油氣水三相流持氣率測量光纖探針傳感器結構優(yōu)化設計.pdf

1、針對油井井下惡劣的測量環(huán)境和流體流動的復雜性，傳統的持氣率測量方法測量效果較差。隨著光纖傳感技術的興起和發(fā)展，可利用光纖探針傳感器進行井下持氣率的測量。為提高光纖探針傳感器測量持氣率的可靠性和靈敏性，本文對光纖探針傳感器進行了優(yōu)化設計。為解決單光纖探針只能測量局部持氣率的局限性問題，本文設計了陣列光纖探針并進行了優(yōu)化。
　　首先，針對井下油氣水三相流持氣率難易精確測量難題，設計并優(yōu)化光纖探針傳感器。光纖探針主要由傳輸光路和探針敏感

2、頭組成。從回光強度分布和回光功率大小兩方面實現對敏感頭材質和形狀的優(yōu)化，從刺穿氣泡能力和回光功率兩方面優(yōu)化了敏感頭尖端角度。針對傳統耦合光路傳光效率低的問題，提出了光纖束光路，根據所用光纖直徑的大小設計了16種光纖束光路，并實現對光路的優(yōu)化。
　　其次，針對單光纖探針傳感器只能測得其周圍局部持氣率的局限性問題，研究了陣列光纖探針方法。利用 Fluent仿真分析了不同總流量下氣相分布規(guī)律?；赯emax建立了探針刺穿氣泡模型，仿真分

3、析了探針以不同方式刺穿氣泡時對應的響應特性變化規(guī)律。據此提出了陣列光纖探針并設計了6種結構，從探針獲取氣相信息能力和對流體的干擾影響兩方面對陣列結構進行了優(yōu)化設計。
　　最后，研制了單光纖探針傳感器、陣列光纖探針傳感器和持氣率測井儀并進行了可行性試驗?；趦?yōu)化后的結構參數研制了藍寶石光纖探針，并對單光纖探針進行了抗油污驗證實驗。以單光纖探針為核心，基于優(yōu)化后的陣列結構研制了陣列光纖探針和測井儀，在油氣水三相流模擬裝置上進行了動態(tài)實