CN206609788U - 基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置，这种基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置的宽带激光源连接光耦合器，光耦合器的一个输出端连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器连接光谱仪，光耦合器的另一个输出端通过普通光纤连接光谱仪，光谱仪连接计算机；光子晶体光纤表面等离子体共振传感器由第一普通光纤段、光子晶体光纤段、第二普通光纤段依次连接构成，光子晶体光纤段由金膜层涂覆在微结构光纤外表面构成，光子晶体光纤段内沿轴向设置的内空气孔均匀排列成正方形、外空气孔均匀排列成正八边形，正八边形将正方形包绕在内。本实用新型能够快速实时的检测运输管道中的原油含水率。

Description

基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置

技术领域：

本实用新型涉及的是原油含水率检测装置，具体涉及的是基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置。

背景技术：

原油是油、气、水三相混合流体，所谓原油含水率，是指水的质量占混合流体总质量的百分比。

原油含水率直接影响到原油的开采、脱水、集输、计量、销售、炼化等，因此，在油田原油生产和储运的过程中，都要求检测原油含水率。原油含水率的在线检测，对于确定油井出水、出油层位，估计原油产量，预测油井的开发寿命，具有重要意义。同时，准确及时的原油含水率在线检测数据，能够反映出油井的工作状态，对管理部门减少能耗、降低成本，实现油田自动化管理，起着重要作用。

大庆油田和中国多数油田由于长期注水开发，产液含水率不断上升，综合含水率高达80%以上，有部分油井含水率甚至高达90%以上。对于许多油井来说，常常会出现高含水率油层，通过实时检测原油含水率来确定高含水率油层，为高含水率油层实施堵水、综合调整等措施提供了十分重要的依据。

目前在石油生产中，原油含水率的检测方法包括蒸馏法、电脱法、振管密度计法、射频法、X 射线法、电容法和微波法等。我国先后开发出多种不同形式的原油含水率测试仪，投入油田使用后，虽然取得了一定的效果，但由于工艺和技术水平原因，其稳定性、准确性、实时性、可靠性及成本情况，难以适应我国高含水油田生产实际的要求。

发明内容：

本实用新型的目的是提供基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置，这种基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置用于解决我国先后开发出的原油含水率测试仪难以适应我国高含水油田生产实际的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置包括宽带激光源、光耦合器、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器、光谱仪、计算机，宽带激光源连接光耦合器，光耦合器的一个输出端连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器的另一端连接光谱仪，光耦合器的另一个输出端通过普通光纤连接光谱仪，光谱仪连接计算机；光子晶体光纤表面等离子体共振传感器置于含水原油输送管道内，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器由第一普通光纤段、光子晶体光纤段、第二普通光纤段依次连接构成，光子晶体光纤段是由金膜层涂覆在微结构光纤外表面构成的，光子晶体光纤段内沿轴向设置八个内空气孔和八个外空气孔，八个内空气孔均匀排列成正方形，八个外空气孔均匀排列成正八边形，正方形的中心、正八边形的中心、二氧化硅包层的轴心重合，正八边形将正方形包绕在内，内空气孔的直径小于外空气孔的直径。

上述方案中外空气孔直径是内空气孔直径的2.5倍。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型利用了光子晶体光纤表面等离子体共振传感器对液体折射率非常敏感的特性，根据含水率与折射率之间的关系，能够快速实时的检测运输管道中的原油含水率。

2、本实用新型传感部分体积小，易实现传感器的微型化以及集成化。

3、本实用新型金属膜涂覆在光子晶体光纤包层外侧，镀膜难度小，与原油接触面积大，检测灵敏度高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中光子晶体光纤表面等离子体共振传感器的结构示意图；

图3是本实用新型中光子晶体光纤段的剖面图。

1宽带激光源， 2光耦合器， 3光子晶体光纤表面等离子体共振传感器， 4光谱仪，5普通光纤， 6计算机， 7含水原油输送管道，8第一普通光纤段， 9光子晶体光纤段， 10第二普通光纤段，11金膜层， 12二氧化硅包层， 13内空气孔， 14外空气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

结合图1、图2、图3所示，这种基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置包括宽带激光源1、光耦合器2、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3、光谱仪4、计算机6，宽带激光源1通过普通光纤5连接光耦合器2，光耦合器2的一个输出端连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3，此为检测光路，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3的另一端连接光谱仪4，光耦合器2的另一个输出端连接普通光纤5，此为参考光路，该普通光纤连接光谱仪4，光谱仪4通过数据线连接计算机6；光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3置于含水原油输送管道7内。

光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3由第一普通光纤段8、光子晶体光纤段9、第二普通光纤段10依次连接构成，光子晶体光纤段9是由金膜层11涂覆在微结构光纤外表构成的一段光纤，光子晶体光纤段9内沿轴向设置八个内空气孔13和八个外空气孔14，八个内空气孔13均匀排列成正方形，八个外空气孔14均匀排列成正八边形，正方形的中心、正八边形的中心与二氧化硅包层12的轴心重合，正八边形将正方形包绕在内，内空气孔13的直径小于外空气孔14的直径。光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3通过第一普通光纤段8与光耦合器2连接，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3通过第二普通光纤段10与光谱仪4连接，

本实用新型中外空气孔14直径是内空气孔13直径的2.5倍。

光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3对于液体折射率有着非常高的灵敏度，本实用新型围绕原油含水率与其折射率之间的内在关系，利用光纤传感技术易于集成化的特点，提出了空气孔按正方形和正八边形排列的光子晶体光纤表面等离子体共振传感3结构，通过考察光谱损耗和含水原油折射率以及含水原油折射率和含水率之间的关系，从而找到光谱损耗与原油含水率之间的关系，通过观察检测光路和参考光路的光谱损耗情况，确定原油的含水率，从而达到传感的目的。

Claims (2)

1.一种基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置，其特征在于：这种基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置包括宽带激光源（1）、光耦合器（2）、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）、光谱仪（4）、计算机（6），宽带激光源（1）连接光耦合器（2），光耦合器（2）的一个输出端连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3），光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）的另一端连接光谱仪（4），光耦合器（2）的另一个输出端通过普通光纤（5）连接光谱仪（4），光谱仪（4）连接计算机（6）；光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）置于含水原油输送管道（7）内，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）由第一普通光纤段（8）、光子晶体光纤段（9）、第二普通光纤段（10）依次连接构成，光子晶体光纤段（9）是由金膜层（11）涂覆在微结构光纤外表面构成的，光子晶体光纤段（9）内沿轴向设置八个内空气孔（13）和八个外空气孔（14），八个内空气孔（13）均匀排列成正方形，八个外空气孔（14）均匀排列成正八边形，正方形的中心、正八边形的中心、二氧化硅包层（12）的轴心重合，正八边形将正方形包绕在内，内空气孔（13）的直径小于外空气孔（14）的直径。

2.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤的原油含水率检测装置，其特征在于：所述的外空气孔（14）直径是内空气孔（13）直径的2.5倍。