光纖光柵多相流技術(shù)

1、一、光學(xué)法測(cè)量井下多相流中氣相流量的方法研究宋紅偉郭海敏戴家才【摘要摘要】：在傳統(tǒng)的三相流測(cè)井中流量測(cè)量是油氣水三相的總體響應(yīng)無(wú)法直接獲得分相流量給測(cè)井資料的解釋帶來(lái)很大困難。采用光學(xué)多普勒反射波法利用光學(xué)多普勒效應(yīng)測(cè)量流體中氣相的流速利用反射光波強(qiáng)度測(cè)量持氣率通過(guò)非集流的方式在基本不改變流體流動(dòng)狀態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)井下多相流中氣相流量測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)反映了被測(cè)流動(dòng)截面上不同介質(zhì)的光學(xué)特性由計(jì)算機(jī)根據(jù)特定算法將其轉(zhuǎn)化為圖像像素進(jìn)而重建和顯示氣

2、相截面圖像。該測(cè)量方法可實(shí)現(xiàn)同一界面上多點(diǎn)測(cè)量和多界面測(cè)量可以獲得多相流體流動(dòng)截面的相態(tài)分布和速度分布的清晰圖像實(shí)現(xiàn)真正的流動(dòng)成像測(cè)量?！咀髡邌挝蛔髡邌挝弧浚洪L(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】：多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)光學(xué)成像光學(xué)成像分相流量分相流量生產(chǎn)測(cè)井生產(chǎn)測(cè)井多相流體流動(dòng)多相流體流動(dòng)持氣率持氣率光學(xué)法測(cè)量光學(xué)法測(cè)量流量測(cè)量流量測(cè)量反射率反射率反射光反射光【基金基金】：湖北省自然科學(xué)

3、基金資助項(xiàng)目“光纖傳感技術(shù)及其在油氣井多相流動(dòng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究”(2007ABA077)中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司石油科技中青年創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目“基于光纖傳感技術(shù)的油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)理論研究”(06E1027)【分類號(hào)分類號(hào)】：TH814【DOI】：CNKI:SUN:SYJI.0.200910003【正文快照正文快照】：0引言生產(chǎn)測(cè)井是監(jiān)測(cè)油氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)的主要技術(shù)手段。油氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要途徑是測(cè)量采油井和注水井內(nèi)的流體流動(dòng)剖面測(cè)量的目的是了

4、解生產(chǎn)井段產(chǎn)出或吸入流體的性質(zhì)和流量對(duì)油井生產(chǎn)狀況和油層生產(chǎn)性質(zhì)做出評(píng)價(jià)。油、氣、水三相流測(cè)量不僅是世界性難題而且是世界范二、光纖傳感技術(shù)在多相流體參數(shù)檢測(cè)中的應(yīng)用徐榮[1]龔倩[2][1]武警工程學(xué)院陜西西安710086[2]中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所陜西西安710068摘要:論述了一種新型多相流體參數(shù)測(cè)試方法，傳感機(jī)理為彎曲光纖的傳輸光功率隨外界介質(zhì)折射率變化，在分析光纖彎曲波導(dǎo)輸光能損耗與彎曲半徑，外界折射率等因素關(guān)系的基礎(chǔ)上，

5、提出一種U型結(jié)構(gòu)的光纖傳感器系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于多相流體參數(shù)測(cè)試儀器中，進(jìn)行了初步研究和探討，該系統(tǒng)以U型光纖傳感頭和微控制器，可編程外圍芯片為核心，構(gòu)成的數(shù)字化，小型化光纖傳感系統(tǒng)，能不分相地，實(shí)時(shí)地，連續(xù)地對(duì)陣列式分布的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析，求統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)獲得多相流體的流動(dòng)參數(shù)，分布狀況，本系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有開(kāi)機(jī)自檢，過(guò)程報(bào)警，通信接口等功能，可與過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)連接，支持流行的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。三、用于永久性井下監(jiān)測(cè)的光纖多相流量計(jì)

6、2003081409:48:15中國(guó)石油網(wǎng)消息：中國(guó)石油網(wǎng)消息：實(shí)時(shí)井下多相流量數(shù)據(jù)對(duì)于生產(chǎn)優(yōu)化極具價(jià)值，特別是對(duì)于那些高成本的深水開(kāi)發(fā)和多分支井更具有重要意義?，F(xiàn)在已研制了一種用于井下永久監(jiān)測(cè)的全光纖多相流量計(jì)，井下流動(dòng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用包括：（1）確定各產(chǎn)層的產(chǎn)量；（2）識(shí)別生產(chǎn)異常，確定發(fā)生異常的產(chǎn)層段位置；（3）直接確定生產(chǎn)指數(shù)；（4）確定混合流體的產(chǎn)量；（5）減少四、光四、光纖傳纖傳感器在石油感器在石油測(cè)井中井中應(yīng)用進(jìn)展光纖傳感器在測(cè)

