光纤光栅多相流技术

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1、一、光学法测量井下多相流中气相流量的方法研究宋红伟 郭海敏 戴家才 【摘要】：在传统的三相流测井中,流量测量是油气水三相的总体响应,无法直接获得分相流量,给测井资料的解释带来很大困难。采用光学多普勒-反射波法,利用光学多普勒效应测量流体中气相的流速,利用反射光波强度测量持气率;通过非集流的方式,在基本不改变流体流动状态的情况下,实现井下多相流中气相流量测量。测量数据反映了被测流动截面上不同介质的光学特性,由计算机根据特定算法将其转化为图像像素,进而重建和显示气相截面图像。该测量方法可实现同一界面上多点测量和多界面测量,可以获得多相流体流动截

2、面的相态分布和速度分布的清晰图像,实现真正的流动成像测量。【作者单位】：长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室;长江大学地球物理与石油资源学院;【关键词】：多普勒效应光学成像分相流量生产测井多相流体流动持气率光学法测量流量测量反射率反射光【基金】：湖北省自然科学基金资助项目“光纤传感技术及其在油气井多相流动监测中的应用研究”(2007ABA077)中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金资助项目“基于光纤传感技术的油藏动态监测理论研究”(06E1027)【分类号】：TH814【DOI】：CNKI:SUN:SYJI.0.2009-10

3、-003【正文快照】：0引言生产测井是监测油气田开发动态的主要技术手段。油气田开发动态监测的重要途径是测量采油井和注水井内的流体流动剖面,测量的目的是了解生产井段产出或吸入流体的性质和流量,对油井生产状况和油层生产性质做出评价。油、气、水三相流测量不仅是世界性难题,而且是世界范二、光纤传感技术在多相流体参数检测中的应用徐荣[1]龚倩[2][1]武警工程学院,陕西西安710086[2]中科院西安光学精密机械研究所,陕西西安710068摘　　要:论述了一种新型多相流体参数测试方法，传感机理为弯曲光纤的传输光功率随外界介质折射率变化，在分析光纤弯

4、曲波导输光能损耗与弯曲半径，外界折射率等因素关系的基础上，提出一种U型结构的光纤传感器系统，并将其应用于多相流体参数测试仪器中，进行了初步研究和探讨，该系统以U型光纤传感头和微控制器，可编程外围芯片为核心，构成的数字化，小型化光纤传感系统，能不分相地，实时地，连续地对阵列式分布的传感器进行数据采集，分析，求统计平均值来获得多相流体的流动参数，分布状况，本系统抗干扰能力强，具有开机自检，过程报警，通信接口等功能，可与过程控制网络连接，支持流行的现场总线协议。三、用于永久性井下监测的光纤多相流量计2003-08-1409:48:15   中国石

5、油网消息：实时井下多相流量数据对于生产优化极具价值，特别是对于那些高成本的深水开发和多分支井更具有重要意义。现在已研制了一种用于井下永久监测的全光纤多相流量计，井下流动数据的应用包括：（1）确定各产层的产量；（2）识别生产异常，确定发生异常的产层段位置；（3）直接确定生产指数；（4）确定混合流体的产量；（5）减少地面测试的次数。（6）减少地面测试设施。   1.光纤流量计独特的设计   新的永久井下光纤流量计提供实时井下测量，包括压力、温度、流量和各相流体的体积分数（即持率）。该流量计包括分布在一根光纤上的布拉格光栅传感器阵列，提供覆盖全井

6、眼的多种全光学测量。测量设备是在完井时和生产油管柱一起下入井中。流量计的测量系统由两个模块组成：上部总成包括光纤压力传感器和温度传感器；下部总成包括光学流量传感器和相体积分数传感器。可以用一根光纤测量压力、温度和流量。   2.工作原理   (1)声速测量。为了测量混合流体的声速，流量计根据不稳定压力测量生产油管中流体流动时产生的噪声。噪声可能来自任何与生产相关的声源，包括射孔孔眼中流体的流动、节流阀、气泡破裂声、电潜泵及气举阀等。   (2)混合流体的总速度。光纤流量计应用互相关技术确定总的流体速度。在理想情况下，下部传感器与上部传感器的

7、测量信号有一个时间延迟。因此测定轴向上上、下两个测量信号的时间差就能确定流体速度，进而推算出体积流量。   (3)各相流体的体积分数。流量计通过测量声速来确定两相混合流的相组分。混合流体的声速与各单相流体的声速和密度具有相关性。这个相关性普遍存在于两相气/液和液/液混合流体系统中，而且也适用于多相混合流系统。光纤流量计通过声速差别来区分混合流体中两相组分。   3.混合流体中各相流体的流量   根据混合流体的声速确定各相流体的体积分数，就是测量流过流量计的各单相体积分数（即持率测量）。某一流体相持率是否等于该相流动体积分数，取决于该相相对于

8、其它相是否存在严重的滑脱现象。对于不存在严重滑脱的油水两相混合流系统，可以用均匀流动模型进行分析。对于存在严重滑脱现象的流动状态，则必须应用更完善的滑脱模型来解释流量计测量的数据