持气率测量光纤探针敏感头仿真及形状优化.pdf

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1、石油管材与仪器·82·PETROLEUMTUBULARGoODS&DSTRUMENTS2015年4月·仪器设备与应用·持气率测量光纤探针敏感头仿真及形状优化张勇李英伟刘兴斌王振玉沈染庆(1．大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司黑龙江大庆163100；2．燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004)摘要：文章针对传统光纤探针传感器测量持气率灵敏度差的问题，以光纤光学原理为基础，基于光学设计软件Zemax纯非序列模式，分析光线在不同形状光纤敏感头中的传输情况，对光纤探针敏感头结构进行优化。按单光纤探针的形状，初步设计四种敏感头形状并模拟其光路，经过百万次的光线追迹，对探测器

2、上的回光能量进行收集并对比分析，最终设计出最优形状光纤探针敏感头。关键词：光纤探针传感器；Zemax；持气率；仿真模型中图法分类号：TE372文献标识码：A文章编号：2096—0077(2015)02—0082—03OptimizedMeasurementofGasHoldupoftheOpticalFiberProbeSensitiveHeadStructureZHANGYongLIYingweiLIUXingbinWANGZhenyuSHENRanqing(1．Logging&TestingServicesCompanyofDaqingOilfieldCo．LTD，Daqi

3、ng，Heilongiiang163100，China2．CollegeofInformationScienceandEngineering，yanshanuniversity，Qinhuangdao，Hebei066004，China)Abstract：Aimingataopticalfiberprobesensorheadheldgasratesensitivityproblemfortraditionalfiberprobesensormeasurement，basedontheprincipleofopticalfiber，andbasedopticaldesignso

4、ftwareZemaxpurenon—sequentialmode，analysingthetransmissionoflightinthediferentshapeoftheopticalfiber，afteramillionlighttraceanalysisoftheenergyofthedetector，optimizedtheopticalfiber．Theshapeofthesingle—fiberprobe，preliminarydesignandsimulatetheopticalpath，drawfourdiferentshapesoftheprobesens

5、itivity，designtheop—timalshape．Keyword：opticalfibersensor，zemax，gasholdup，simulationmodel非序列模式]，建立探针及其耦合光路仿真模型，对光0引言纤内部光线进行追迹，通过百万次的光线追迹，分析光线在不同形状光纤敏感头中的传输情况。模拟耦合系油井实际生产中，持气率测量是油气水三相流参数统中经光纤探针敏感头反射回探测的光线，收集回光能测量中一个重要的研究内容，但油气水三相流的流动特量并对探测器上的回光能量进行对比分析，研究探针置性十分复杂，致使油气水三相流持气率的测量难度较于空气介质中时探针形状对

6、其灵敏度产生的影响，对光大。国内外发展了多种测量持气率的方法，但各种方法纤探针敏感头结构进行优化设计，以期更准确的进行油都有其针对性和局限性。探针法因其抗电磁干扰、气水三相流持气率测量。耐腐蚀、灵敏度高等优点在多相流持气率测量中得到广泛应用J。目前我国多数油田已经进入高含水阶段，1光纤探针测量原理针对传统光纤探针传感器测量持气率灵敏度差的问题，研究了光纤探针传感器敏感头优化设计方法。因此本光纤探针法的测量原理是利用气相和液相对光的文以光纤光学原理为基础，基于光学设计软件Zemax纯折射率不同，根据探针头部接收到的折射光强度不同，项目基金：国家科技重大专项，项目编号：2011ZX

7、05020—006。第一作者简介：张勇，男，1967年生，高级工程师，1991年毕业于石油大学(华东)测井专业，目前在大庆油田测试技术服务分公司从事生产测井仪器研发工作。E·mail：dlts—zhangy@petrochina．com．cn2015年第1卷第2期张勇等：持气率测量光纤探针敏感头仿真及形状优化来分辨探针头部是处于气相还是液相。当光纤探针端英材料)，包层的半径设置为0．33，材料设置为LZ—OK4部与气相接触时，人射光在棱镜上发生全反射；当光纤(满足其NA=0．22)，纤芯放在