一種光纖電導(dǎo)一體化探針傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖電導(dǎo)一體化探針傳感器，該光纖電導(dǎo)一體化探針傳感器既可應(yīng)用于石油生產(chǎn)測井中垂直/水平井生產(chǎn)測井中狹小空間內(nèi)油氣水三相流復(fù)雜流體中持氣率和持水率的在線實時測量，也可應(yīng)用于氣液兩相流的空隙率的在線實時測量，同時也可作為液位儀進行液面檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]由于我國主要以陸上油田開采為主，油藏儲集層深度在1000米以上，壓力可高達幾十兆帕。目前，從國內(nèi)已開發(fā)油田現(xiàn)狀看，主力老油田大多數(shù)已逐步進入特高含水的開發(fā)后期。在深儲層區(qū)，氣體(以天然氣、烴類和非烴類氣體為主)主要以溶解氣的形式存于原油中。在采油裝置的驅(qū)動下，原油在井筒中向上流動，當(dāng)流壓低于泡點壓力后，產(chǎn)生原油脫氣，氣體以游離氣的形態(tài)存在，導(dǎo)致油井形成油氣水三相流流動特性。此外，為了提高采收率，注水、注氣驅(qū)采技術(shù)在作為各大油田增產(chǎn)措施得到了廣泛應(yīng)用。因此，在原油開采、地面油氣輸運以及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，處處伴隨著氣液/油水及油氣水多相流動現(xiàn)象。在這種情況下，必須對石油生產(chǎn)測井中氣液/油氣水多相流的分相含率進行測量，以便及時確定油井的產(chǎn)出剖面，了解和掌握各產(chǎn)層的生產(chǎn)狀況，進而合理調(diào)整和優(yōu)化油氣田的開發(fā)方案。
[0003]對于分相含率的準(zhǔn)確測量是多相流控制與預(yù)測的重要前提。目前測量多相流相含率測量技術(shù)方法較多，其測量精度及實時性也不斷的提高，根據(jù)測量原理，主要包括聲學(xué)法、光學(xué)法、射線衰減法、層析成像法、電學(xué)法和電容法，以及直接測量的快關(guān)閥技術(shù)等。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的測量手段用于兩相流測量中，如熱敏風(fēng)速儀、粒子圖像測速技術(shù)等。相關(guān)測量法是近年來發(fā)展起來的應(yīng)用較為廣泛的多相流流量計量方法，由于多相流體在流動過程中會產(chǎn)生不可避免的“流動噪聲”，通過采集上游傳感器和下游傳感器信號并利用相關(guān)算法計算出“流動噪聲”在兩個傳感器之間渡越時間，隨后，根據(jù)上下游傳感器的間距與渡越時間即可計算得到多相流的相關(guān)流速。且相關(guān)測量技術(shù)具有測量流速范圍寬、適應(yīng)性強、可長時間連續(xù)測量等優(yōu)點。
[0004]由于接觸式探針直接定位于流體上，能夠較準(zhǔn)確的反映該測量點的局部流體特征。目前接觸式探針法分為電導(dǎo)探針和光纖探針兩種，其中光纖探針只對流動的光學(xué)特性敏感，因此該方法在對氣液/油氣水多相流進行測量時受溫度與礦化度變化影響較?。浑妼?dǎo)探針根據(jù)采用測量混合流體導(dǎo)電率方法來測定流體的局部相含率，可用于油水兩相流、氣液兩相流及油氣水三相流流動體系中進行測量，具有成本低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。同時接觸式探針易破壞流場，傳統(tǒng)探頭表面易粘附雜質(zhì)，影響探頭的導(dǎo)電或透光性能，從而測量結(jié)果帶來誤差。
