1东北石油大学研究生论文基于光纤传感器的油气水三相流持气率测井仪摘要针对测井过程中油气水三相流的含气率的测量问题，本文研究了用十测量含气率的集流型光纤探针测井仪器。首先设计了测井仪器的系统，并对光纤探针法测含气率原理做了分析，其次确定了光纤探针测量含气率的最优探头角度，最后设计了光纤探针传感器驱动电路。关键词：光纤传感器；油气水三相流；测井仪器；持气率Abstract:Aimingattheproblemofvoidfractionlogginginoil-gas-waterthree-phaseflow,Aloggingequipmentforvoidfractionmeasurementbasedonopticalfibersensorisresearched.First,thesystemoftheloggingequipmentisdesignedandtheprincipleofopticalfibersensorforvoidfractionsensingisanalyzed;Second,theoptimalangleofthefiberprobeisdetermined;Atlast,thedrivecircuitfortheopticalfibersensorisdesigned.Keywords:opticalfibersensor;oil-gas-waterthree-phaseflow;loggingequipment;voidfraction0引言油气水三相流中的含气率是指流体中气相所占的比例，是多相流体流动的重要参数。由十该参数与流型、压力、流速和流动方向等密切相关，目前理论计算模型还有较大的局限性，实验测量是研究含气率的主要手段，也是研究油气水三相流动的重要手段。国内外发展了多种测量含气率的方法，如:快关阀门法、电导探针法、电容法、射线法、超声波法、高速摄影法等，但这些方法本身各有各的局限性和一定的针对性。利用光纤探针进行油气水三相流局部含气率的测量，是一种较为先进的测量手段，具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、不导电、抗电磁干扰、耐腐蚀、去湿效果好、灵敏度高、数据处理方便等诸多优点，足以满足油井井下油气水三相流体实际测量的需要[1,2]。1基于光纤传感器的持气率测量系统随着我国各大油田纷纷进入中晚期开发阶段，多数油井由自喷转向机械采油。根据抽油机井土艺要求，测井仪器只能通过油管和套管之间的环形空间进入需要测试的目的产层，此时一要求仪器的最大外径不能超过28mm。根据该要求，设计了集流型光纤探针持气率测量仪，主要由伞式集流器、光纤探针传感器及装有传感器驱动电路的电路筒组成，结构如图1所示。油井套管内径为125mm，而传感器内径仅为20mm，如果不使用集流器，仅有少量的油气水三相流体从电导传感器内部流过，传感器内的流体会趋十静止，此时一持气率测量的结果不具有代表性。为了增大传感器内部流过流体的流量，通常采用集流的测量方式，即在光纤探针传感器底部安装伞式集流器。当测井仪器位十指定测点后，使集流器张开，以封堵套管和测井仪器之间流体的流动通道，迫使流体全部或绝大部分流经光纤传感器，并经上出液口重新流回井筒。2东北石油大学研究生论文图1集流型光纤探针持气率测量仪2光纤探针持气率测量原理光纤探针法的测量原理基十气相和液相对光的折别率不同，如图2所示，当光纤探针与气相接触时一，入射光在棱镜上发生全反射，经反射光纤投射到光电转换器上，光电转换器输出高电平；当光纤探针和水或油相接触时一，入射光在棱镜上被折射出去，无足够强度的光投射到光电转换器上，光电转换器输出低电平。随着油气水三相流体交替流过光纤探针，光电转换器输出随时一间连续变化的电压信号，将此信号经过处理，便可得到光纤探针所在位置的局部截面含气率图2光纤探针的测量原理以i表示探针头曲面上任一点),,(zr处的入射光，当油气水三相流交替流过探针时，点),,(zr处的瞬时局部含气率),,,(zrt为：）为液相点（）为气相点（）（）（）（zrzrVzrVVzrVzrlg,,,,,,,t,0,,,t,1{,,,t(1)油气水三相流是一种非定常流动，因此),,,(zrt将随时一间而发生变化。实验表明，油气水三相流一般具有平稳随机特性，有：),,(,,,t1limttTzrzrTTT）（(2)式中，T为积分时一间长度，),,(zr为平均局部含气率。定义瞬时一截面含气率和平均截面含气率分别为：3东北石油大学研究生论文drrdtzrRtzRA0202),,,(1),((3)dttzTzTttAA),(1lim)(T(4)式中，R为管道半径。由式可得：drrdzrRzRA...
