光纖光柵多相流技術(shù)

1、一、光學法測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)的三相流測井中流量測量是油氣水三相的總體響應無法直接獲得分相流量給測井資料的解釋帶來很大困難。采用光學多普勒反射波法利用光學多普勒效應測量流體中氣相的流速利用反射光波強度測量持氣率通過非集流的方式在基本不改變流體流動狀態(tài)的情況下實現(xiàn)井下多相流中氣相流量測量。測量數(shù)據(jù)反映了被測流動截面上不同介質(zhì)的光學特性由計算機根據(jù)特定算法將其轉(zhuǎn)化為圖像像素進而重建和顯示氣

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

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

4、解生產(chǎn)井段產(chǎn)出或吸入流體的性質(zhì)和流量對油井生產(chǎn)狀況和油層生產(chǎn)性質(zhì)做出評價。油、氣、水三相流測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)檢測中的應用徐榮[1]龔倩[2][1]武警工程學院陜西西安710086[2]中科院西安光學精密機械研究所陜西西安710068摘要:論述了一種新型多相流體參數(shù)測試方法，傳感機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)，并將其應用于多相流體參數(shù)測試儀器中，進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，實時地，連續(xù)地對陣列式分布的傳感器進行數(shù)據(jù)采集，分析，求統(tǒng)計平均值來獲得多相流體的流動參數(shù)，分布狀況，本系統(tǒng)抗干擾能力強，具有開機自檢，過程報警，通信接口等功能，可與過程控制網(wǎng)絡(luò)連接，支持流行的現(xiàn)場總線協(xié)議。三、用于永久性井下監(jiān)測的光纖多相流量計

6、2003081409:48:15中國石油網(wǎng)消息：中國石油網(wǎng)消息：實時井下多相流量數(shù)據(jù)對于生產(chǎn)優(yōu)化極具價值，特別是對于那些高成本的深水開發(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)測的全光纖多相流量計，井下流動數(shù)據(jù)的應用包括：（1）確定各產(chǎn)層的產(chǎn)量；（2）識別生產(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井中井中應用進展光纖傳感器在測

7、井中得到了廣泛的應用。到目前為止光纖傳感器已經(jīng)能夠進行井下參數(shù)(壓力、溫度、多相流)的監(jiān)測、聲波監(jiān)測、激光光纖核測井等，有一部分光纖測井技術(shù)已經(jīng)商業(yè)應用。本文綜述了光纖傳感器在石油測井中的最新研究與應用進展，最后指出了光纖測井的應用前景。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依賴于不同的原理。作為一個光學傳感器，該設(shè)備不受EMI影響，并且不會在潛在的爆炸環(huán)境中產(chǎn)生火花。該設(shè)備已經(jīng)由美國Sia國家實驗室申請了專利。在石油行業(yè)及其他行業(yè)的很多應用中都需要界面?zhèn)鞲?。盡管實驗室原型遵從我們在此討論的論證原理，但是必須針對特殊的應用對傳感器進行改造和實地測試，Sia期待與行業(yè)伙伴合作來實現(xiàn)這一目標并特許該項技術(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，后者在受到短波長光的激發(fā)時會在特定的光譜區(qū)發(fā)光。在左側(cè)的光纖名為“主光纖”，當受到泵浦光中的藍光激發(fā)時會發(fā)出綠色熒光。在右側(cè)的光纖名為“副光纖”，當受到綠光的激發(fā)時，產(chǎn)生的熒光位于紅色光譜區(qū)。純凈的光纖與光學探測器相互傳送信號，而光源作為電組件，可以被放置在較遠的地方。操作的基本原理很簡單。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來的。就主要光纖來說，不能控制的部分穿過一個透明的裂縫被傳送到次級光纖，那里它激發(fā)出第二熒光。光能量的一部分由次級光纖引導到光電探測器。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耦合很高，會產(chǎn)生強信號。如果兩個光纖之間的媒介是不透明的，光耦合很低，并且信號弱。因此，隨著原油和水之間的界面從傳感器頂端移動到底端，光電探測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。首先，圖表展現(xiàn)了位

11、于每根光纖末端的鏡子，它們有助于增強信號，無論界面位于哪個位置。第一面鏡子反射泵浦光，使它反射到主要光纖的遠端，產(chǎn)生更多的熒光。第二面鏡子反轉(zhuǎn)了次級熒光的方向，之前該熒光正在遠離探測器。在光纖間的耦合效率方面，圖1中的結(jié)構(gòu)效率低下，因為主要熒光射到次級光纖上的太少了。我們可以通過利用反射鏡和增加主要光纖周圍的次級光纖的數(shù)量來提高耦合效率。另一方面，如果兩根光纖位于橢圓形的焦距處，周圍包有反射性外罩，那么我們可以僅利用這兩根光纖就能夠增強

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致光在沒有經(jīng)過任何波長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，成對的邊發(fā)射光纖將被用于雙熒光光纖的地方，降低對波長選擇的顧慮。在一個給定的傳感器中混合兩種類型的光纖也是可行的。圖1、感應透明和不透明流體之間界面的基本原理、感應透明和不