CN105547379A - 一种基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，所述流量计包含：检测管段、偏振分析模块和双偏振光纤传感器；所述检测管段设置于待测管路上且所述检测管段内部设有导流通道；所述双偏振光纤传感器设置于所述检测管段内，用于测量经由所述导流通道的液体的流量参数；所述偏振分析模块与所述双偏振光纤传感器相连，用于根据所述流量参数获得待测流量数据。
Description
技术领域
本发明涉及油田高效分层注水测调技术领域，特别是一种基于双偏振态光纤传感器件的用于石油行业采出井及注驱井井下流量测量的新式流量计。
背景技术
在油田的开发和发展过程中，人们需要了解在采出液或注水注聚过程中有关井内流体的特性与状态的详细资料，其可靠性、准确性、时效性是至关重要的。尤其是对开发智能井系统的需要,即永久井下监控完井系统。永久监控不仅是指井下压力和温度的测量，还应具有流体流量的测量项目。实时、连续的井下流量测量资料可以帮助确定产能指数、油层产量分配、辨别和确定生产异常等，用途很广。因为井下的环境的复杂性和特殊性，要求能做到长期实时连续检测流量的流量计具应该有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、适应低速小流量测量、高灵敏性等特点。
常规的电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、涡轮流量计等，因为自身结构等特点难以适应上述条件要求不能做到永久性检测，且可用于井下测量的流量计由于应用环境的特殊性其结构都很复杂，成本都非常昂贵。另外，随着光纤技术的发展，布拉格光纤光栅传感器成为了流量计组成的重要部分，但是这种传感器对低速小流量的检测仍然不够敏感，导致流量计的精度较低，量程不全。同时电子类传感器存在密封性差、易漏电、易腐蚀、受电磁干扰等问题。
光纤传感器采用光纤进行传感和传输，不存在上述问题，因此近年得到了越来越多的重视。但是目前的光纤流量计仍存在较多问题。
李川等人提出了一种靶式光纤光栅液体流量计(中国发明专利申请200910094845.0)，该流量计采用阻流靶、连杆、悬臂等一系列传递机构将流体引起的在阻流靶上的压力传递给光纤光栅，通过光栅光谱的变化测得流量。该设计的不足在于：1)阻流靶影响了原有管道内的流场和流量；2)需要增加轴封片、设置长条孔等，工艺和结构复杂，尤其是需要对连杆这一可动机构进行密封，可靠性低。
张强等人同样提出了“带温度补偿的光纤光栅液体流量传感器”(中国发明专利申请200910229030.9)，该传感器中采用“弹性舌”感受流体引起的压力，其不足在于：1)弹性舌本身同样会影响原有管道中的流量和流场特性；2)光纤光栅的方向与流体方向不平行，流体流动会对光纤光栅产生附加应力，从而影响测量精度。
高应俊等人在实用新型专利“光纤光栅流量传感器”中也公开了一种类似的结构，该结构采用将光纤光栅布置于“片状物”上的方法进行流量测量，片状物感受流体的压力。该方案存在与上述两个方案相同的不足：片状物同样会影响原有管道中的流量和流场特性。此外，光纤光栅与片状物连为一体容易产生啁啾，从而影响测量精度。
因此，如何使流量计不影响原管道的流量和流场，使光纤不受其它附加作用的影响并提高灵敏度，以及简化流量计的结构和工艺，成为光纤流量计目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于双偏振态光纤器件的流量计，用于石油井下流体流量的监测，重点解决井下高温高压环境下流量计可靠性、流量计影响原管道的流量和流场，光纤受其它附加作用的影响，以及提高流量计的灵敏度问题。
为达上述目的，本发明具体提供一种基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，所述流量计包含：检测管段、偏振分析模块和双偏振光纤传感器；所述检测管段设置于待测管路上且所述检测管段内部设有导流通道；所述双偏振光纤传感器设置于所述检测管段内，用于测量经由所述导流通道的液体的流量参数；所述偏振分析模块与所述双偏振光纤传感器相连，用于根据所述流量参数获得待测流量数据。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述导流通道为圆锥形结构，所述导流通道进水口大于所述导流通道出水口。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述流量计还包含整流管段和出水管道；所述整流管段用于连接被测管道；所述检测管段分别与所述整流管段和所述出水管道相连；所述出水管道用于导出所述检测管段内待测液体。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述整流管段与所述检测管段之间设有密封环，所述密封环用于对所述整流管段与所述检测管段之间的连接口作密封处理。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述检测管段包含前检测管段和后检测管段，所述前检测管段与所述后检测管段通过紧定螺钉连接紧固构成所述检测管段。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述偏振分析模块与所述双偏振光纤传感器通过光纤连接。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述双偏振光纤传感器包含光纤激光器或相移光栅或长周期光栅或啁啾光栅。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述双偏振光纤传感器嵌入式设置于所述检测管段内壁上，用于测量经由所述导流通道的液体的流量参数。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述检测管段内设置有安装槽，所述安装槽用于放置所述偏振分析模块和所述双偏振光纤传感器。
