基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測井儀

摘要：針對測井過程中油氣水三相流的含氣率的測量問題，本文研究了用于測量含氣率的集流型光纖探針測井儀器。首先設(shè)計(jì)了測井儀器的系統(tǒng)，并對光纖探針法測含氣率原理做了分析，其次確定了光纖探針測量含氣率的最優(yōu)探頭角度，最后設(shè)計(jì)了光纖探針傳感器驅(qū)動電路。
關(guān)鍵詞：光纖傳感器；油氣水j相流；測井儀器；持氣率

0 引言
油氣水三相流中的含氣率是指流體中氣相所占的比例，是多相流體流動的重要參數(shù)。由于該參數(shù)與流型、壓力、流速和流動方向等密切相關(guān)，目前理論計(jì)算模型還有較大的局限性，實(shí)驗(yàn)測量是研究含氣率的主要手段，也是研究油氣水三相流動的重要手段。國內(nèi)外發(fā)展了多種測量含氣率的方法，如：快關(guān)閥門法、電導(dǎo)探針法、電容法、射線法、超聲波法、高速攝影法等，但這些方法本身各有各的局限性和一定的針對性。利用光纖探針進(jìn)行油氣水三相流局部含氣率的測量，是一種較為先進(jìn)的測量手段，具有損耗低、頻帶寬、線徑細(xì)、重量輕、不導(dǎo)電、抗電磁干擾、耐腐蝕、去濕效果好、靈敏度高、數(shù)據(jù)處理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，足以滿足油井井下油氣水三相流體實(shí)際測量的需要。

1 基于光纖傳感器的持氣率測量系統(tǒng)
隨著我國各大油田紛紛進(jìn)入中晚期開發(fā)階段，多數(shù)油井由自噴轉(zhuǎn)向機(jī)械采油。根據(jù)抽油機(jī)井工藝要求，測井儀器只能通過油管和套管之間的環(huán)形空間進(jìn)入需要測試的目的產(chǎn)層，此時(shí)要求儀器的最大外徑不能超過28mm。根據(jù)該要求，設(shè)計(jì)了集流型光纖探針持氣率測量儀，主要由傘式集流器、光纖探針傳感器及裝有傳感器驅(qū)動電路的電路筒組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。油井套管內(nèi)徑為125mm，而傳感器內(nèi)徑僅為20mm，如果不使用集流器，僅有少量的油氣水三相流體從電導(dǎo)傳感器內(nèi)部流過，傳感器內(nèi)的流體會趨于靜止，此時(shí)持氣率測量的結(jié)果不具有代表性。為了增大傳感器內(nèi)部流過流體的流量，通常采用集流的測量方式，即在光纖探針傳感器底部安裝傘式集流器。當(dāng)測井儀器位于指定測點(diǎn)后，使集流器張開，以封堵套管和測井儀器之間流體的流動通道，迫使流體全部或絕大部分流經(jīng)光纖傳感器，并經(jīng)上出液口重新流回井筒。