[发明专利]一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法

说明书

本发明公开了一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法，属于油气剖面测井技术领域，所述光电组合式传感器包括电容测量模块和近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块；所述控制系统包括多通道程控开关、近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块电路、电容测量模块电路、电源模块电路、存储模块、AD采集模块电路及主控制器模块电路；测量方法是基于上下游近红外输出电压信号结合加权融合方法估计截面持气率信息，利用上下游近红外环形阵列光纤传感器获取截面持气率信息，同时以截面持气率与电容持水率特征构建持水率矫正模型进行持水率估计。本发明结构简单、造价低、可靠性高、无可动部件、无阻流、易安装、易更换。

技术领域

本发明涉及油气剖面测井技术领域，尤其是一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法。

背景技术

目前，以大庆油田为首的国内多数油田为陆相沉积、多层系开发的低产液机采油田，伴随着长期注水、注气开发及井下流体压力逐渐减小，油井井下流体大都由原来的油水两相流转化为油气水三相流。而开展产出剖面参数测量对油井井下多相流动态异常诊断、油井生产状态监控、调整油井生产方案、提高产能具有重要意义。

近红外技术因其对不同含氢基团具有不同的特征吸收谱带使得该技术开始被引入气液两相流含气率检测领域。相比于伽马射线法、微波法、超声法等含气率测量方法，近红外吸收法具有穿透性强、传输距离远、高效环保、高分辨率、检测过程无损无污染、快速响应等优势特点。电容测量技术相较于电导测量技术、电磁测量技术、雷达技术等具有结构简单、成本低廉、响应速度快、测量精度高等特点被广泛应用于多相流含水率测量领域。相关流量测量技术基于测量管道轴向相距为L的上下游管截面流动夹带介质的“记忆效应”，获取上下游输出信号进行互相关计算获取混合流速参数，相较于涡轮法，相关测量方法具有简单、高效等特点被广泛应用于流量测量领域。而上述方法虽然应用广泛，但是仅能获取多相流单一参数却无法获取多相流综合参数。而当前组合技术主要是通过将各个传感器分别封装，然后再进行结构连接和电气连接，该方法技术简单、易实现、可操作性强，但是结构复杂、故障率高、维修困难、造价高，且本质上并没有实现真正意义上的多传感器一体化融合设计。

因此，针对上述问题，为满足石油生产多相流多参数测量需要，一种用于石油生产多分相参数测量传感器、控制系统及测量方法成为当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法，能够实现石油生产多相流参数的准确实时测量，具有结构精巧、造价低、无可动部件、可靠性高等特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种非侵入式光电组合式传感器，包括电容测量模块和近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块；

所述电容测量模块包括由外至内依次设置的外壳、外绝缘层、内电极及内绝缘层；

所述近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块包括均由n组近红外吸收式光纤传感器组成的上游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块和下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块；

所述近红外吸收式光纤传感器总体呈现环状排列；

所述近红外吸收式光纤传感器包括均与电容测量模块螺纹密封连接的近红外发射探头和近红外接收探头；所述近红外发射探头和所述近红外接收探头伸出内绝缘层部分与测量管道接触；所述近红外发射探头和所述近红外接收探头一一对应，近红外发射探头和近红外接收探头连接线均过截面圆心；相邻近红外吸收式光纤传感器的近红外发射探头和近红外接收探头的安装位置进行对调。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述近红外发射探头在光源前方加载透镜，进行聚光。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述近红外接收探头接收端外扩，以便更好接收光线。