一種光纖探針傳感器的製作方法
2023-10-27 16:27:22 1
專利名稱：一種光纖探針傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖探針傳感器，該光纖探針傳感器可用於油井井下油氣水三相流持氣率測量，也可以作為液位儀用於檢測液面。
背景技術：
首先，目前中國許多油田已處於綜合含水率90%以上的高含水階段，當油井中壓力低於油的泡點壓力時，將會有天然氣從油中析出，從而產生油氣水三相流動。在這種情況下，必須對油井井下油氣水三相流的持氣率進行測量，以及時了解和掌握各產層的生產狀況，進而合理調整油井的開發方案。目前測量多相流持氣率的常用方法是快關閥門法，該方法是在多相流流動管道測量段的兩端安裝兩個同時動作的快關閥，當多相流體的流動達到穩定時，同時關閉這兩個閥門，通過氣液分離裝置便可求出這兩個閥門間流體的平均持氣率。快關閥門法具有準確、高效的優點，但該方法在測量時需要切斷多相流體的正常流動，因此不能對油井井下油氣水三相流持氣率進行實時、在線測量。光纖傳感技術是伴隨著光導纖維和光通訊技術的發展而逐步形成的，是本世紀70年代末發展起來的一門嶄新的技術。該技術首先利用被測量對光纖內傳輸的光進行調製，使傳輸光的強度、相位、頻率或偏振態等特性發生變化；之後再對已調製的光信號進行檢測，從中得出被測量。但是由於現有用於持氣率測量的光纖傳感器使用了體積較大的半導體雷射器、光電池和分光鏡等器件，因此無法實現傳感器的小型封裝，導致其不能在油井井下的狹小空間內使用。由此可見，為 滿足油田生產的實際要求，迫切需要研究一種能夠實時、在線測量油井井下油氣水三相流體持氣率的新方法和技術。另外，在石油、化工等領域的一些生產、存儲和裝卸等環節，需要對上限或下限液位的測量報警。
發明內容本實用新型的目的是針對上述現狀，提供一種能在油井井下的狹小空間內對油氣水三相流複雜流體的持氣率進行測量的光纖探針傳感器，同時該光纖探針傳感器也可用於檢測液面。本實用新型的目的是通過以下方式實現的本實用新型包括敏感探頭、光纖耦合器、光源和光探測器，其中敏感探頭和光纖耦合器被封裝在不鏽鋼保護套管內，光源和光探測器被封裝在與不鏽鋼保護套管連接的不鏽鋼密封筒內。所述敏感探頭的材質為藍寶石光纖或石英光纖，其直徑為200 μ m 1200 μ m，敏感探頭尖端呈圓錐形，敏感探頭頂端夾角為15° 115° ；所述不鏽鋼保護套管的外徑為2mm 3mm，被封裝的敏感探頭頂端裸露部分長度為 3mm 5mm ；所述不鏽鋼密封筒的外徑為8mm ; 不鏽鋼保護套管經由固定盤根與不鏽鋼密封筒相連；所述光纖耦合器包括Y形光纖耦合器和集束型光纖耦合器。所述Y形光纖耦合器採用一根芯徑為200 μ m 1200 μ m和兩根芯徑為100 μ m 800 μ m的能量石英光纖耦合，其透過光譜範圍為300nm 1800nm，數值孔徑為O. 22，耐溫範圍為_190°C 380°C ；所述集束型光纖耦合器採用七根芯徑為ΙΟΟμπι 500μπι能量石英光纖製作，其中三根能量石英光纖與光源連接，另四根能量石英光纖與光探測器連接，其透過光譜範圍為300nm 1800nm，數值孔徑為O. 22，耐溫範圍為-190。。 380 °C ；所述光源發射光波長範圍為320nm 1600nm，峰值波長為880nm，輸出功率密度範圍為1. 65 4. 5mff/cm2 ;光探測器接收的光波長範圍為320nm 1600nm，峰值波長為880nm ；所述光源和光探測器的耐溫範圍均為-55° +125° ；所述本實用新型的光纖探針傳感器整體耐溫-55° +125°，耐壓O 30Mpa。本實用新型是基於全反射原理，利用氣相液相介質對光線的折射率不同，通過檢測反射光線強度的變化來測量多相流的持氣率。光探測器根據回光強度輸出幅值不等的電壓信號，根據此信號電平的高低，即可判斷出敏感探頭所接觸的介質是氣相還是液相，進而計算出油井井下油氣水三相流的持氣率，或用於檢測液面。本實用新型的優點是靈敏度高、光損耗少、測量精度高、性能可靠、抗電磁幹擾、耐腐蝕、防油汙、耐高壓、耐高溫、電絕緣性好、安全防爆、使用壽命長、結構精巧、體積小、重量輕、耗電少，可在油井井下的狹小空間內對油氣水三相流的持氣率進行實時在線測量，也可對液面進行檢測。
圖1是本實用新型一種光纖探針傳感器結構示意圖；圖2是本實用新型一種光纖探針傳感器光路結構圖；圖3是本實用新型一種光纖探針傳感器的集束型光纖耦合器結構圖；圖4是本實用新型一種光纖探針傳感器的Y形光纖耦合器結構圖。
具體實施方式