7、井中得到了廣泛的應(yīng)用。到目前為止光纖傳感器已經(jīng)能夠進(jìn)行井下參數(shù)(壓力、溫度、多相流)的監(jiān)測(cè)、聲波監(jiān)測(cè)、激光光纖核測(cè)井等，有一部分光纖測(cè)井技術(shù)已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用。本文綜述了光纖傳感器在石油測(cè)井中的最新研究與應(yīng)用進(jìn)展，最后指出了光纖測(cè)井的應(yīng)用前景。五、新穎的光纖流體界面?zhèn)鞲衅鱟hinamake_art.aspid=29420我們將介紹一種探測(cè)透明和不透明的兩種流體之間（如原油和水或者原油和空氣）以及折射率完全不同的兩種透明流體之間（例如水、卸妝油

8、或空氣）的界面位置的傳感器。在每種情況下，傳感器的結(jié)構(gòu)相同，盡管兩種不同形式的探測(cè)依賴于不同的原理。作為一個(gè)光學(xué)傳感器，該設(shè)備不受EMI影響，并且不會(huì)在潛在的爆炸環(huán)境中產(chǎn)生火花。該設(shè)備已經(jīng)由美國(guó)Sia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)了專利。在石油行業(yè)及其他行業(yè)的很多應(yīng)用中都需要界面?zhèn)鞲?。盡管實(shí)驗(yàn)室原型遵從我們?cè)诖擞懻摰恼撟C原理，但是必須針對(duì)特殊的應(yīng)用對(duì)傳感器進(jìn)行改造和實(shí)地測(cè)試，Sia期待與行業(yè)伙伴合作來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)并特許該項(xiàng)技術(shù)。操作原理操作原理透明和不

9、透明流體在最基本的形式中（圖1），不透明的流體漂浮在透明流體上，傳感器利用摻雜了熒光劑的光纖，后者在受到短波長(zhǎng)光的激發(fā)時(shí)會(huì)在特定的光譜區(qū)發(fā)光。在左側(cè)的光纖名為“主光纖”，當(dāng)受到泵浦光中的藍(lán)光激發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)出綠色熒光。在右側(cè)的光纖名為“副光纖”，當(dāng)受到綠光的激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生的熒光位于紅色光譜區(qū)。純凈的光纖與光學(xué)探測(cè)器相互傳送信號(hào)，而光源作為電組件，可以被放置在較遠(yuǎn)的地方。操作的基本原理很簡(jiǎn)單。熒光的發(fā)射是各向同性的，因此絕大多數(shù)光是從光纖發(fā)射出的

10、，而不是沿著光纖被引導(dǎo)來(lái)的。就主要光纖來(lái)說(shuō)，不能控制的部分穿過(guò)一個(gè)透明的裂縫被傳送到次級(jí)光纖，那里它激發(fā)出第二熒光。光能量的一部分由次級(jí)光纖引導(dǎo)到光電探測(cè)器。如果兩根光纖之間的媒介在感興趣的光譜區(qū)域是透明的，那么它們之間的光學(xué)耦合很高，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)信號(hào)。如果兩個(gè)光纖之間的媒介是不透明的，光耦合很低，并且信號(hào)弱。因此，隨著原油和水之間的界面從傳感器頂端移動(dòng)到底端，光電探測(cè)器的輸出將從最大值逐漸減小到零。要注意一些額外的事項(xiàng)。首先，圖表展現(xiàn)了位

11、于每根光纖末端的鏡子，它們有助于增強(qiáng)信號(hào)，無(wú)論界面位于哪個(gè)位置。第一面鏡子反射泵浦光，使它反射到主要光纖的遠(yuǎn)端，產(chǎn)生更多的熒光。第二面鏡子反轉(zhuǎn)了次級(jí)熒光的方向，之前該熒光正在遠(yuǎn)離探測(cè)器。在光纖間的耦合效率方面，圖1中的結(jié)構(gòu)效率低下，因?yàn)橹饕獰晒馍涞酱渭?jí)光纖上的太少了。我們可以通過(guò)利用反射鏡和增加主要光纖周?chē)拇渭?jí)光纖的數(shù)量來(lái)提高耦合效率。另一方面，如果兩根光纖位于橢圓形的焦距處，周?chē)蟹瓷湫酝庹?，那么我們可以僅利用這兩根光纖就能夠增強(qiáng)

12、耦合效率。我們利用SaintGobain聚苯乙烯制造的便宜的塑料熒光光纖。然而，所謂的邊發(fā)射光纖也可以從Intelite等公司得到。這些硅光纖的缺陷導(dǎo)致光在沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何波長(zhǎng)變化的情況下就散射出核心。相反的，它們可以將光散射到光纖中（不幸的是，部分光又散射出去）。因此，成對(duì)的邊發(fā)射光纖將被用于雙熒光光纖的地方，降低對(duì)波長(zhǎng)選擇的顧慮。在一個(gè)給定的傳感器中混合兩種類型的光纖也是可行的。圖1、感應(yīng)透明和不透明流體之間界面的基本原理、感應(yīng)透明和不