光纖多相流量計的制作方法
【專利摘要】光纖多相流量計，涉及一種石油測井儀器。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的壓差密度儀器測量多相流體的總流量剖面及各相流體持率的測量精度低的問題。本發(fā)明采用膜片、應(yīng)力桿和光纖光柵，當有流體流過膜片時，膜片受到流體的沖擊力產(chǎn)生變形從而帶動應(yīng)力桿產(chǎn)生了壓縮，粘貼于應(yīng)力桿上的光纖光柵產(chǎn)生協(xié)同變形，光纖光柵產(chǎn)生波長漂移，光纖光柵的反射光攜帶波長漂移信息到達光纖光柵解調(diào)儀，最后通過光纖光柵解調(diào)儀測量獲得光纖光柵的波長漂移量，進而獲得多相流體的總流量。本發(fā)明還通過光纖和光纖布里淵解調(diào)儀，測得流體的兩相組分，根據(jù)布里淵頻移與持率之間的關(guān)系，最終獲得多相流體的持率。本發(fā)明還適用于惡劣環(huán)境及人員、設(shè)備不便直接到達的環(huán)境的監(jiān)測。
【專利說明】光纖多相流量計

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油測井儀器，具體涉及一種獲得油氣井中多相流體的總流量剖面和各相流體持率的光纖多相流量計。

【背景技術(shù)】
[0002]為了做好油藏監(jiān)控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是獲得油氣井中穩(wěn)定可信的多相流體的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數(shù)油井分層開采，每層含水量不同，而且有時流速較大，給利用常規(guī)生產(chǎn)測井設(shè)備測量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來了巨大的困難。流體在油管中的摩阻和從油藏中向井筒內(nèi)的噴射使得壓差密度儀器無法準確測量，電子探頭更是無法探測到流體中的小油氣泡。
[0003]針對以上問題，目前出現(xiàn)了很多測量裝置及方法，包括:題為“一種具有用于測量在管道內(nèi)流動的流體流的參數(shù)的多帶傳感器組件的設(shè)備”、題為“用聲壓測量管道中的流體參數(shù)的裝置和方法”、題為“井下光纖多相流量計”的文章，介紹了一種應(yīng)用相關(guān)分析法測量混合流體的體積流速，進而推導(dǎo)出體積流量，并采用不穩(wěn)定壓力的測量方式測量混合流體的聲速，進而計算出各相流體的體積分數(shù)；而西北工業(yè)大學的一篇“基于光纖傳感器的油井多相流量計量方法研究”的文章，介紹利用多相流體的平均折射率隨各相比例的不同而發(fā)生變化的原理來測量各單相所占比例，此種方法需要測量光反射率和透射率。
[0004]上述幾種文章中的結(jié)構(gòu)，均存在雜音干擾，從而導(dǎo)致測量精度低，且石油對光的吸收損耗大導(dǎo)致無法精確測量各相流體持率的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的壓差密度儀器測量多相流體的總流量剖面及各相流體持率的測量精度低的問題，提出了光纖多相流量計。
[0006]光纖多相流量計，它包括光柵解調(diào)儀和光纖布里淵解調(diào)儀，它還包括膜片、應(yīng)力桿、光纖光柵、殼體和光纖；
[0007]殼體為橫截面為矩形的桶體，該桶體的開口朝下，所述殼體中間設(shè)置一隔板使殼體分為上腔和下腔，所述上腔的側(cè)壁上開有一號開孔，殼體的桶底開有二號開孔；
[0008]殼體的開口側(cè)覆蓋有膜片，
[0009]應(yīng)力桿位于下腔內(nèi)，其兩端分別與隔板與膜片接觸，且所述應(yīng)力桿垂直于膜片；光纖光柵貼在應(yīng)力桿的外表面；
[0010]光纖的一端位于殼體的外部，光纖的另一端穿過一號開孔和二號開孔并與光纖布里淵解調(diào)儀的信號輸入端連接；
[0011]光纖光柵的波長漂移信號輸出端與光柵解調(diào)儀的波長漂移信號輸入端連接。
