基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測井儀

2 光纖探針持氣率測量原理
光纖探針法的測量原理基于氣相和液相對光的折射率不同，如圖2所示，當光纖探針與氣相接觸時，入射光在棱鏡上發(fā)生全反射，經(jīng)反射光纖投射到光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出高電平；當光纖探針和水或油相接觸時，入射光在棱鏡上被折射出去，無足夠強度的光投射到光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出低電平。隨著油氣水三相流體交替流過光纖探針，光電轉(zhuǎn)換器輸出隨時問連續(xù)變化的電壓信號，將此信號經(jīng)過處理，便可得到光纖探針所在位置的局部截面含氣率。

以i表示探針頭曲面上任一點(r，θ，z)處的入射光，當油氣水三相流交替流過探針時，點(r，θ，z)處的瞬時局部含氣率α(t，r，θ，z)為：

油氣水三相流是一種非定常流動，因此α(t，r，θ，z)將隨時間而發(fā)生變化。實驗表明，油氣水三相流一般具有平穩(wěn)隨機特性，有：

式中，T為積分時間長度，為平均局部含氣率。定義瞬時截面含氣率和平均截面含氣率分別為：

對于油氣水三相管道流動，瞬時容積含氣率αv(t)和平均容積含氣率可分別定義為：

若在管長區(qū)間(O，L)內(nèi)，氣體沿流動方向的體積膨脹可以忽略，因此，工程上一般認為平均容積含氣率與平均截面含氣率等價，可得：

此式表明，采用光纖探針法測量管道內(nèi)油氣水三相流的截而含氣率是可行的。