[0005]由此可見，為滿足油田生產(chǎn)的實際要求，迫切需要研宄一種能夠?qū)崟r、在線測量石油生產(chǎn)測井中氣液/油氣水多相流體分相含率(包括持水率和持氣率)的新方法和技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)狀，提出一種光纖電導(dǎo)一體化探針傳感器，可在石油生產(chǎn)測井中垂直/水平井生產(chǎn)測井中狹小空間內(nèi)對油氣水三相流復(fù)雜流體的持氣率和持水率進行在線測量，同時也可對氣液兩相流的空隙率進行在線實時測量以及用于液面檢測等領(lǐng)域。
[0007]本實用新型的目的是通過以下方式實現(xiàn)的:
[0008]本實用新型包括敏感探頭(包括光纖敏感探頭和電導(dǎo)敏感探頭)、光纖耦合器、光源、透鏡和光探測器，其中光纖敏感探頭和光纖耦合器被封裝在不銹鋼或軟性耐腐蝕材質(zhì)保護套管內(nèi)，電導(dǎo)敏感探頭、光源、透鏡和光探測器被封裝在與不銹鋼或軟性耐腐蝕材質(zhì)保護套管連接的不銹鋼密封筒內(nèi)。
[0009]所述光纖敏感探頭的直徑為600 μ m?800 μ m，敏感探頭尖端呈圓錐形或楔形，敏感探頭頂端夾角為25°?45° ;
[0010]所述電導(dǎo)敏感探頭直徑為200 μπι?1000 μπι，敏感探頭尖端呈圓錐形，敏感探頭頂端裸露部分導(dǎo)通距離為20 μπι?400 μm，敏感探頭作為電導(dǎo)探針傳感器的負(fù)極；
[0011]所述不銹鋼保護套管的外徑為Imm?1.5mm且表面涂有絕緣材料，被封裝的光纖敏感探頭頂端裸露部分長度為2mm?3mm ;
[0012]所述不銹鋼密封筒作為電導(dǎo)探針傳感器外殼連接正極，外徑為5mm，被封裝的電導(dǎo)敏感探頭部分長度為Imm?3mm、表面涂有絕緣材料；
[0013]所述不銹鋼或軟性耐腐蝕材質(zhì)保護套管、電導(dǎo)敏感探頭經(jīng)由絕緣防水膠與不銹鋼密封筒相連；
[0014]所述集束型光纖耦合器采用七根芯徑為100 μπι?300 μπι能量石英光纖制作，其中六根能量石英光纖與光源連接，另一根能量石英光纖與光探測器連接，其能量石英光纖透過光譜范圍為300nm?1800nm，數(shù)值孔徑為0.22，耐溫范圍為-190 °C?380 °C ；
[0015]所述光源和光探測器的耐溫范圍均為-55°?+125°，光源前加裝透鏡；
[0016]所述本實用新型的光纖電導(dǎo)一體化探針傳感器整體耐溫-55°?+125°，耐壓O ?30Mpao
[0017]本實用新型中光纖探針法是基于全反射原理，利用氣相液相介質(zhì)對光線的折射率不同，通過檢測反射光線強度的變化來測量多相流的持氣率。光探測器根據(jù)回光強度強弱輸出不同高低電平信號，根據(jù)此信號電平的高低，即可判斷出敏感探頭所接觸的介質(zhì)是氣相還是液相，進而計算出氣液兩相流的空隙率濃度，或用于檢測液面。
[0018]本實用新型中電導(dǎo)探針對相含率的測量原理類似于光纖探針，其用于氣液兩相流空隙率測量是基于氣相和液相的電導(dǎo)率存在明顯差異。探針主要由測量電極和外部導(dǎo)電套管組成，針尖和套管中間填充絕緣材料。電導(dǎo)探針插入氣液兩相混合物，若探針的接觸面浸沒在氣體中時，則探針經(jīng)過測量電路后輸出高電平信號；若探針的接觸面被導(dǎo)電液體包圍，則此時測量電路輸出低電平信號。即根據(jù)輸出信號電平的高低，可判斷出電導(dǎo)敏感探頭所接觸的介質(zhì)是氣相還是液相，進而計算出氣液兩相流的空隙率，或用于液面檢測。
[0019]本實用新型的優(yōu)點是:靈敏度高、測量精度高、性能可靠、耐高壓高溫、耐腐蝕、耐磨損、防粘油污、結(jié)構(gòu)精巧、體積小、重量輕、使用壽命長，既可用于石油生產(chǎn)測井垂直