基于光纖傳感器的油氣水三相流持氣率測(cè)井儀

2 光纖探針持氣率測(cè)量原理
光纖探針?lè)ǖ臏y(cè)量原理基于氣相和液相對(duì)光的折射率不同，如圖2所示，當(dāng)光纖探針與氣相接觸時(shí)，入射光在棱鏡上發(fā)生全反射，經(jīng)反射光纖投射到光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出高電平；當(dāng)光纖探針和水或油相接觸時(shí)，入射光在棱鏡上被折射出去，無(wú)足夠強(qiáng)度的光投射到光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出低電平。隨著油氣水三相流體交替流過(guò)光纖探針，光電轉(zhuǎn)換器輸出隨時(shí)問(wèn)連續(xù)變化的電壓信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，便可得到光纖探針?biāo)谖恢玫木植拷孛婧瑲饴省?p>

以i表示探針頭曲面上任一點(diǎn)(r，θ，z)處的入射光，當(dāng)油氣水三相流交替流過(guò)探針時(shí)，點(diǎn)(r，θ，z)處的瞬時(shí)局部含氣率α(t，r，θ，z)為：

油氣水三相流是一種非定常流動(dòng)，因此α(t，r，θ，z)將隨時(shí)間而發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)表明，油氣水三相流一般具有平穩(wěn)隨機(jī)特性，有：

式中，T為積分時(shí)間長(zhǎng)度，為平均局部含氣率。定義瞬時(shí)截面含氣率和平均截面含氣率分別為：

對(duì)于油氣水三相管道流動(dòng)，瞬時(shí)容積含氣率αv(t)和平均容積含氣率可分別定義為：

若在管長(zhǎng)區(qū)間(O，L)內(nèi)，氣體沿流動(dòng)方向的體積膨脹可以忽略，因此，工程上一般認(rèn)為平均容積含氣率與平均截面含氣率等價(jià)，可得：

此式表明，采用光纖探針?lè)y(cè)量管道內(nèi)油氣水三相流的截而含氣率是可行的。