[发明专利]一种单光纤阵列传感器气液两相流持气率成像测量方法

说明书

本发明涉及一种单光纤阵列传感器气液两相流持气率成像测量方法，包括：在直径20mm测量管道内放置16路单光纤传感器，16路单光纤传感器分布在测量管道的不同截面的四个环形位置；同时获取16路单光纤传感器的输出信号后，利用自调整双阈值方法将原始信号转化为对应方波信号，通过该方波信号计算得到持气率，而后，利用三次样条差值算法对管道截面持气率分布进行成像，重构气液两相流持气率在管道截面分布特性。

技术领域

本发明涉及油田动态监测领域油井气液两相流持气率分布测量方法。

背景技术

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。为了在能够准确标定持气率测量仪器，在实验室准确实现气液两相流持气率测量具有重要意义。同时，也为气液两相流流量测量模型建立提供关键的持气率参数。

通常，可以在气液两相流流动管道采用快关阀法获取持气率，但是，该方法需要较长的气相及液相混合后的流型充分发展管段，此外，由于段塞流气塞及液塞长度的随机可变特性，往往需要较长的快关阀间距以保证多次截取的持气率平均稳定性质。基于上述原因，在两相流试验环路流型发展几何空间受限的实验室，一般很难通过快关阀法获得较为准确的持气率测量参数。

高速摄像法和探针法为传统的局部气液两相流持气率测量途径。由于管道内多相流结构在空间上的相互重叠，采用高速摄像法测量持气率参数具有一定局限性。电探针法是获取局部持气率的可行方法，但是，由于电探针法容易产生电极化现象，故电探针法测量局部持气率的成功率有局限性。光纤探针尺寸小且对气相灵敏度高，一般可采用移动式光纤探针法实现管道径向局部持气率测量，但是，由于气液两相流气相流动结构多呈非均匀分布，仅仅依靠径向局部持气率测量无法重建管截面持气率分布特性。

本发明旨在采用一种单光纤传感器阵列实现管截面不同位置处的持气率同时测取，在此基础上，实现垂直上升小管径中气液两相流管截面持气率非均匀分布特性测量，为气液两相流持气率测量仪器(仪器测量通道为20mm)及流动模型建立提供可行的持气率标定手段。

发明内容

为了获得气液两相流在管截面的持气率分布特性，本发明提供一种气液两相流持气率成像测量方法，通过采用分布式光纤探针测量法以突破径向光纤探针在单一方向上的测量模式，并提出同时捕获气液两相流管截面16个测量位置局部持气率，利用三次样条差值算法对管截面持气率分布进行三维成像，重建气液两相流不同流型持气率在管截面分布特性。技术方案如下：

一种单光纤阵列传感器气液两相流持气率成像测量方法，包括下列步骤：

(1)在直径20mm测量管道内放置16路单光纤传感器，16路单光纤传感器分布在测量管道的不同截面的四个环形位置，其中第一环只包含1路单光纤探针并位于管道中心；第2环由3路单光纤探针组成；3路单光纤探针均匀分布在半径为2.7125mm的圆周上，形成正三角形；第三环由6路单光纤探针组成，6路探针均匀分布在半径为5.425mm的圆周上，形成正六边形；第四环由6路单光纤探针组成，第四环的6路探针均匀分布在半径为8.1375mm的圆周上；每一路单光纤传感器感器均包括金属套筒和一路光纤探针，金属套筒外径D₁＝1.4mm，光纤探针采用直径D₂＝62.5μm的多模光纤，针尖锥角角度α为35°，探针探出金属套筒外长度l₁＝2mm；

(2)同时获取16路单光纤传感器的输出信号后，利用自调整双阈值方法将原始信号转化为对应方波信号，通过该方波信号计算得到持气率，而后，利用三次样条差值算法对管道截面持气率分布进行成像，重构气液两相流持气率在管道截面分布特性。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：