[实用新型]一种光纤探针传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤探针传感器，该光纤探针传感器可用于油井井下油气水三相流持气率测量，也可以作为液位仪用于检测液面。 

背景技术

首先，目前中国许多油田已处于综合含水率90%以上的高含水阶段，当油井中压力低于油的泡点压力时，将会有天然气从油中析出，从而产生油气水三相流动。在这种情况下，必须对油井井下油气水三相流的持气率进行测量，以及时了解和掌握各产层的生产状况，进而合理调整油井的开发方案。 

目前测量多相流持气率的常用方法是快关阀门法，该方法是在多相流流动管道测量段的两端安装两个同时动作的快关阀，当多相流体的流动达到稳定时，同时关闭这两个阀门，通过气液分离装置便可求出这两个阀门间流体的平均持气率。快关阀门法具有准确、高效的优点，但该方法在测量时需要切断多相流体的正常流动，因此不能对油井井下油气水三相流持气率进行实时、在线测量。 

光纤传感技术是伴随着光导纤维和光通讯技术的发展而逐步形成的，是本世纪70年代末发展起来的一门崭新的技术。该技术首先利用被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化；之后再对已调制的光信号进行检测，从中得出被测量。但是由于现有用于持气率测量的光纤传感器使用了体积较大的半导体激光器、光 电池和分光镜等器件，因此无法实现传感器的小型封装，导致其不能在油井井下的狭小空间内使用。 

由此可见，为满足油田生产的实际要求，迫切需要研究一种能够实时、在线测量油井井下油气水三相流体持气率的新方法和技术。 

另外，在石油、化工等领域的一些生产、存储和装卸等环节，需要对上限或下限液位的测量报警。 

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现状，提供一种能在油井井下的狭小空间内对油气水三相流复杂流体的持气率进行测量的光纤探针传感器，同时该光纤探针传感器也可用于检测液面。 

本实用新型的目的是通过以下方式实现的： 

本实用新型包括敏感探头、光纤耦合器、光源和光探测器，其中敏感探头和光纤耦合器被封装在不锈钢保护套管内，光源和光探测器被封装在与不锈钢保护套管连接的不锈钢密封筒内。 

所述敏感探头的材质为蓝宝石光纤或石英光纤，其直径为200μm～1200μm，敏感探头尖端呈圆锥形，敏感探头顶端夹角为15°～115°； 

所述不锈钢保护套管的外径为2mm～3mm，被封装的敏感探头顶端裸露部分长度为3mm～5mm； 

所述不锈钢密封筒的外径为8mm； 

不锈钢保护套管经由固定盘根与不锈钢密封筒相连； 

所述光纤耦合器包括Y形光纤耦合器和集束型光纤耦合器。所述Y形光纤耦合器采用一根芯径为200μm～1200μm和两根芯径为100μm～800μm的能量石英光纤耦合，其透过光谱范围为300nm～1800nm，数值孔径为0.22，耐温范围为-190℃～380℃； 

所述集束型光纤耦合器采用七根芯径为100μm～500μm能量石英光纤制作，其中三根能量石英光纤与光源连接，另四根能量石英光纤与光探测器连接，其透过光谱范围为300nm～1800nm，数值孔径为0.22，耐温范围为-190℃～380℃； 

所述光源发射光波长范围为320nm～1600nm，峰值波长为880nm，输出功率密度范围为1.65～4.5mW/cm²；光探测器接收的光波长范围为320nm～1600nm，峰值波长为880nm； 

所述光源和光探测器的耐温范围均为-55°～+125°； 

所述本实用新型的光纤探针传感器整体耐温-55°～+125°，耐压0～30Mpa。 

本实用新型是基于全反射原理，利用气相液相介质对光线的折射率不同，通过检测反射光线强度的变化来测量多相流的持气率。光探测器根据回光强度输出幅值不等的电压信号，根据此信号电平的高低，即可判断出敏感探头所接触的介质是气相还是液相，进而计算出油井井下油气水三相流的持气率，或用于检测液面。 

本实用新型的优点是：灵敏度高、光损耗少、测量精度高、性能可靠、抗电磁干扰、耐腐蚀、防油污、耐高压、耐高温、电绝缘性好、安全防爆、 使用寿命长、结构精巧、体积小、重量轻、耗电少，可在油井井下的狭小空间内对油气水三相流的持气率进行实时在线测量，也可对液面进行检测。 

附图说明

图1是本实用新型一种光纤探针传感器结构示意图； 

图2是本实用新型一种光纤探针传感器光路结构图；