光纤探针持气率计模拟井实验数据分析

０ 引 言
光纤传 感器 是近 年 出现 的新 型传 感器 ， 测量 基 其 于 气相 和液 相对光 的折 射率 不同 ， 利用光 纤探 针接 收 到 的折 射光 强度 不同 ， 分辨 探针 头部是 处 于气相 还 来 是 液相 ，从而测 量 井下气液 产 出状况 。光纤持 气率 测 量 系统 以光 波为信 息载 体而 与混合 流体 电阻率 、 电 介
根 据 采集 的数据 ，以标 准含气 率 为横坐标 ，以四 根光 纤探 针仪 器响 应 的平均值 为坐 标 ， 制气 水两 相 绘
流持 气 率响应 图版 如 图 ４所示 。
芯 插件 和 电缆送 人地 面 ， 四路 信 号分 别送入 光纤 探针 采集 系统 ，处理 后 的数据经 过 ＵＳ 信 号线 进入 计算 Ｂ’
要 ：根据 光纤探针 对 气液界 面反射率 不 同 的特 点设 计 了光纤探 针持 气率计 ，用 于生产 井持 气率 的测试 。为 了证 明持
气率 测 量的 可行性 ，用试验仪 器分别在 气水两相流 和 油 气水三 相 流 中做 了持 气率 试验 。文章研 究 了光纤探针持 气率检 测 ， 并 对检 测数据 进行 了比较 分析 ，总结 出仪 器试验 的特 点 ，为光 纤探 针持 气率 测量提 供 了有 力的依据 。 关 键 词 ：光纤探针 ；持 气率 ；实验 数据 中 图法分类 号 ：Ｐ ３ ． １ ６ １ ８ 文献标识码 ：Ｂ 文章 编号 ：１０ — １４２ １） ２０ ２ ．２ ０ ４９ ３ （０ ２０ －０ ２０
石
・
油
仪
器
ＲＵ Ｅ ｓ Ｍ Ｎｌ ２ １ ０ ２年 ４月
２ ・ ２
Ｐ Ｔ ＯＬ Ｕ Ｅ Ｒ Ｅ Ｍ
・ 开发 设计 ・
光纤探针持气率计模拟井实验数据分析
李
（． １ 大庆油 田测试技术服务分 公司 摘
莉 刘兴斌 房 乾 张大庆
黑龙江 大庆）（．大庆钻探工程公司测井一公司仪修 中心 ２ 黑龙江 大庆）
机 采 集软件 。电路接 口如表 ｌ 所示 。
表 １ 七芯 电路接 口定义
缆 芯 １ 芯 ２芯 ３芯 ４芯 ５芯 ６芯 ７芯
目
哩 置
髓
定 义 探 针 １ 探 针 ２ 探 针 ３ 探 针 ４ 地 线
空
供 电
光纤 探针 持气 率试验 应 用设备 有示 波器 、 流 电 直 源 、光 纤探 针持气 率 采集 系统 、计 算机 ，连接 如 图 ３ 所示 。 探针持 气率 试验 样机通 过 七芯 电缆放 入 ５寸 将 半 套 管模拟 井 筒 内，连 接地 面采集 系统 和计 算机 ， 仪 器正 常工作 以后 ，按 照试 验设计 分别 调 节油 、气 、水 三相 的流量 ，当气 量稳定 后 ， 过采 集软件 记录 仪器 通
匡
岳垂
传感 器 、集 流伞等 几 部分
构成 。 ห้องสมุดไป่ตู้
探 针位于 取样筒流 道 内，采 用四探针 结构 测量 三相 流截面 持气率 。当仪 器位 于指定 测点后 ，打开
光纤探
图 ２ 光线在 液体和气体中的传播
集流伞
２ 检 测 试 验 设 计
光纤探针 持气率试 验是将 四路探针 传感器 装在环 空仪 器 的流道 内 ， 感器短 接上 下分 别连 接 电路和 集 传 流伞 ，由于试 验仪 器 中设 计 四个光 纤探 针 ，电路 需 要 给 四路光 源供 电 ，并且 传输 四路光 纤信 号 ，因此试 验
探 头表 面上发 生全 反射 ， 大量 的光 被反 射 回来 ，反 有
常 数无 关 ，能不分 相地 、实 时地 、连续地 对 阵列式 分
布 的传 感器 进行 数据 采集 、分析 、处理 ，获得 多相 流 体 的流 动参 数和分 布 状况＿。将光 纤传 感器应 用于油 １ ］ 水 井持 气率 的测试 ， 以克服 传统 的 电子 传感 器无 法 可 在 井 下恶 劣的环 境 ，诸如 高温 、高 压 、腐蚀 、地磁 地 电干扰 下工作 的困难 ， 测量持气 率 的一种 理想 方法 。 是
１１ 仪器 结构 ．
纤 探针 ， 电转换 器将输 出 随时 间连续 变化 的 电压信 光
号 ，将此 信号经 过数 字信 号处 理 ，便可 得到 光纤 探针
所 在位 置 的局部截 面持 气率 。
电路筒 出液孔
光纤 探针持 气率计 的
结 构 如图 １ 所示 。主要 由 数据 采 集电路 、光纤探 针
采用 七芯 电缆 ， 且设 计 了七 芯 电路接 口。地 面直流 并
集流 伞 ，封堵套 管和 测井
仪器之间流体的流动通道 ， 迫使 流体全 部或绝大 部分 流经光纤传感器 ，并经上 图 １ 光纤探针持气 率计结构图
出液 口重新流 回井筒 。结构设计中重点解决 了探针 的固
第一作者简介 ： 李 莉，女，ｌ７ 年生，工程师，２ ０ 年毕业于 哈尔滨工程大学计算机及应用 专业， 目 ９６ ０１ 前在大庆油田测试技术服务分 公司从事 测井仪器研发和生产工作 。邮编：１３ ３ ６ １ １
定和信号线 的分布 ，从 而减小 了探针及信号导线对测量
的影响。 １２ 仪 器测 量原 理 ．
光纤 测量 过程 是 光线 由发射 光源发 射 到光 纤 中 ， 传 到蓝 宝石 （ 折射 率约 为 １ ６ ． ）探头 的尖 端 ，根据 流 ７ 体 的光 学指数 ，一些 光被反 射 回接收 光源 ，接收 光源 将 光信 号转换 为电信号 。当流体 是气 体时 ， 射 光在 入
２Ｉ ０ ２年 第 ２ ６卷 第 ２期
李
莉： 光纤探针持气率计模拟井实验数据分析
电源通 过七 芯 电缆给 电路 供电 ， 电压经 过 电路 中的 四 个 三端 稳压 电源 后 ， 为 四路 低 压 电源 分 别给传 感器 变 供电， 传感 器 的输 出信 号进 入 电路经过 处 理后通 过七
射 光投 射到 光 电转换 器上 ，光 电转换器 输 出 高电平 ；
而探头 在液体 中时 ，入射 光在 光纤表 面发 生折 射 ，光
线 进入 油水介 质 中 ，光 电转换器 输 出低 电平 ，光 线传
播如 图 ２所示 。随着油 、气 、水三 相流 体交 替流 过光
１ 仪器 结构 及 测 量 原 理 Ｉ ３ ２ １ 、