在上述基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计中，优选的，所述安装槽内设置有密封套，所述密封套用于包覆所述偏振分析模块和所述双偏振光纤传感器。
本发明所提供的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计为石油井下流量监测提供了一种新的测量手段，该流量计不同于涡轮、涡街、靶式等传统流量计的测量原理，采用光纤激光器直接对被测流体的体积流量进行测量，且不影响中心通道，能够应用在采油、注水等多个井下工艺中，且具有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、适应低速小流量测量、高灵敏性等特点，不仅解决流量计影响原管道的流量和流场，光纤受其它附加作用的影响，而且提高流量计的可靠性、灵敏度，解决干扰、腐蚀等问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明提供的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计的局部剖视图。
图2是图1中A-A剖视图。
图3是图1中双偏振光纤器件总成与偏振分析模块的放大示意图。
其中，1.整流管段，2.密封环，3.检测管段，4.偏振分析模块密封组件，5.偏振分析模块密封端盖，6.偏振分析模块密封底座，7.双偏振态光纤传感器，8.偏振分析模块，9.出水管段，10.紧定螺钉，11.传导光纤，12.密封套。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
请参考图1所示，本发明具体提供一种基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，所述流量计包含：检测管段3、偏振分析模块8和双偏振光纤传感器7；所述检测管段3设置于待测管路上且所述检测管段3内部设有导流通道；所述双偏振光纤传感器7设置于所述检测管段内，用于测量经由所述导流通道的液体的流量参数；所述偏振分析模块8与所述双偏振光纤传感器7相连，用于根据所述流量参数获得待测流量数据。
在上述实施例中，所述导流通道为圆锥形结构，所述导流通道进水口大于所述导流通道出水口。通过该结构使得待测液体在进入所述导流通道后，由于导流通道的渐变结构，对导流通道壁产生侧压力，以此，所述双偏振光纤传感器7根据所述侧压力采集所述待测液体的流量参数，所述偏振分析模块再根据所述流量参数获得所述待测流量数据。
在本发明一优选的实施例中，所述流量计还包含整流管段1和出水管道9；所述整流管段1用于连接被测管道；所述检测管段3分别与所述整流管段1和所述出水管道9相连；所述出水管道9用于导出所述检测管段内待测液体。所述检测管段3通过整流管段1和出水管道9设置在所述待测管段处对待测液体进行流量检测。
为使得该流量检测结果更为准确，在本发明一优选的实施例中，所述整流管段1与所述检测管段3之间设有密封环2，所述密封环2用于对所述整流管段与所述检测管段之间的连接口作密封处理。通过该密封环2放置整流管段1与检测管段3之间出现液体泄露等问题，保证后期流量检测结果更为准确可靠。
再请参考图1至图2所示，在上述实施例中，所述检测管段3包含前检测管段3-1和后检测管段3-2，所述前检测管段3-1与所述后检测管段3-2通过紧定螺钉10连接紧固构成所述检测管段3。通过该类分体结构，使得实际工作中，偏振分析模块8与双偏振光纤传感器7更便于安装和检修。
在上述实施例中，所述双偏振光纤传感器7嵌入式设置于所述检测管段内壁上，用于测量经由所述导流通道的液体流通导致的侧压力而产生的流量参数。所述检测管段3内设置有安装槽，所述安装槽用于放置所述偏振分析模块8和所述双偏振光纤传感器7。所述安装槽内设置有密封套12，所述密封套12用于包覆所述偏振分析模块8和所述双偏振光纤传感器7。
再请参考图1和图3所示，在本发明一优选的实施例中，所述偏振分析模块8与所述双偏振光纤传感器7通过光纤11连接；所述双偏振光纤传感器7可为光纤激光器或相移光栅或长周期光栅或啁啾光栅等，本发明在此并不作限制。
为更清楚说明本发明所提供的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，以下对所述流量计做整体说明，该流量计包括检测管段，检测管段为分体结构设计，由前检测管段和后检测管段组成，检测管段外形尺寸与整流管段外形尺寸一致，内部在流体进入的一端孔径较大，在流体流出的一端孔径较小，且孔径为渐变结构。前检测管段内侧表面上的双偏振光纤器件总成，用于测量流体的流量；前检测管段内有偏振分析模块的安装槽，安装槽外圈加工有双偏振光纤传感器件总成的密封套的安装槽，密封套嵌装到安装槽内。偏振分析模块与双偏振光纤传感器可为一体化设计，用于分析双偏振光纤器件的偏振态。双偏振态光纤传感器通过传导光纤与偏振分析模块相连，偏振态光纤传感器插接到偏振分析模块的密封底座上，通过和传感器总成的密封套过盈配合达到密封。偏振分析模块的密封端盖与密封底座旋紧牢固，以固定双偏振态光纤传感器。
