CN111982862B - 一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法。该计算方法包括对光纤传感器在空气中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤空气频率；对光纤传感器在水中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤全水频率；对光纤传感器在气液混合介质中的输出频率进行测量，记录为光纤混合介质频率；通过公式计算出所对应的持气率；根据计算出的持气率获取井下原油液中的油气水的比例。本发明提供的光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，只需要测量光纤传感器在空气、水中以及气液两相流中的输出频率即可准确计算持气率，为后续判断井下原油液中油、气、水的比例情况提供较准确的指导。

Description

一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法。
背景技术
通常，气液两相流广泛存在于石油开采、动力工程、环境能源等诸多领域。
油井气液两相流中泡状流、段塞流及混状流是常见的流动结构，尤其是段塞流和混状流在集流型生产测井流量测量仪器的通道内多呈现非均匀分布特性，准确实现气液两相流持气率测量难度很大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，以克服现有技术中对气液两相流持气率的测量不准确的缺陷。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，包括如下步骤：
步骤S1、对光纤传感器在空气中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤空气频率；
步骤S2、对光纤传感器在水中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤全水频率；
步骤S3、对光纤传感器在气液混合介质中的输出频率进行测量，记录为光纤混合介质频率；步骤S4、根据上述得到的光纤空气频率、光纤全水频率以及光纤混合介质频率，通过公式计算出所对应的持气率；
步骤S5、根据计算出的持气率判断井下原油液中的油气水的比例。
优选地，步骤S4中的公式具体包括：
式中：
P1(λ)为最大输出功率，P2(λ)为待测输出功率,fc为光纤混合介质频率，fg为光纤空气频率，fl为光纤全水频率，α为光纤传感器在两相流中的损耗系数，为在测量时刻光纤传感器所测得的持气率。
(三)有益效果
本发明提供的光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，与光感传感器自身的参数无关，无需特定传感器，只需要测量光纤传感器在空气、水中以及气液两相流中的输出频率即可准确计算持气率，并且计算公式的通用性强，可以满足目前光纤传感器测量持气率的需求，为后续判断井下原油液中油、气、水的比例情况提供较准确的指导。
附图说明
图1为本发明实施例光纤传感器气液两相流持气率的计算方法的流程图；
图2为光纤探针在液体中的频率测量原理；
图3为光纤探针在气体中的频率测量原理。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图1所示，本发明提供一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，包括如下步骤：
步骤S1、对光纤传感器在空气中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤空气频率；
步骤S2、对光纤传感器在水中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤全水频率；
步骤S3、对光纤传感器在气液混合介质中的输出频率进行测量，记录为光纤混合介质频率；步骤S4、根据上述得到的光纤空气频率、光纤全水频率以及光纤混合介质频率，通过公式计算出所对应的持气率；
步骤S5、根据计算出的持气率判断井下原油液中的油气水的比例。
其中：步骤S4中的公式具体包括：
式中：
P1(λ)为最大输出功率，P2(λ)为待测输出功率,fc为光纤混合介质频率，fg为光纤空气频率，fl为光纤全水频率，α为光纤传感器在两相流中的损耗系数，为在测量时刻光纤传感器所测得的持气率。
需要说明的是，本发明实施例光纤传感器气液两相流持气率的计算方法中光纤持气率计的测量原理是利用气相和液相对光的折射率不同，使探针头部接收到的折射光强度不同，由此来分辨探针头部是处于气相还是液相。如图2和图3所示，当光纤探针与气相接触时，入射光在探针处发生全反射，经反射光纤投射到光电转换器上，光电转换器输出的电压高；当光纤探针和水或油相接触时，入射光在棱镜上被折射出去，进入被测介质，无足够强度经反射光纤投射到光电转换器上，光电转换器输出电压低。
当使用光纤持气率计测量气体时，光纤传感器在空气中的测量频率实际上就是光纤内部发射出的光在光纤传感器顶部发生全反射、光强达到最大时接收器上的输出频率fg；光纤传感器在水中的测量频率实际上就是内部发射的光在光纤传感器顶部发生透射、光强达到最小时接收器上的输出频率fl。那么，空气中的频率值与水中的频率值之差，实际上相当于光纤传感器的最大有效输出功率P1(λ)；空气中的频率值与在含有气体的两相流中测量的频率值fc之差，就是水中的发生透射等现象光强损失后输出功率P2(λ)，那么光线在光纤传感器中的总损耗则为
式中：
P1(λ)为最大输出功率，P2(λ)为待测输出功率,fc为光纤混合介质频率，fg为光纤空气频率，fl为光纤全水频率，α为光纤传感器在两相流中的损耗系数，为光纤传感器在两相流中的损耗系数，其物理意义为光纤传感器接触两相流时，发生全反射时的光功率(即光纤传感器在气相中)所占总功率的比值，即为在测量时刻光纤传感器所测得的持气率。通过下述表1、表2和表3可以得出不同参数值下的持气率。
表1 3m3/d气时光纤探针测量
液量(m3/d) 光纤全水值(Hz) 光纤空气值(Hz) 光纤测量值(Hz) 持气率(％)
5.00 1713.00 4225 2702.50 0.22
10.00 1706.75 4225 2510.75 0.17
20.00 1728.00 4225 2331.25 0.12
30.00 1745.75 4225 2278.00 0.10
50.00 1763.50 4225 2151.75 0.07
表2 6m3/d气时光纤探针测量
液量(m3/d) 光纤全水值(Hz) 光纤空气值(Hz) 光纤测量值(Hz) 持气率(％)
5.00 1713.00 4225 3106.00 0.35
10.00 1706.75 4225 3047.00 0.33
20.00 1728.00 4225 2907.00 0.28
30.00 1745.75 4225 2713.50 0.22
50.00 1763.50 4225 2374.00 0.13
表3 10m3/d气时光纤探针测量
液量(m3/d) 光纤全水值(Hz) 光纤空气值(Hz) 光纤测量值(Hz) 持气率(％)
5.00 1713.00 4225 3463.75 0.53
10.00 1706.75 4225 3400.00 0.49
20.00 1728.00 4225 3230.00 0.41
30.00 1745.75 4225 3060.50 0.33
50.00 1763.50 4225 2768.50 0.22
通过上述实验验证与结果：利用本发明设计的光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，可以算出持气率的大小，通过不同气量、不同液量的实验数据，同一流量，随气量的增加，持气率变大；同一气量，随可反映出计算公式的应用效果和适用性。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种光纤传感器气液两相流持气率的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、对光纤传感器在空气中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤空气频率；
步骤S2、对光纤传感器在水中的输出频率进行测量，并将测量值记录为光纤全水频率；
步骤S3、对光纤传感器在气液混合介质中的输出频率进行测量，记录为光纤混合介质频率；
步骤S4、根据上述得到的光纤空气频率、光纤全水频率以及光纤混合介质频率，通过公式计算出所对应的持气率；
所述公式具体包括：
式中：
P1(λ)为最大输出功率，P2(λ)为待测输出功率,fc为光纤混合介质频率，fg为光纤空气频率，fl为光纤全水频率，α为光纤传感器在两相流中的损耗系数，为在测量时刻光纤传感器所测得的持气率；
步骤S5、根据计算出的持气率获取井下原油液中的油气水的比例。
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