[发明专利]一种井下光纤涡街流量计

摘要

一种井下光纤涡街流量计及井下流量测量方法，它涉及一种光纤涡街流量计及流量测量方法，具体涉及一种井下光纤涡街流量计及井下流量测量方法。本发明为了解决现有光纤流量计中存在光纤受流体腐蚀影响和测量元件影响管道内流场、流量而导致的测量精度较低、稳定性较差，以及现有流量计结构复杂，在高温高压高腐蚀环境下无法使用的问题。本发明的上接头、中心管、下接头由上至下依次连接，外壳套装在中心管的外侧壁上，涡街发生体设置在中心管内，中心管外侧壁的中部开有通孔，探头通过压板安装在通孔内，中心轴插装在探头内，光纤光栅设置在中性轴内，铠装光缆的一端与光纤光栅连接，铠装光缆的另一端与光纤光栅解调仪连接。本发明用于油田设备领域。

主权项

1.一种井下光纤涡街流量计，它包括光纤光栅解调仪(13)，所述一种井下光纤涡街流量计还包括壳体(1)、中心管(2)、上接头(4)、下接头(5)、铠装光缆(6)、探头(8)、压板(9)、中心轴(10)、光纤光栅(11)和涡街发生体(12)，上接头(4)、中心管(2)、下接头(5)由上至下依次连接，壳体(1)套装在中心管(2)的外侧壁上，涡街发生体(12)设置在中心管(2)内，中心管(2)外侧壁的中部开有通孔(7)，探头(8)通过压板(9)安装在通孔(7)内，中心轴(10)插装在探头(8)内，光纤光栅(11)设置在中心轴(10)内，铠装光缆(6)的一端与光纤光栅(11)连接，铠装光缆(6)的另一端与光纤光栅解调仪(13)连接，其特征在于：利用一种井下光纤涡街流量计进行井下流量测量的方法，具体步骤如下：步骤一、计算流量：其中漩涡频率与流经涡街发生体(12)两侧的平均流速U1之间关系可表示为：f＝SrU1/d  ①，公式①中f表示漩涡频率，Sr表示斯特劳哈尔数，U1表示涡街发生体(12)两侧的平均流速，d表示涡街发生体(12)迎流面的宽度；根据流体连续性定理：U1＝U/m  ②，公式②中U表示测量管内的平均流速，m表示涡街发生体(12)两侧弓形面积与管道横截面面积之比；由公式①和②得：f＝SrU/md  ③，测量管内瞬时体积流量为qv，单位为m3/s，则：由公式④可得出流量与漩涡的频率关系，公式④中D表示测量管内径；步骤二、计算光纤光栅(11)的布拉格波长：λB＝2neffΛ  ⑤，公式⑤中neff表示纤芯模的有效折射率，Λ表示栅距；当外界环境变化时，栅距Λ和纤芯模的有效折射率neff(光弹效应)会变化，公式⑤则变为：ΔλB＝KΔε  ⑥公式⑥中K是灵敏度，Δε是光纤光栅受到应变的变化量，当涡街以频率f不断击打探头(8)两侧扁平部分时，带动中心轴(10)上粘有光纤光栅(11)的一侧不断拉伸和压缩，这种拉伸和压缩导致光纤光栅(11)受到周期性的拉应变和压应变，导致布拉格波长也以频率f产生波长最大值和波长最小值，由光纤光栅解调仪(13)解调出波长值，再用软件将波长最大值、最小值在一定时间内出现的次数算出来得到频率，进而算出流量。