请参考图1至图3所示，在上述实施例中，整流管段1，用于安装连接于被测管道；出水管段9，用于被测液体流出；整流管段1与出水管段9加工有螺纹，与检测管段两端螺纹旋紧固定，压紧密封环2达到密封效果；前检测管段3-1与后检测管段3-2为整体加工后沿轴向切开，再通过紧定螺钉10连接紧固，组成流量计检测管段，检测管段进口大，出口小，且为渐变结构；前检测管段3-1内侧表面上的双偏振光纤传感器件7，用于测量流体的流量；前检测管段3-1内有偏振分析模块8的安装槽，安装槽外圈加工有双偏振光纤传感器件7的密封套12的安装槽，密封套12嵌装到安装槽内，后检测管段3-2由紧定螺钉10紧固压紧密封套12，达到密封效果。偏振分析模块8与双偏振光纤传感器件7为一体化设计，用于分析双偏振光纤传感器件7的偏振态。双偏振态光纤传感器7通过传导光纤11与偏振分析模块8相连，偏振态光纤传感器7插接到偏振分析模块8的密封底座6上，通过密封套12过盈配合达到密封。偏振分析模块8的密封端盖5与密封底座6旋紧牢固，以固定双偏振态光纤传感器7。
本发明提供的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计的工作原理为，当流体经整流管段通过检测管段时，由于导流通道在流体进入的一端孔径较大，在流体流出的一端孔径较小，且孔径为渐变结构，会对在检测管段内侧表面上的双偏振态光纤传感器7产生侧压力，而侧压力的大小与流量相关。双偏振态光纤器件的两个偏振态在侧压力作用下的拍频将发生变化，这一变化可通过偏振分析模块8测试出，故而可以得到检测管段的流量大小，其中双偏振态光纤传感器是指可产生双偏振的光纤器件，可以是光纤激光器、相移光栅、长周期光栅、啁啾光栅等。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种双偏振态光纤流量计，采用在流体管道内侧安装光纤的方式，由于光纤封装的外径嵌入到管道内侧，避免了传感器对原管道的流量和流场的影响。
2、本发明提供的这种光纤流量计，检测管段为分体结构，便于传感器的安装。
3、本发明提供的这种光纤流量计，双偏振态的光纤传感器件仅受到流体的测压作用，不受其他作用力影响。
4、本发明提供的这种光纤流量计，利用光纤敏感元件的两个偏振模式之拍频进行流量测量，极大地提高了流量计的灵敏度。
5、本发明提供的这种光纤流量计，传感器与分析模块为一体化设计，具有更强的抗干扰能力，更高的可靠性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述流量计包含：检测管段、偏振分析模块和双偏振光纤传感器；
所述检测管段设置于待测管路上且所述检测管段内部设有导流通道；
所述双偏振光纤传感器设置于所述检测管段内，用于测量经由所述导流通道的液体的流量参数；
所述偏振分析模块与所述双偏振光纤传感器相连，用于根据所述流量参数获得待测流量数据。
2.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述导流通道为圆锥形结构，所述导流通道进水口大于所述导流通道出水口。
3.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述流量计还包含整流管段和出水管道；
所述整流管段用于连接被测管道；
所述检测管段分别与所述整流管段和所述出水管道相连；
所述出水管道用于导出所述检测管段内待测液体。
4.根据权利要求3所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述整流管段与所述检测管段之间设有密封环，所述密封环用于对所述整流管段与所述检测管段之间的连接口作密封处理。
5.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述检测管段包含前检测管段和后检测管段，所述前检测管段与所述后检测管段通过紧定螺钉连接紧固构成所述检测管段。
6.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述偏振分析模块与所述双偏振光纤传感器通过光纤连接。
7.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述双偏振光纤传感器包含光纤激光器或相移光栅或长周期光栅或啁啾光栅。
8.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述双偏振光纤传感器嵌入式设置于所述检测管段内壁上，用于测量经由所述导流通道的液体的流量参数。
9.根据权利要求1所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述检测管段内设置有安装槽，所述安装槽用于放置所述偏振分析模块和所述双偏振光纤传感器。
10.根据权利要求9所述的基于双偏振态光纤器件的石油井下流量计，其特征在于，所述安装槽内设置有密封套，所述密封套用于包覆所述偏振分析模块和所述双偏振光纤传感器。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 高靖宜: "双偏振光纤激光传感器的信号调解研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
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