光纖光柵多相流技術(shù)

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1、一、光學(xué)法測(cè)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】：在傳統(tǒng)的三相流測(cè)井中,流量測(cè)量是油氣水三相的總體響應(yīng),無(wú)法直接獲得分相流量,給測(cè)井資料的解釋帶來(lái)很大困難。采用光學(xué)多普勒-反射波法,利用光學(xué)多普勒效應(yīng)測(cè)量流體中氣相的流速,利用反射光波強(qiáng)度測(cè)量持氣率;通過(guò)非集流的方式,在基本不改變流體流動(dòng)狀態(tài)的情況下,實(shí)現(xiàn)井下多相流中氣相流量測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)反映了被測(cè)流動(dòng)截面上不同介質(zhì)的光學(xué)特性,由計(jì)算機(jī)根據(jù)特定算法將其轉(zhuǎn)化為圖像像素,進(jìn)而重建和顯示氣相截面圖像。該測(cè)量方法可實(shí)現(xiàn)同一界面上多點(diǎn)測(cè)量和多界面測(cè)量,可以獲得多相流體流動(dòng)截

2、面的相態(tài)分布和速度分布的清晰圖像,實(shí)現(xiàn)真正的流動(dòng)成像測(cè)量?！咀髡邌挝弧浚洪L(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院;【關(guān)鍵詞】：多普勒效應(yīng)光學(xué)成像分相流量生產(chǎn)測(cè)井多相流體流動(dòng)持氣率光學(xué)法測(cè)量流量測(cè)量反射率反射光【基金】：湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“光纖傳感技術(shù)及其在油氣井多相流動(dòng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究”(2007ABA077)中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司石油科技中青年創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目“基于光纖傳感技術(shù)的油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)理論研究”(06E1027)【分類(lèi)號(hào)】：TH814【DOI】：CNKI:SUN:SYJI.0.2009-10

3、-003【正文快照】：0引言生產(chǎn)測(cè)井是監(jiān)測(cè)油氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)的主要技術(shù)手段。油氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要途徑是測(cè)量采油井和注水井內(nèi)的流體流動(dòng)剖面,測(cè)量的目的是了解生產(chǎn)井段產(chǎn)出或吸入流體的性質(zhì)和流量,對(duì)油井生產(chǎn)狀況和油層生產(chǎn)性質(zhì)做出評(píng)價(jià)。油、氣、水三相流測(cè)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(cè)中的應(yīng)用徐榮[1]龔倩[2][1]武警工程學(xué)院,陜西西安710086[2]中科院西安光學(xué)精密機(jī)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(cè)試方法，傳感機(jī)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

4、曲波導(dǎo)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，提出一種U型結(jié)構(gòu)的光纖傳感器系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于多相流體參數(shù)測(cè)試儀器中，進(jìn)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(shí)時(shí)地，連續(xù)地對(duì)陣列式分布的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析，求統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)獲得多相流體的流動(dòng)參數(shù)，分布狀況，本系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有開(kāi)機(jī)自檢，過(guò)程報(bào)警，通信接口等功能，可與過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)連接，支持流行的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。三、用于永久性井下監(jiān)測(cè)的光纖多相流量計(jì)2003-08-1409:48:15???中國(guó)石

5、油網(wǎng)消息：實(shí)時(shí)井下多相流量數(shù)據(jù)對(duì)于生產(chǎn)優(yōu)化極具價(jià)值，特別是對(duì)于那些高成本的深水開(kāi)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(cè)的全光纖多相流量計(jì)，井下流動(dòng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用包括：（1）確定各產(chǎn)層的產(chǎn)量；（2）識(shí)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）減少地面測(cè)試的次數(shù)。（6）減少地面測(cè)試設(shè)施。???1.光纖流量計(jì)獨(dú)特的設(shè)計(jì)???新的永久井下光纖流量計(jì)提供實(shí)時(shí)井下測(cè)量，包括壓力、溫度、流量和各相流體的體積分?jǐn)?shù)（即持率）。該流量計(jì)包括分布在一根光纖上的布拉格光柵傳感器陣列，提供覆蓋全井

6、眼的多種全光學(xué)測(cè)量。測(cè)量設(shè)備是在完井時(shí)和生產(chǎn)油管柱一起下入井中。流量計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)由兩個(gè)模塊組成：上部總成包括光纖壓力傳感器和溫度傳感器；下部總成包括光學(xué)流量傳感器和相體積分?jǐn)?shù)傳感器?？梢杂靡桓饫w測(cè)量壓力、溫度和流量。???2.工作原理???(1)聲速測(cè)量。為了測(cè)量混合流體的聲速，流量計(jì)根據(jù)不穩(wěn)定壓力測(cè)量生產(chǎn)油管中流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。噪聲可能來(lái)自任何與生產(chǎn)相關(guān)的聲源，包括射孔孔眼中流體的流動(dòng)、節(jié)流閥、氣泡破裂聲、電潛泵及氣舉閥等。???(2)混合流體的總速度。光纖流量計(jì)應(yīng)用互相關(guān)技術(shù)確定總的流體速度。在理想情況下，下部傳感器與上部傳感器的

7、測(cè)量信號(hào)有一個(gè)時(shí)間延遲。因此測(cè)定軸向上上、下兩個(gè)測(cè)量信號(hào)的時(shí)間差就能確定流體速度，進(jìn)而推算出體積流量。???(3)各相流體的體積分?jǐn)?shù)。流量計(jì)通過(guò)測(cè)量聲速來(lái)確定兩相混合流的相組分?；旌狭黧w的聲速與各單相流體的聲速和密度具有相關(guān)性。這個(gè)相關(guān)性普遍存在于兩相氣/液和液/液混合流體系統(tǒng)中，而且也適用于多相混合流系統(tǒng)。光纖流量計(jì)通過(guò)聲速差別來(lái)區(qū)分混合流體中兩相組分。???3.混合流體中各相流體的流量???根據(jù)混合流體的聲速確定各相流體的體積分?jǐn)?shù)，就是測(cè)量流過(guò)流量計(jì)的各單相體積分?jǐn)?shù)（即持率測(cè)量）。某一流體相持率是否等于該相流動(dòng)體積分?jǐn)?shù)，取決于該相相對(duì)于

8、其它相是否存在嚴(yán)重的滑脫現(xiàn)象。對(duì)于不存在嚴(yán)重滑脫的油水兩相混合流系統(tǒng)，可以用均勻流動(dòng)模型進(jìn)行分析。對(duì)于存在嚴(yán)重滑脫現(xiàn)象的流動(dòng)狀態(tài)，則必須應(yīng)用更完善的滑脫模型來(lái)解釋流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)