CN111197478A - 光纤压差流量测井系统及其测井方法 - Google Patents
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Abstract
一种光纤压差流量测井系统及其测井方法，由光纤Bragg光栅压差传感器和光纤光栅测量系统组成，光纤Bragg光栅压差传感器将采集的流体总压和静压分别传导至应变筒内外部，内外压差引起附着在应变筒外表面光纤Bragg光栅波长的改变。地面宽带光源入射到Bragg光栅产生的反射光的波长随之发生相应变化，通过解析反射光谱，实现对压差的检测，压差的大小与流体流速正相关，由流速进而求得体积流量，该方法不受启动排量、砂卡、滑脱速度等因素的影响，应用范围相对较宽。
Description
技术领域：
本发明涉及一种井下流体流量测量系统，实现对油气水井的各层产量或注入量的计量。属石油测井施工中生产测井和套管质量检测专用仪器技术领域。
背景技术：
在石油勘探和开发的过程中，确定生产井中各分层产量及注入井各分层注入量，可给油气水井堵水、调剖提供技术支持数据，并评价油气水井作业效果；根据流量数据的变化情况，确定井下有无井液漏失及漏失量的大小，评价套管损坏状况及程度，流量测井对提高油气采收率具有重要意义。在现有技术中，涡轮流量受启动排量、砂卡等因素的影响、相关流量及氧活化测井等方法受滑脱速度的影响较大、电磁流量测井受制于持率，因而这些测量方法的适用井况受限、应用范围较窄。
发明内容：
本发明提供一种光纤压差流量测井系统及其测井方法，采用光纤光栅压力测量技术获取井中流体总压和静压之差，压差的大小与流体流速正相关，由流速进而求得体积流量，该方法不受启动排量、砂卡、滑脱速度等因素的影响，应用范围相对较宽，其技术方案如下：
一种光纤压差流量测井系统，包括宽带光源、光谱解调器、光纤Bragg光栅压差传感器，所述光纤Bragg光栅压差传感器由传感器外壳、中心导管、活塞、应变筒组成，所述应变筒外表面周向布有光纤Bragg光栅。
进一步的，所述应变筒为圆柱形。
进一步的，所述光纤Bragg光栅压差传感器上设有总压取孔、静压取孔。
进一步的，所述传感器外壳上设有注油口。
进一步的，所述光纤Bragg光栅与传感器外壳之间设有光纤密封。
进一步的，还包括光隔离器。
进一步的，还包括光纤环形镜。
进一步的，一种用于所述光纤压差流量测井系统的测井方法，光纤Bragg光栅压差传感器将采集的流体总压和静压分别传导至应变筒内外部，应变筒的容积在内外压差的作用下会产生变化，其变化量
与压差
成一定的线性函数关系。光纤Bragg光栅附着在应变筒外表面沿圆周分布，应变筒容积的变化使应变筒产生形变，从而使光纤光栅产生轴向应变，引起光纤Bragg光栅波长的漂移
，（1）地面宽带光源入射到Bragg光栅产生的反射光的波长随之发生相应改变，通过解析反射光谱，实现对压差的检测，对于重力场中的不可压缩均质流体，可根据伯努利方程推导出流体速度
- 
为流体密度，
- 
为常数，其值为2gh，g为重力加速度，h为总压孔与静压孔的垂直距离，
体积流量
（3），
单位为m3/d，
S为流体管道截面积与压差传感器截面积之差。 附图说明
图1 为光纤压差传感器外观图 。
图 2为光纤压差传感器轴剖面图。
图3为光纤光栅测量系统框图。
图中：1-总压取孔，2-静压取孔，3-注油口，4-光纤密封，5-密封座，6-应变筒，7-活塞，8-中心导管，9-光纤Bragg光栅。
具体实施方式：
