基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測井儀

2 光纖探針持氣率測量原理
光纖探針?lè )ǖ臏y量原理基于氣相和液相對光的折射率不同，如圖2所示，當光纖探針與氣相接觸時(shí)，入射光在棱鏡上發(fā)生全反射，經(jīng)反射光纖投射到光電轉換器上，光電轉換器輸出高電平；當光纖探針和水或油相接觸時(shí)，入射光在棱鏡上被折射出去，無(wú)足夠強度的光投射到光電轉換器上，光電轉換器輸出低電平。隨著(zhù)油氣水三相流體交替流過(guò)光纖探針，光電轉換器輸出隨時(shí)問(wèn)連續變化的電壓信號，將此信號經(jīng)過(guò)處理，便可得到光纖探針所在位置的局部截面含氣率。

以i表示探針頭曲面上任一點(diǎn)(r，θ，z)處的入射光，當油氣水三相流交替流過(guò)探針時(shí)，點(diǎn)(r，θ，z)處的瞬時(shí)局部含氣率α(t，r，θ，z)為：

油氣水三相流是一種非定常流動(dòng)，因此α(t，r，θ，z)將隨時(shí)間而發(fā)生變化。實(shí)驗表明，油氣水三相流一般具有平穩隨機特性，有：

式中，T為積分時(shí)間長(cháng)度，為平均局部含氣率。定義瞬時(shí)截面含氣率和平均截面含氣率分別為：

對于油氣水三相管道流動(dòng)，瞬時(shí)容積含氣率αv(t)和平均容積含氣率可分別定義為：

若在管長(cháng)區間(O，L)內，氣體沿流動(dòng)方向的體積膨脹可以忽略，因此，工程上一般認為平均容積含氣率與平均截面含氣率等價(jià)，可得：

此式表明，采用光纖探針?lè )y量管道內油氣水三相流的截而含氣率是可行的。