[0012]本發(fā)明所述的光纖多相流量計，采用膜片、應(yīng)力桿和光纖光柵，當有流體流過膜片時，膜片受到流體的沖擊力產(chǎn)生變形從而帶動應(yīng)力桿產(chǎn)生了壓縮，粘貼于應(yīng)力桿上的光纖光柵產(chǎn)生協(xié)同變形，光纖光柵產(chǎn)生波長漂移，光纖光柵的反射光攜帶波長漂移信息到達光纖光柵解調(diào)儀，最后通過光纖光柵解調(diào)儀測量獲得光纖光柵的波長漂移量，進而獲得多相流體的總流量。整個過程在流量計內(nèi)部執(zhí)行，沒有任何雜音干擾，且膜片和應(yīng)力桿均采用壓力敏感元件，達到了對流體的多相流量的準確測量，相比現(xiàn)有的壓差密度儀器，測量精度提高了 10%以上。
[0013]本發(fā)明還通過光纖和光纖布里淵解調(diào)儀，測得流體的兩相組分，根據(jù)布里淵頻移與持率之間的關(guān)系，最終獲得多相流體的持率。本發(fā)明利用了光的布里淵散射，實時性好、反射效率高、增益強度大，有利于信號探測，而且信噪比高，使測量更加精確，屬于非接觸探測。本發(fā)明還適用于惡劣環(huán)境及人員、設(shè)備不便直接到達的環(huán)境的監(jiān)測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本申請所述的光纖多相流量計的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的方框8為油管，箭頭9為流體的流向。

【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一、參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的光纖多相流量計，它包括光柵解調(diào)儀6和光纖布里淵解調(diào)儀7，它還包括膜片1、應(yīng)力桿2、光纖光柵3、殼體4和光纖5 ；
[0016]殼體4為橫截面為矩形的桶體，該桶體的開口朝下，所述殼體4中間設(shè)置一隔板4-1使殼體分為上腔4-2和下腔4-3,所述上腔4-2的側(cè)壁上開有一號開孔4-4,殼體4的桶底開有二號開孔4-5 ；
[0017]殼體4的開口側(cè)覆蓋有膜片I,
[0018]應(yīng)力桿2位于下腔4-3內(nèi)，其兩端分別與隔板4-1與膜片I接觸，且所述應(yīng)力桿2垂直于膜片I ;光纖光柵3貼在應(yīng)力桿2的外表面；
[0019]光纖5的一端位于殼體4的外部，光纖5的另一端穿過一號開孔4-4和二號開孔4-5并與光纖布里淵解調(diào)儀7的信號輸入端連接；
[0020]光纖光柵3的波長漂移信號輸出端與光柵解調(diào)儀6的波長漂移信號輸入端連接。
[0021]在使用本實施方式所述的光纖多相流量計時，將光纖多相流量計放置在油氣井的油管8內(nèi)，當油管8內(nèi)有流體垂直于流量計的膜片I運動時，膜片I受到流體的沖擊力產(chǎn)生的變形帶動應(yīng)力桿2產(chǎn)生了壓縮,粘貼于應(yīng)力桿2上的光纖光柵3產(chǎn)生協(xié)同變形,光纖光柵3的Bragg波長產(chǎn)生漂移，膜片受到推力的作用，力的大小與流體的動能和膜片的面積成正t匕，當管道的雷諾數(shù)大于流量計的界限雷諾數(shù)時，流量與膜片受到的力有確定的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系，而膜片受到的力還與光纖光柵波長漂移量有關(guān)，所以通過光纖光柵解調(diào)儀測得光纖光柵Bragg波長漂移量，進而獲得多相流體的總流量。其工作原理在【具體實施方式】六后面。
[0022]光纖布里淵解調(diào)儀7發(fā)出一束脈沖光，該脈沖光經(jīng)光纖5發(fā)送至流體，該脈沖光射入流體后產(chǎn)生布里淵散射并形成散射光，背向散射光的頻移與流體的聲速相關(guān)，通過對布里淵頻移的測量計算得到混合流體的聲速，而流體的聲速與各單相流體的聲速和密度具有相關(guān)性，并且這個相關(guān)性普遍存在于兩相氣/液和液/液混合流體系統(tǒng)中，也適用于多相混合流體系統(tǒng)，所以通過測得的聲速的差別區(qū)分多相流體中兩相組分，最后通過布里淵頻移與持率之間的關(guān)系獲得各相流體持率。在實際應(yīng)用中通過測量布里淵頻移得到多相流體的持率。
[0023]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，將光纖光柵、應(yīng)力桿與流體隔離，還起到了保護傳感元件的作用。