参见图1-2。压差传感器底部迎向流体流动方向，为直径为d的半球状，顶端开有直径为0.1d～0.4d的总压取孔1，流体总压经中心导管8直接传入圆柱形应变筒6的内部，在距离底部大于或等于3d处开有Φ0.5mm～Φ2mm的4～6个静压取孔或缝2，流体静压经中心导管8与传感器外壳之间的环形空间传导至活塞7，并经环形空间和圆柱形应变筒6周围充满的硅油传递给应变筒6的外表面。将光纤Bragg光栅9用高温胶（如环氧树脂）在应变筒6的外表面沿圆周方向粘结一圈后经光纤密封4引出，通过光纤电缆与光纤Bragg光栅压差地面测量系统相连接，接收地面光源信号并反射波长随压差变化的光信号。注油口3用于给应变筒6周围及活塞7以上的环形空间注入或补满硅油。密封座5用于与承压外壳连接，总压取孔1和静压取孔或缝2暴露于流体中，密封座5以上部分处于承压外壳内。
图3为光纤光栅测量系统框图，宽带光源采用基于C波段ASE光源，主要由:泵浦激光器(Laser)、掺饵光纤(Erbium-dopted Fiber)、隔离器(ISO)和波分复用器(WDM) 等四部分组成。光隔离器使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好地隔离，既提高光波传输效率，又可以消除反馈信号引起的不稳定。光纤环形镜作为ASE的反射镜来实现双程增益，提高泵浦源激光器的转化效率，提高ASE光源的输出功率并优化其输出谱的平坦度，采用3dB耦合器制作形成，宽带光的反光比达到95%。
由宽带光源发出的光经过光学隔离器后，进入光纤环形镜，经光纤光栅传感器反射回随压差变化的单一波长的光进入光谱解调器，在控制软件作用下从光谱信息解调出波长漂移值
，再由测量软件根据公式（1）还原为待测的压差信号，进而利用公式（2）、（3）求出体积流量。
Claims (8)
1.一种光纤压差流量测井系统，其特征是，包括宽带光源、光谱解调器、光纤Bragg光栅压差传感器，所述光纤Bragg光栅压差传感器由传感器外壳、中心导管、活塞、应变筒组成，所述应变筒外表面周向布有光纤Bragg光栅。
2.根据权利要求1所述的光纤压差流量测井系统，其特征是，所述应变筒为圆柱形。
3.根据权利要求1所述的光纤压差流量测井系统，其特征是，所述光纤Bragg光栅压差传感器上设有总压取孔、静压取孔。
4.根据权利要求1所述的光纤压差流量测井系统，其特征是，所述传感器外壳上设有注油口。
5.根据权利要求1所述的光纤压差流量测井系统，其特征是，所述光纤Bragg光栅与传感器外壳之间设有光纤密封。
6.根据权利要求1所述的光纤压差流量测井系统，其特征是，还包括光隔离器。
7.根据权利要求1任一所述的光纤压差流量测井系统，其特征是，还包括光纤环形镜。
8.一种用于权利要求1-7任一所述的光纤压差流量测井系统的测井方法，其特征是，光纤Bragg光栅压差传感器将采集的流体总压和静压分别传导至应变筒内外部，应变筒的容积在内外压差的作用下会产生变化，其变化量Δv与压差P差成一定的线性函数关系。光纤Bragg光栅附着在应变筒外表面沿圆周分布，应变筒容积的变化使应变筒产生形变，从而使光纤光栅产生轴向应变，引起光纤Bragg光栅波长的漂移
地面宽带光源入射到Bragg光栅产生的反射光的波长随之发生相应改变，通过解析反射光谱，实现对压差的检测，对于重力场中的不可压缩均质流体，可根据伯努利方程推导出流体速度
-ρ为流体密度，
-α为常数，其值为2gh，g为重力加速度，h为总压孔与静压孔的垂直距离，
体积流量Q＝86400vS (3)，
单位为m3/d，
S为流体管道截面积与压差传感器截面积之差。
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