[实用新型]一种阵列式电导光纤一体化探针传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种阵列式电导光纤一体化探针传感器，该阵列式电导光纤一体化探针传感器适用于石油生产测井中管道内油气水三相流中持气率和持水率的实时在线测量或气液两相流相含率的实时在线测量。

背景技术

目前，我国各大主力油田纷纷进入中晚期开发阶段，油井深度达1000米以上，压力可高达几十兆帕。多数油井含水率较高，并且，在油井深储藏区，气体(以天然气、烃类和非烃类气体为主)主要以溶解气的形式存在于原油中，在原油向上流动的过程中，随着压力的减小，气体逐渐析出，在油井中形成了油气水三相流流动特性。另外，为了提高采收率，注水、注气驱采技术在各大油田广泛使用。因此，在石油生产开发过程中，气液、油水及油气水多相流流动现象极为常见。在这种情况下，为了及时了解和掌握各油井生产状况，需要对石油测井中的多相流相含率进行测量。

目前，对于多相流相含率测量的技术方法较多，如：超声测量法、光学测量法、层析成像法、电导测量法和电容测量法等。并且，随着技术的发展，越来越多的测量手段被用于多相流的测量当中。相关测量法是近年来发展起来的应用较为广泛的多相流流量计量方法，通过采集上游和下游传感器收集的流体流动噪声信号，根据信号的渡越时间，来计算流体的流速，进而测量出流体的流量。

探针测量属于接触式测量，可以直接反映探针接触点的流体特性。当前的探针种类有电导探针和光纤探针，电导探针根据油气水多相流体的电导率差异对接触点流体进行持水率测量，其具有制作简单、成本低、响应速度快；光纤探针根据油气水多相流体的光学特性差异对接触点流体进行持气率测量，受环境及流体中杂质影响较小。为了获取更多更精确的油气水多相流体的相含率信息，光纤探针和电导探针经常会同时出现在管道中，这种将光纤探针和电导探针固定在一起的方法优点是传感器结构简单，加工难度低，缺点是增加了管道的占用空间，从而对管道内流体流场造成了较大扰动和阻流，同时也限制了探针的尺寸和数量。另外，目前已有的探针式传感器对高含水油气水三相流体中的微型气泡和油泡(内径小于1mm) 识别效果较差，不利于对油气水三相流体相含率的准确测量。

由此可见，为满足油田生产的实际要求，迫切需要研究一种能够实时、在线精确测量石油生产测井中油气水多相流分相含率(包括持水率和持气率)的新方法和技术。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提出一种阵列式电导光纤一体化探针传感器，该传感器可在石油生产测井中对管道内的油气水多相流复杂流体进行持气率和持水率的在线测量，尤其对于探针接触点流体中的微型气泡和油泡(内径小于1mm)具有较好的识别效果，可有效提高对管道内油气水多相流复杂流体相含率的测量精度。本实用新型通过以下方式来实现：

本实用新型包括光纤敏感探头、耦合光纤、光源、光探测器、光纤控制电路、电导1号电极、绝缘管、电导2号电极、电导控制电路、不锈钢套筒，其中光纤敏感探头、耦合光纤和电导1号电极被封装在绝缘管中，绝缘管被封装在电导2号电极中，光源、光探测器、光纤控制电路、电导控制电路被封装在不锈钢套筒中，电导2号电极与不锈钢套筒焊接在一起。

所述电导1号电极由n(n为大于等于2的整数)根硬质电极丝组成，n根硬质电极丝在所述绝缘管和所述光纤敏感探头之间的环形区域内均匀放置，n根硬质电极丝顶端部分伸出绝缘管。

所述电导2号电极为不锈钢圆管，被封装的绝缘管顶端部分伸出不锈钢圆管。

所述绝缘管位于电导1号电极和电导2号电极之间，将电导1号电极和电导2号电极进行绝缘隔离。

本实用新型中的光纤测量部分是根据全反射原理，利用气相液相介质对光线的折射率差异，通过检测返回光线的强度来测量多相流中的持气率。当光纤敏感探头接触的介质(气相或液相)不同时，光探测器根据返回光强度的不同生成不同的高低电平信号，进而来判断光纤敏感探头接触的介质类型，由此来计算气液相流体的持气率。