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(shí)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(cè)井中垂直/水平井生產(chǎn)測(cè)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(shí)時(shí)測(cè)量，也可應(yīng)用于氣液兩相流的空隙率的在線實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)也可作為液位儀進(jìn)行液面檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于我國(guó)主要以陸上油田開(kāi)采為主，油藏儲(chǔ)集層深度在1000米以上，壓力可高達(dá)幾十兆帕。目前，從國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)油田現(xiàn)狀看，主力老油田大多數(shù)已逐步進(jìn)入特高含水的開(kāi)發(fā)后期。在深儲(chǔ)層區(qū)，氣體(以天然氣、烴類(lèi)和非烴類(lèi)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(dòng)下，原油在井筒中向上流動(dòng)，當(dāng)流壓低于泡點(diǎn)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(dòng)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(kāi)采、地面油氣輸運(yùn)以及其他工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，處處伴隨著氣液/油水及油氣水多相流動(dòng)現(xiàn)象。在這種情況下，必須對(duì)石油生產(chǎn)測(cè)井中氣液/油氣水多相流的分相含率進(jìn)行測(cè)量，以便及時(shí)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(jìn)而合理調(diào)整和優(yōu)化油氣田的開(kāi)發(fā)方案。
[0003]對(duì)于分相含率的準(zhǔn)確測(cè)量是多相流控制與預(yù)測(cè)的重要前提。目前測(cè)量多相流相含率測(cè)量技術(shù)方法較多，其測(cè)量精度及實(shí)時(shí)性也不斷的提高，根據(jù)測(cè)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(cè)量的快關(guān)閥技術(shù)等。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)量手段用于兩相流測(cè)量中，如熱敏風(fēng)速儀、粒子圖像測(cè)速技術(shù)等。相關(guān)測(cè)量法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用較為廣泛的多相流流量計(jì)量方法，由于多相流體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不可避免的“流動(dòng)噪聲”，通過(guò)采集上游傳感器和下游傳感器信號(hào)并利用相關(guān)算法計(jì)算出“流動(dòng)噪聲”在兩個(gè)傳感器之間渡越時(shí)間，隨后，根據(jù)上下游傳感器的間距與渡越時(shí)間即可計(jì)算得到多相流的相關(guān)流速。且相關(guān)測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量流速范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)、可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。
[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(cè)量點(diǎn)的局部流體特征。目前接觸式探針?lè)ǚ譃殡妼?dǎo)探針和光纖探針兩種，其中光纖探針只對(duì)流動(dòng)的光學(xué)特性敏感，因此該方法在對(duì)氣液/油氣水多相流進(jìn)行測(cè)量時(shí)受溫度與礦化度變化影響較?。浑妼?dǎo)探針根據(jù)采用測(cè)量混合流體導(dǎo)電率方法來(lái)測(cè)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(dòng)體系中進(jìn)行測(cè)量，具有成本低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)接觸式探針易破壞流場(chǎng)，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(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。
[0005]由此可見(jiàn)，為滿足油田生產(chǎn)的實(shí)際要求，迫切需要研宄一種能夠?qū)崟r(shí)、在線測(cè)量石油生產(chǎn)測(cè)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(shí)用新型的目的是針對(duì)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(cè)井中垂直/水平井生產(chǎn)測(cè)井中狹小空間內(nèi)對(duì)油氣水三相流復(fù)雜流體的持氣率和持水率進(jìn)行在線測(cè)量，同時(shí)也可對(duì)氣液兩相流的空隙率進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量以及用于液面檢測(cè)等領(lǐng)域。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本實(shí)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(cè)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(hù)套管內(nèi)，電導(dǎo)敏感探頭、光源、透鏡和光探測(cè)器被封裝在與不銹鋼或軟性耐腐蝕材質(zhì)保護(hù)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(hù)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hù)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(cè)器連接，其能量石英光纖透過(guò)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(cè)器的耐溫范圍均為-55°?+125°，光源前加裝透鏡；
[0016]所述本實(shí)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(shí)用新型中光纖探針?lè)ㄊ腔谌瓷湓?，利用氣相液相介質(zhì)對(duì)光線的折射率不同，通過(guò)檢測(cè)反射光線強(qiáng)度的變化來(lái)測(cè)量多相流的持氣率。光探測(cè)器根據(jù)回光強(qiáng)度強(qiáng)弱輸出不同高低電平信號(hào)，根據(jù)此信號(hào)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(jìn)而計(jì)算出氣液兩相流的空隙率濃度，或用于檢測(cè)液面。
[0018]本實(shí)用新型中電導(dǎo)探針對(duì)相含率的測(cè)量原理類(lèi)似于光纖探針，其用于氣液兩相流空隙率測(cè)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(cè)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(méi)在氣體中時(shí)，則探針經(jīng)過(guò)測(cè)量電路后輸出高電平信號(hào)；若探針的接觸面被導(dǎo)電液體包圍，則此時(shí)測(cè)量電路輸出低電平信號(hào)。即根據(jù)輸出信號(hào)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(jìn)而計(jì)算出氣液兩相流的空隙率，或用于液面檢測(cè)。
[0019]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:靈敏度高、測(cè)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(zhǎng)，既可用于石油生產(chǎn)測(cè)井垂直