質(zhì)電極絲頂端部分伸出絕緣管。

所述電導(dǎo)2號(hào)電極為不銹鋼圓管，被封裝的絕緣管頂端部分伸出不銹鋼圓管。

所述絕緣管位于電導(dǎo)1號(hào)電極和電導(dǎo)2號(hào)電極之間，將電導(dǎo)1號(hào)電極和電導(dǎo)2號(hào)電極進(jìn)行絕緣隔離。

本實(shí)用新型中的光纖測(cè)量部分是根據(jù)全反射原理，利用氣相液相介質(zhì)對(duì)光線的折射率差異，通過(guò)檢測(cè)返回光線的強(qiáng)度來(lái)測(cè)量多相流中的持氣率。當(dāng)光纖敏感探頭接觸的介質(zhì)(氣相或液相)不同時(shí)，光探測(cè)器根據(jù)返回光強(qiáng)度的不同生成不同的高低電平信號(hào)，進(jìn)而來(lái)判斷光纖敏感探頭接觸的介質(zhì)類(lèi)型，由此來(lái)計(jì)算氣液相流體的持氣率。