結合附圖和實施對本實用新型一種光纖探針傳感器加以說明參照圖1，本實用新型一種光纖探針傳感器主要由敏感探頭1、光纖耦合器2、光源6以及光探測器7構成。其中敏感探頭1、光纖耦合器2被封裝在不鏽鋼保護套管3內，光源6和光探測器7被封裝在不鏽鋼密封筒5內。8、9和10為輸入輸出電纜，其中8為供電線，9為信號線，10為公共端。不鏽鋼保護套管3經由固定盤根4與不鏽鋼密封筒5相連，既保護了光纖又便於安裝，同時還增加了產品的機械強度。參照圖2，本實用新型一種光纖探針傳感器光路結構圖。光源6發出的光線經由光纖耦合器2到達敏感探頭I並與被測介質接觸，反射光線再經由光纖耦合器2被光探測器7接收。[0028]參照圖3，本實用新型一種光纖探針傳感器的集束型光纖耦合器2採用七根芯徑為100 μ m 500 μ m能量石英光纖11、12、13、14、15、16、17製作成光纖束，其中三根能量石英光纖11、13、15與光源連接，另四根能量石英光纖12、14、16、17與光探測器連接，橫截面如圖3b所示。參照圖4，本實用新型一種光纖探針傳感器的Y形光纖耦合器2採用一根芯徑為200 μ m 1200 μ m的能量石英光纖18和兩根芯徑為100 μ m 800 μ m的能量石英光纖19、20耦合製成。 注所用光纖耦合器採用Y形光纖耦合器和集束型光纖耦合器這兩種光纖耦合器其中之一即可。
權利要求1.一種光纖探針傳感器，包括敏感探頭、光纖耦合器、光源和光探測器，其中敏感探頭和耦合器被封裝在不鏽鋼保護套管內，光源和光探測器被封裝在與不鏽鋼保護套管連接的不鏽鋼密封筒內。
2.根據權利要求1所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述敏感探頭的材質為藍寶石光纖或石英光纖，其直徑為200 μ m 1200 μ m，敏感探頭尖端呈圓錐形，敏感探頭頂端夾角為15° 115°。
3.根據權利要求2所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述不鏽鋼保護套管的外徑為2mm 3mm,被封裝的敏感探頭頂端裸露部分長度為3mm 5mm。
4.根據權利要求3所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述不鏽鋼密封筒的外徑為 8mm η
5.根據權利要求1或4所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是不鏽鋼保護套管經由固定盤根與不鏽鋼密封筒相連。
6.根據權利要求5所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述光纖耦合器為Y形光纖耦合器或為集束型光纖耦合器。
7.根據權利要求6所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述Y形光纖耦合器採用一根芯徑為200 μ m 1200 μ m和兩根芯徑為100 μ m 800 μ m的能量石英光纖耦合，其透過光譜範圍為300nm 1800nm，數值孔徑為O. 22，耐溫範圍為_190°C 380°C。
8.根據權利要求6所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述集束型光纖耦合器採用七根芯徑為100 μ m 500 μ m能量石英光纖製作，其中三根能量石英光纖與光源連接，另四根能量石英光纖與光探測器連接，其透過光譜範圍為300nm 1800nm，數值孔徑為O. 22，耐溫範圍為_190°C 380°C。
9.根據權利要求7或8所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述光源發射光波長範圍為320nm 1600nm，峰值波長為880nm，輸出功率密度範圍為1. 65 4. 5mff/cm2 ;光探測器接收的光波長範圍為320nm 1600nm，峰值波長為880nm。
10.根據權利要求9所述的一種光纖探針傳感器，其特徵是所述光源和光探測器的耐溫範圍均為-55° +125° ;光纖探針傳感器整體耐溫-55° +125°，耐壓O 30Mpa。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖探針傳感器，該光纖探針傳感器由敏感探頭、光纖耦合器、光源和光探測器組成，其中敏感探頭和耦合器被封裝在不鏽鋼保護套管內，光源和光探測器被封裝在與不鏽鋼保護套管連接的不鏽鋼密封筒內。其優點是靈敏度高、光損耗少、測量精度高、性能可靠、抗電磁幹擾、耐腐蝕、防油汙、耐高壓、耐高溫、電絕緣性好、安全防爆、使用壽命長、結構精巧、體積小、重量輕、耗電少。本光纖探針傳感器可應用於在油井井下的狹小空間內對油氣水三相流的持氣率進行實時在線測量，也可作為液位儀用於液面檢測。
文檔編號G01N21/41GK202886279SQ20122047079
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者李英偉, 孔令富, 劉興斌, 杜勝雪, 於莉娜, 安東傑, 王遊江, 李明澤, 王炎 申請人:燕山大學