基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測(cè)井儀

摘要：針對(duì)測(cè)井過(guò)程中油氣水三相流的含氣率的測(cè)量問(wèn)題，本文研究了用于測(cè)量含氣率的集流型光纖探針測(cè)井儀器。首先設(shè)計(jì)了測(cè)井儀器的系統(tǒng)，并對(duì)光纖探針?lè)y(cè)含氣率原理做了分析，其次確定了光纖探針測(cè)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(dòng)電路。
關(guān)鍵詞：光纖傳感器；油氣水j相流；測(cè)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(dòng)的重要參數(shù)。由于該參數(shù)與流型、壓力、流速和流動(dòng)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(cè)量是研究含氣率的主要手段，也是研究油氣水三相流動(dòng)的重要手段。國(guó)內(nèi)外發(fā)展了多種測(cè)量含氣率的方法，如：快關(guān)閥門(mén)法、電導(dǎo)探針?lè)?、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(duì)性。利用光纖探針進(jìn)行油氣水三相流局部含氣率的測(cè)量，是一種較為先進(jìn)的測(cè)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(cè)量的需要。

1 基于光纖傳感器的持氣率測(cè)量系統(tǒng)
隨著我國(guó)各大油田紛紛進(jìn)入中晚期開(kāi)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(cè)井儀器只能通過(guò)油管和套管之間的環(huán)形空間進(jìn)入需要測(cè)試的目的產(chǎn)層，此時(shí)要求儀器的最大外徑不能超過(guò)28mm。根據(jù)該要求，設(shè)計(jì)了集流型光纖探針持氣率測(cè)量?jī)x，主要由傘式集流器、光纖探針傳感器及裝有傳感器驅(qū)動(dòng)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(guò)，傳感器內(nèi)的流體會(huì)趨于靜止，此時(shí)持氣率測(cè)量的結(jié)果不具有代表性。為了增大傳感器內(nèi)部流過(guò)流體的流量，通常采用集流的測(cè)量方式，即在光纖探針傳感器底部安裝傘式集流器。當(dāng)測(cè)井儀器位于指定測(cè)點(diǎn)后，使集流器張開(kāi)，以封堵套管和測(cè)井儀器之間流體的流動(dòng)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。