專利名稱：油水含量及分布光纖傳感器的制作方法
技術領域：
本發明屬于傳感器技術領域，特別涉及井下石油油水含量及分布的光纖傳感器結構設計。
背景技術：
石油是人類賴以生存和發展的重要能源，油水兩相流各相含率的測量在生產測井中占據著至關重要的地位，現有的一些油井含水率高和經濟效益低的現狀使原油開采處于兩難之地，放棄開采意味著鉆井時的巨大投入付之東流，而日漸減小的產量有時還不足以維持繼續開采所需的高昂費用，利用先進的科學技術對油井中原油組分和含量進行研究和評價，是提高原油開采經濟效益的重要途徑。
最早測量含水率是利用γ射線密度計來實現的，該方法的原理是利用油水兩相密度的差異獲得油井含水率。但放射性測量中存在統計漲落，并且對放射源和流體都有一定的要求。隨后產生的是壓差式密度計，雖然測量精度有所提高，但可靠性很差。由于水和油的電容率相差較大，人們又發明了電容式含水率計，這種儀器的響應還與流態和管徑有關，特別是在含水率較高時，幾乎失去了油水的分辯能力。
近年來，科技工作者又相繼提出了短波電容、屏蔽感應和波導等含水率的測量方法，但這些方法重復性和穩定性都很差，難以推廣應用。
發明內容
本發明的目的在于為克服已有技術的不足之處，提出一種油水含量及分布光纖傳感器，特別適用于井下原油含水率測量，且具有機械結構簡單、緊湊、體積、成本低，較高的靈敏度，測量不帶電，比較安全等優點。
本發明設計的一種油水含量及分布光纖傳感器，包括由頂蓋、底蓋和側壁組合成的殼體，安裝在該殼體內將殼體內空間分隔成上、中、下三個空腔的固定支座，該中部空腔與殼體外部相通為測量室；安裝在該固定支座上且位于測量室上、下方的相對位置處的光纖準直器陣列和光電探測器陣列；連于光纖準直器陣列的光纖束和光電探測器陣列的信號線與殼體外的電線混合纜相連。
本發明可在殼體的底蓋、頂蓋及側壁均開有滲油孔，為便于被測油體流動。本發明用于油井時，由于井下壓力大溫度高，為保護光纖束及信號線，在殼體上、下空腔設置有耐高溫、高壓的保護罩，使其與油水液隔離開。
為保護探測器及準直器光學表面，在光纖準直器陣列和光電探測器陣列的端面處可設置光學窗口。
本發明的特點及技術效果光纖傳感器具有以下獨特的優點其一、機械結構簡單緊湊，體積小，成本低，容易實用化，可以應用于較小的或不規則的空間中。
其二、由于光對媒質的分布以及衰減特性非常敏感，即使在濃度很低的情況下都能保持較高的靈敏度，可以用于濃度較低的二相流或多相流的測量中。
其三、由于光纖或光纜的使用，攜帶相關信息的光信號可通過光纖傳輸到遠離現場的傳感器中，信號處理也可以在遠端進行，這使得光纖層析成像技術可以將應用環境中不利的影響(如高溫，高壓以及腐蝕性的環境)降低到很小。
其四、現場測量不帶電，比較安全。
其五、由于光纖傳感器具有高的響應速度和寬的動態范圍，利用分布在不同地點的光纖層析成像系統可以建立光纖測量網絡。
圖1為本發明的總體結構示意圖。
圖2為本發明總體結構中的頂蓋及底蓋示意圖。
圖3為本發明總體結構中的光纖準直器與探測器支座示意圖。
圖4為本發明總體結構中的光纖準直器定位示意圖。
圖5為本發明總體結構中的光電探測器示意圖。
圖6為本發明總體結構中的外筒展開示意圖。
具體實施例方式
本發明設計的油水含量及分布光纖傳感器結合附圖及實施例詳細說明如下本發明用于油井的油水含量及分布光纖傳感器的實施例結構如圖1所示，包括由頂蓋2、底蓋3和的側壁4組合成的殼體，安裝在該殼體內將殼體內空間分隔成上、中、下三個空腔的固定支座100，該中部空腔為測量室103。安裝在該固定支座上且位于測量室上、下方的相對位置處的光纖準直器陣列8和光電探測器陣列9；光纖準直器陣列的光纖束7和光電探測器陣列的信號線10經過上、下空腔104及頂蓋與電線混合纜102相連；再連接到井上地面的激光器和信號處理系統(圖中未示出的激光器和信號處理系統均可采用常規產品及成熟技術，不屬于本發明所要求保護的技術內容)。
本實施例在殼體的底蓋、頂蓋及側壁均開有滲油孔1。為便于油體流動。由于井下壓力大溫度高，為保護光纖束及信號線，本實施例的上、下空腔104設置有耐高溫、高壓的保護罩6，使其與油水液隔離開。
為保護探測器及準直器光學表面，在光纖準直器陣列8和光電探測器陣列9的端面處可設置由光學玻璃或石英玻璃構成的光學窗口5，該光學窗口5固定在支座兩端面上。
本實施例的工作過程為
