一种光纤电导一体化探针传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光纤电导一体化探针传感器，该光纤电导一体化探针传感器既可应用于石油生产测井中垂直/水平井生产测井中狭小空间内油气水三相流复杂流体中持气率和持水率的在线实时测量，也可应用于气液两相流的空隙率的在线实时测量，同时也可作为液位仪进行液面检测。
【背景技术】
[0002]由于我国主要以陆上油田开采为主，油藏储集层深度在1000米以上，压力可高达几十兆帕。目前，从国内已开发油田现状看，主力老油田大多数已逐步进入特高含水的开发后期。在深储层区，气体(以天然气、烃类和非烃类气体为主)主要以溶解气的形式存于原油中。在采油装置的驱动下，原油在井筒中向上流动，当流压低于泡点压力后，产生原油脱气，气体以游离气的形态存在，导致油井形成油气水三相流流动特性。此外，为了提高采收率，注水、注气驱采技术在作为各大油田增产措施得到了广泛应用。因此，在原油开采、地面油气输运以及其他工业生产过程中，处处伴随着气液/油水及油气水多相流动现象。在这种情况下，必须对石油生产测井中气液/油气水多相流的分相含率进行测量，以便及时确定油井的产出剖面，了解和掌握各产层的生产状况，进而合理调整和优化油气田的开发方案。
[0003]对于分相含率的准确测量是多相流控制与预测的重要前提。目前测量多相流相含率测量技术方法较多，其测量精度及实时性也不断的提高，根据测量原理，主要包括声学法、光学法、射线衰减法、层析成像法、电学法和电容法，以及直接测量的快关阀技术等。随着技术的发展，越来越多的测量手段用于两相流测量中，如热敏风速仪、粒子图像测速技术等。相关测量法是近年来发展起来的应用较为广泛的多相流流量计量方法，由于多相流体在流动过程中会产生不可避免的“流动噪声”，通过采集上游传感器和下游传感器信号并利用相关算法计算出“流动噪声”在两个传感器之间渡越时间，随后，根据上下游传感器的间距与渡越时间即可计算得到多相流的相关流速。且相关测量技术具有测量流速范围宽、适应性强、可长时间连续测量等优点。
[0004]由于接触式探针直接定位于流体上，能够较准确的反映该测量点的局部流体特征。目前接触式探针法分为电导探针和光纤探针两种，其中光纤探针只对流动的光学特性敏感，因此该方法在对气液/油气水多相流进行测量时受温度与矿化度变化影响较小；电导探针根据采用测量混合流体导电率方法来测定流体的局部相含率，可用于油水两相流、气液两相流及油气水三相流流动体系中进行测量，具有成本低、响应速度快等优点。同时接触式探针易破坏流场，传统探头表面易粘附杂质，影响探头的导电或透光性能，从而测量结果带来误差。
[0005]由此可见，为满足油田生产的实际要求，迫切需要研宄一种能够实时、在线测量石油生产测井中气液/油气水多相流体分相含率(包括持水率和持气率)的新方法和技术。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是针对上述现状，提出一种光纤电导一体化探针传感器，可在石油生产测井中垂直/水平井生产测井中狭小空间内对油气水三相流复杂流体的持气率和持水率进行在线测量，同时也可对气液两相流的空隙率进行在线实时测量以及用于液面检测等领域。
[0007]本实用新型的目的是通过以下方式实现的:
[0008]本实用新型包括敏感探头(包括光纤敏感探头和电导敏感探头)、光纤耦合器、光源、透镜和光探测器，其中光纤敏感探头和光纤耦合器被封装在不锈钢或软性耐腐蚀材质保护套管内，电导敏感探头、光源、透镜和光探测器被封装在与不锈钢或软性耐腐蚀材质保护套管连接的不锈钢密封筒内。
[0009]所述光纤敏感探头的直径为600 μ m?800 μ m，敏感探头尖端呈圆锥形或楔形，敏感探头顶端夹角为25°?45° ;
[0010]所述电导敏感探头直径为200 μπι?1000 μπι，敏感探头尖端呈圆锥形，敏感探头顶端裸露部分导通距离为20 μπι?400 μm，敏感探头作为电导探针传感器的负极；
[0011]所述不锈钢保护套管的外径为Imm?1.5mm且表面涂有绝缘材料，被封装的光纤敏感探头顶端裸露部分长度为2mm?3mm ;
[0012]所述不锈钢密封筒作为电导探针传感器外壳连接正极，外径为5mm，被封装的电导敏感探头部分长度为Imm?3mm、表面涂有绝缘材料；
[0013]所述不锈钢或软性耐腐蚀材质保护套管、电导敏感探头经由绝缘防水胶与不锈钢密封筒相连；
[0014]所述集束型光纤耦合器采用七根芯径为100 μπι?300 μπι能量石英光纤制作，其中六根能量石英光纤与光源连接，另一根能量石英光纤与光探测器连接，其能量石英光纤透过光谱范围为300nm?1800nm，数值孔径为0.22，耐温范围为-190 °C?380 °C ；
[0015]所述光源和光探测器的耐温范围均为-55°?+125°，光源前加装透镜；
[0016]所述本实用新型的光纤电导一体化探针传感器整体耐温-55°?+125°，耐压O ?30Mpao
[0017]本实用新型中光纤探针法是基于全反射原理，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强弱输出不同高低电平信号，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，进而计算出气液两相流的空隙率浓度，或用于检测液面。
[0018]本实用新型中电导探针对相含率的测量原理类似于光纤探针，其用于气液两相流空隙率测量是基于气相和液相的电导率存在明显差异。探针主要由测量电极和外部导电套管组成，针尖和套管中间填充绝缘材料。电导探针插入气液两相混合物，若探针的接触面浸没在气体中时，则探针经过测量电路后输出高电平信号；若探针的接触面被导电液体包围，则此时测量电路输出低电平信号。即根据输出信号电平的高低，可判断出电导敏感探头所接触的介质是气相还是液相，进而计算出气液两相流的空隙率，或用于液面检测。
[0019]本实用新型的优点是:灵敏度高、测量精度高、性能可靠、耐高压高温、耐腐蚀、耐磨损、防粘油污、结构精巧、体积小、重量轻、使用寿命长，既可用于石油生产测井垂直