基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測井儀
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2 光纖探針持氣率測量原理
光纖探針法的測量原理基于氣相和液相對光的折射率不同，如圖2所示，當光纖探針與氣相接觸時，入射光在棱鏡上發生全反射，經反射光纖投射到光電轉換器上，光電轉換器輸出高電平；當光纖探針和水或油相接觸時，入射光在棱鏡上被折射出去，無足夠強度的光投射到光電轉換器上，光電轉換器輸出低電平。隨著油氣水三相流體交替流過光纖探針，光電轉換器輸出隨時問連續變化的電壓信號，將此信號經過處理，便可得到光纖探針所在位置的局部截面含氣率。
以i表示探針頭曲面上任一點(r，θ，z)處的入射光，當油氣水三相流交替流過探針時，點(r，θ，z)處的瞬時局部含氣率α(t，r，θ，z)為：
油氣水三相流是一種非定常流動，因此α(t，r，θ，z)將隨時間而發生變化。實驗表明，油氣水三相流一般具有平穩隨機特性，有：
式中，T為積分時間長度，為平均局部含氣率。定義瞬時截面含氣率和平均截面含氣率分別為：
對于油氣水三相管道流動，瞬時容積含氣率αv(t)和平均容積含氣率可分別定義為：
若在管長區間(O，L)內，氣體沿流動方向的體積膨脹可以忽略，因此，工程上一般認為平均容積含氣率與平均截面含氣率等價，可得：
此式表明，采用光纖探針法測量管道內油氣水三相流的截而含氣率是可行的。
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