油井相含率测量光纤电导一体化探针传感技术研究

摘要

油气水三相流流体流动参数，尤其是分相含率的动态监测是确定油气井生产剖面、注水和注汽井注入剖面以及水淹层情况的关键，也是指导调整和优化油田开发方案达到稳产上产的重要数据来源。随着光纤传感技术和电导传感技术的出现和发展，出现了利用光纤传感器和电导传感器组合测量多相流分相含率等参数的技术。本文将光纤传感器及电导传感器组合起来，研究一种可以同时测量油气水三相流分相含率的光纤电导一体化探针传感器。　　首先，在实际生产测井中，针对传统捆绑式光纤电导组合传感器进行参数测量的精度较低且体积较大的弊端，提出一种光纤电导一体化探针传感器结构，并对其结构参数进行优化设计。一方面，通过利用 ZEMAX 光学分析软件建立光纤探针部分仿真模型，综合光功率差值、刺穿气泡能力等多个优化指标，对光纤传感器敏感头角度进行优化；另一方面，通过利用COMSOL多物理场仿真软件建立电导传感器部分仿真模型，分别模拟分析光纤电导一体化探针在流体中的电场与流场，综合其测量可靠性与耐用性对电导传感器结构进行优化设计。综合上述两方面确定光纤电导一体化探针的理论结构模型。　　其次，在光纤信号和电导信号的输出响应特性方面，基于光纤电导一体化探针理论结构模型对光纤信号和电导信号的响应特性进行仿真分析，分别研究基于信号拆解法的光纤信号处理方法和基于模糊聚类法的电导信号处理方法，为实现光纤电导一体化探针测量油气水三相流分相含率奠定理论基础。　　最后，在上述光纤电导一体化探针结构优化基础上，设计并研制一体化探针实物，搭建油气水三相流分相含率测量实验平台，开展不同工况下油气水三相流分相含率测量实验，对光纤信号和电导信号进行采集及处理，获得油气水三相流分相含率并与标准分相含率进行对比分析。