[0024]膜片作為流體的作用力的感應(yīng)元件，并將作用力傳遞給應(yīng)力桿和光纖光柵，避免了傳感材料氧化腐蝕和結(jié)構(gòu)疲勞等問題，提高了測量多相流體總流量的靈敏度。
[0025]【具體實施方式】二、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的光纖多相流量計的進一步說明，本實施方式中，殼體4為合金鋼殼體。
[0026]【具體實施方式】三、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的光纖多相流量計的進一步說明，本實施方式中，膜片I為氟橡膠膜片。
[0027]本實施方式中，膜片采用剛性穩(wěn)定、彈性范圍大、屈服應(yīng)力大的氟橡膠，其應(yīng)變能力強，反應(yīng)靈敏，獲得的應(yīng)變力精確，進一步保證了油氣井的總流量的精度。
[0028]【具體實施方式】四、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的光纖多相流量計的進一步說明，本實施方式中，應(yīng)力桿2為鉻鎳不銹鋼應(yīng)力桿。
[0029]【具體實施方式】五、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的光纖多相流量計的進一步說明，本實施方式中，光纖5與殼體的一號開孔4-4和二號開孔4-5之間是密封連接的。
[0030]【具體實施方式】六、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的光纖多相流量計的進一步說明，本實施方式中，光纖光柵3的中心波長的取值范圍為1525nm~1605nm。
[0031]獲得多相流體的總流量的原理:
[0032]基本思想是通過測量光纖光柵的Bragg波長漂移量來獲得多相流體總流量，其中
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膜片與流體接觸時的受力公式為

【權(quán)利要求】
1.光纖多相流量計，它包括光柵解調(diào)儀(6)和光纖布里淵解調(diào)儀(7)，其特征在于，它還包括膜片(I)、應(yīng)力桿(2)、光纖光柵(3)、殼體⑷和光纖(5)； 殼體(4)為橫截面為矩形的桶體，該桶體的開口朝下，所述殼體(4)中間設(shè)置一隔板(4-1)使殼體分為上腔(4-2)和下腔(4-3)，所述上腔(4-2)的側(cè)壁上開有一號開孔(4_4)，殼體⑷的桶底開有二號開孔(4-5)； 殼體(4)的開口側(cè)覆蓋有膜片(1)， 應(yīng)力桿(2)位于下腔(4-3)內(nèi)，其兩端分別與隔板(4-1)與膜片(I)接觸，且所述應(yīng)力桿(2)垂直于膜片(I);光纖光柵(3)貼在應(yīng)力桿(2)的外表面； 光纖(5)的一端位于殼體(4)的外部，光纖(5)的另一端穿過一號開孔(4-4)和二號開孔(4-5)并與光纖布里淵解調(diào)儀(7)的信號輸入端連接； 光纖光柵(3)的波長漂移信號輸出端與光柵解調(diào)儀￠)的波長漂移信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖多相流量計，其特征在于，殼體(4)為合金鋼殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖多相流量計，其特征在于，膜片(I)為氟橡膠膜片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖多相流量計，其特征在于，應(yīng)力桿(2)為鉻鎳不銹鋼應(yīng)力桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖多相流量計，其特征在于，光纖(5)與殼體的一號開孔(4-4)和二號開孔(4-5)之間是密封連接的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖多相流量計，其特征在于，光纖光柵(3)的中心波長的取值范圍為1525nm?1605nm。
【文檔編號】G01F1/36GK104197999SQ201410503482
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】張洪濤, 宋文平, 李隆球, 劉麗麗, 何俊, 張廣玉, 王振龍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學