油氣水三相流持氣率測量光纖探針傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計.pdf

1、針對油井井下惡劣的測量環(huán)境和流體流動的復雜性，傳統(tǒng)的持氣率測量方法測量效果較差。隨著光纖傳感技術(shù)的興起和發(fā)展，可利用光纖探針傳感器進行井下持氣率的測量。為提高光纖探針傳感器測量持氣率的可靠性和靈敏性，本文對光纖探針傳感器進行了優(yōu)化設計。為解決單光纖探針只能測量局部持氣率的局限性問題，本文設計了陣列光纖探針并進行了優(yōu)化。
　　首先，針對井下油氣水三相流持氣率難易精確測量難題，設計并優(yōu)化光纖探針傳感器。光纖探針主要由傳輸光路和探針敏感

2、頭組成。從回光強度分布和回光功率大小兩方面實現(xiàn)對敏感頭材質(zhì)和形狀的優(yōu)化，從刺穿氣泡能力和回光功率兩方面優(yōu)化了敏感頭尖端角度。針對傳統(tǒng)耦合光路傳光效率低的問題，提出了光纖束光路，根據(jù)所用光纖直徑的大小設計了16種光纖束光路，并實現(xiàn)對光路的優(yōu)化。
　　其次，針對單光纖探針傳感器只能測得其周圍局部持氣率的局限性問題，研究了陣列光纖探針方法。利用 Fluent仿真分析了不同總流量下氣相分布規(guī)律。基于Zemax建立了探針刺穿氣泡模型，仿真分

3、析了探針以不同方式刺穿氣泡時對應的響應特性變化規(guī)律。據(jù)此提出了陣列光纖探針并設計了6種結(jié)構(gòu)，從探針獲取氣相信息能力和對流體的干擾影響兩方面對陣列結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。
　　最后，研制了單光纖探針傳感器、陣列光纖探針傳感器和持氣率測井儀并進行了可行性試驗?；趦?yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)研制了藍寶石光纖探針，并對單光纖探針進行了抗油污驗證實驗。以單光纖探針為核心，基于優(yōu)化后的陣列結(jié)構(gòu)研制了陣列光纖探針和測井儀，在油氣水三相流模擬裝置上進行了動態(tài)實