油气水三相流光纤探针持气率计的设计与研究

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石油作为当今社会最重要的能源之一,在社会发展和经济建设过程中发挥着举足轻重的作用。随着国内油田开发的不断深化,油井产出剖面流动特性发生显著变化,油井多相流现象日益普遍,导致现有产液剖面测量工艺和技术不能适应新的测试环境。其中,多相流产液剖面持气率是一个非常重要的参数。目前,国内外已经研究了几种测量截面持气率的方法,如:射线法、超声波法、高速摄影法等诸多方法,但是由于石油开采环境的特殊复杂性,使得各个方法都有各自的局限性,没有一种方法能普遍适用于各种环境中的石油生产过程。采用光纤传感器,它以光波作为信息载体而与混合流体的电阻率、介电常数等参数无关,并且可以实现多点多面等分布式测量,抗干扰能力强,能够长期工作于井下。基于以上特点,利用光纤传感技术进行油气水三相流持气率的测量研究具有重要意义。本文详细介绍了双光纤锥形探针结构的选择分析,采用手工研磨的方法制作光纤探针;针对光纤持气率计的应用环境的复杂性,对制作持气率计所用的光源、光电检测器件进行了仔细的选择,设计制作了光纤传感器电路和反相输入的精密整流电路;利用C#软件编写了传感器电路的测试软件。测试数据显示:无光照时,传感器的输出数据为225mV左右的电压信号;有光照时,传感器输出数据为0。测试结果表明本文制作的传感器具有较高的灵敏度,可以进行下一步实验。本文在实验室搭建了简易的油气水三相流持气率测量的实验装置。在油水静态条件下进行了油气水三相流持气率的测量实验,在油水比例为1:1的情况下,用自己制作的光纤探针持气率计分别测量了气液比例为5%、10%、15%、20%、25%、30%时的局部持气率。在测量过程中,测量结果能够实时显示在本文用C#软件编写的持气率在线测量显示图板上。通过对已知值与实测值的误差分析得出本文制作的光纤探针持气率计测量的持气率误差控制在了5%以内。
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