基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測井儀

摘要：針對測井過程中油氣水三相流的含氣率的測量問題，本文研究了用于測量含氣率的集流型光纖探針測井儀器。首先設計了測井儀器的系統，并對光纖探針法測含氣率原理做了分析，其次確定了光纖探針測量含氣率的最優探頭角度，最后設計了光纖探針傳感器驅動電路。
關鍵詞：光纖傳感器；油氣水j相流；測井儀器；持氣率

0 引言
油氣水三相流中的含氣率是指流體中氣相所占的比例，是多相流體流動的重要參數。由于該參數與流型、壓力、流速和流動方向等密切相關，目前理論計算模型還有較大的局限性，實驗測量是研究含氣率的主要手段，也是研究油氣水三相流動的重要手段。國內外發展了多種測量含氣率的方法，如：快關閥門法、電導探針法、電容法、射線法、超聲波法、高速攝影法等，但這些方法本身各有各的局限性和一定的針對性。利用光纖探針進行油氣水三相流局部含氣率的測量，是一種較為先進的測量手段，具有損耗低、頻帶寬、線徑細、重量輕、不導電、抗電磁干擾、耐腐蝕、去濕效果好、靈敏度高、數據處理方便等諸多優點，足以滿足油井井下油氣水三相流體實際測量的需要。

1 基于光纖傳感器的持氣率測量系統
隨著我國各大油田紛紛進入中晚期開發階段，多數油井由自噴轉向機械采油。根據抽油機井工藝要求，測井儀器只能通過油管和套管之間的環形空間進入需要測試的目的產層，此時要求儀器的最大外徑不能超過28mm。根據該要求，設計了集流型光纖探針持氣率測量儀，主要由傘式集流器、光纖探針傳感器及裝有傳感器驅動電路的電路筒組成，結構如圖1所示。油井套管內徑為125mm，而傳感器內徑僅為20mm，如果不使用集流器，僅有少量的油氣水三相流體從電導傳感器內部流過，傳感器內的流體會趨于靜止，此時持氣率測量的結果不具有代表性。為了增大傳感器內部流過流體的流量，通常采用集流的測量方式，即在光纖探針傳感器底部安裝傘式集流器。當測井儀器位于指定測點后，使集流器張開，以封堵套管和測井儀器之間流體的流動通道，迫使流體全部或絕大部分流經光纖傳感器，并經上出液口重新流回井筒。