當傳感器在油井中向下運動侵入油水層時，油水混合物經殼體的滲油孔進入待測室。激光器發出的光經光纖束傳到光纖準直器上，并依次穿過光學窗口一待測液一光學窗口一光電探測器。光電探測器將通過待測液的光信號轉換成電信號，并通過信號接口傳輸到遠端的光電信號處理單元。當待測室處于不同區域的原油濃度不同時，將得到強弱不等的電信號，通過信號處理單元即可獲得待測室內原油含量的分布情況。
本實施例各部分的詳細說明如下本發明的頂蓋和底蓋實施例如圖2A、圖2B所示，其中頂蓋2包括，與光電接口單元連通的中心孔200、分布在周圍的4個滲油孔1以及4個用于與側壁固定的小定位孔201。底蓋3結構與頂蓋相同，只是五個大孔均為滲油孔1。
本實施例的支座結構如圖3、4、5所示，其中，圖3為支座縱向剖面圖，圖4和圖5分別是其頂視和底視圖，本實施例由一空心圓柱1001相連的兩圓盤1002、1003構成，光纖準直器陣列8及光電探測器陣列9均由24個器件構成，均勻分布并插入兩圓盤中，光纖準直器陣列8及光電探測器陣列9的端面一一對應，兩圓盤相對表面(光纖準直器8及光電探測器9的端面)結合一層光學窗口5，光電探測器陣列的信號線10從空心圓柱1001的中心孔中通過。
圖6為本實施例殼體側壁展開的示意圖，圖中，上、下各一排滲油孔1分別對應殼體內的上、下空腔，中間兩排滲油孔對應測量室，兩排小的定位孔201用于將側壁與支座固定。
本實施例選取的參數如下光纖準直器長為10mm，直徑3.2mm共24個，光電探測器長為5mm，直徑5mm共24個，由于光纖準直器出射光束很窄(＜1mm)，本實施例采用了光敏直徑為300μm的光電二極管作為光電探測器，為了保證激光束大部分能射到光電二極管的光敏面內，探測器裝置加工時要求光纖準直器與光電二極管同軸度為0.01(同軸加工)，光電探測器及準直器表面的光學窗口的平行度為0.01。
殼體的外徑為40mm，內徑為30mm，殼體高為75mm。支座頂端與頂蓋底端距離為20mm，支座底端與底蓋頂端距離也為20mm。
頂蓋與底蓋的外徑為40mm，厚度為5mm，支座的中心孔內徑為6mm，外徑為10mm，支座上、下圓盤的厚度分別長為10mm和5mm，測量室的高度(光纖準直器與光電探測器的距離)為10mm。
本發明可以將光纖準直器與光電探測器的距離設計出不同距離，以適應不同油水濃度分布的情況。
為防腐蝕，本實施例的殼體、支座及保護罩均用不銹鋼制作，且應耐高溫、高壓。
以上所述各部分的形狀及參數均為舉例說明本發明的技術特征，并不用以限定本發明的保護范圍，凡對此所作的相應變動均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種油水含量及分布光纖傳感器，其特征在于，包括由頂蓋、底蓋和側壁組合成的殼體，安裝在該殼體內將殼體內空間分隔成上、中、下三個空腔的固定支座，該中部空腔與殼體外部相通為測量室；安裝在該固定支座上且位于測量室上、下方的相對位置處的光纖準直器陣列和光電探測器陣列；連于光纖準直器陣列的光纖束和光電探測器陣列的信號線與殼體外的電線混合纜相連。
2.如權利要求1所述的油水含量及分布光纖傳感器，其特征在于，所述殼體的底蓋、頂蓋及側壁均開有滲油孔。
3.如權利要求2所述的油水含量及分布光纖傳感器，其特征在于，所述殼體上、下空腔設置有耐高溫、高壓的保護罩。
4.如權利要求1、2或3所述的油水含量及分布光纖傳感器，其特征在于，在所述光纖準直器陣列和光電探測器陣列的端面處設置有光學窗口。
全文摘要
本發明涉及一種油水含量及分布光纖傳感器，屬于傳感器技術領域。本發明包括由頂蓋、底蓋和側壁組合成的殼體，安裝在該殼體內將殼體內空間分隔成上、中、下三個空腔的固定支座，該中部空腔與殼體外部相通為測量室；安裝在該固定支座上且位于測量室上、下方的相對位置處的光纖準直器陣列和光電探測器陣列；連于光纖準直器陣列的光纖束和光電探測器陣列的信號線與殼體外的電線混合纜相連。本發明具有機械結構簡單、緊湊、體積、成本低，較高的靈敏度，測量不帶電，比較安全等優點。
文檔編號E21B49/08GK1563670SQ20041003065
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月2日 優先權日2004年4月2日
發明者高德文, 廖延彪, 閻春生 申請人:清華大學