一种油井井下油水两相流持水率测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种油井井下油水两相流持水率测量装置及方法，包括传感光源模块、光纤敏感结构、拉曼光谱采集模块和数据处理模块；传感光源模块用于发射光波信号；光纤敏感结构用于将传感光源模块发射的光波信号照射到被测的两相流上，并收集被测油水两相流与光波产生的拉曼散射光，发送给拉曼光谱采集模块；拉曼光谱采集模块包括分光系统和成像系统，分光系统用于得到特定波长范围内的拉曼散射光强度信息，将不同频率的拉曼散射光分开成拉曼光谱特性曲线，成像系统用于将光信号转化成电信号；数据处理模块用于使用深度学习模型对油水两相流拉曼光谱特性曲线进行分析得到两相流中油的浓度，从而得到油水两相流持水率。

A device and method for measuring water holdup of oil-water two-phase flow in oil well

【技术实现步骤摘要】
一种油井井下油水两相流持水率测量装置及方法
本专利技术属于两相流持水率测量领域，涉及一种油井井下油水两相流持水率测量装置及方法。
技术介绍
为了提高原油的开采效率，各油田越来越多地采用注水采油的措施和水平井开采的方法，这对井下油水两相持水率的在线检测提出了更高的要求。目前常用于油水两相流持水率测量的仪器有：射线法持水率测量装置、微波法持水率测量装置、电学法持水率测量装置、热学法持水率测量装置和超声法持水率测量装置等。射线法持水率测量的缺陷在于不仅需要解决射线穿过管壁产生的衰减问题，而且需要一个稳定可靠的射线源，还要考虑辐射的防护以及放射物的安全管理，因而使该方法的应用受到一定限制。微波法持水率测量装置的缺陷在于微波对人体有一定的危害，对安全管理与维护有较高的成本要求。电学法持水率测量装置测得的电容电导值不仅与流体的组份有关，而且还受流体的流型和流体组份电导率变化的影响，使得实际使用中精度受到较大影响。热学法持水率测量装置的实际使用中易受噪声影响。超声法持水率测量装置包括上述测量装置，均存在无法再高温高压下工作的缺陷，这对油水两相持水率的测量造成了很大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种油井井下油水两相流持水率测量装置及方法，测量稳定可靠、对人体没有危害，并且不会受到高温高压的影响。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种油井井下油水两相流持水率测量装置，包括传感光源模块、光纤敏感结构、拉曼光谱采集模块和数据处理模块；传感光源模块用于发射光波信号；光纤敏感结构包括Y型光纤、壳体和光纤探头，Y型光纤伸入壳体与光纤探头连接，Y型光纤前端分叉的两条光纤分别为入射光纤和收集光纤；光纤探头包括透镜和滤光片，透镜位于壳体前端，滤光片前端朝向透镜后端，入射光纤与透镜后端连接，收集光纤与滤光片后端连接；Y型光纤后端与传感光源模块输出端连接；光纤敏感结构用于将传感光源模块发射的光波信号，经过Y型光纤的入射光纤，通过透镜将光波信号照射到被测的两相流上，并通过收集光纤收集被测油水两相流与光波产生的拉曼散射光，将后向拉曼散射光通过Y型光纤发送给拉曼光谱采集模块；拉曼光谱采集模块输入端与Y型光纤后端连接，拉曼光谱采集模块包括分光系统和成像系统，分光系统用于得到特定波长范围内的拉曼散射光强度信息，将不同频率的拉曼散射光分开成拉曼光谱特性曲线，成像系统用于将光信号转化成电信号；数据处理模块输入端与拉曼光谱采集模块输出端连接，数据处理模块用于使用深度学习模型对油水两相流拉曼光谱特性曲线进行分析得到两相流中油的浓度，从而得到油水两相流持水率。优选的，分光系统采用波分复用器。优选的，壳体前端设置有光学玻璃窗，光学玻璃窗位于光纤探头前方。进一步，光学玻璃窗的材质为蓝宝石。优选的，壳体采用全不锈钢结构，密封设置。一种基于上述任意一项所述装置的油井井下油水两相流持水率测量方法，包括以下步骤；步骤一，将光纤敏感结构放置入油井管道中，传感光源模块发射不同线宽和功率的光波信号，经过Y型光纤的入射光纤，通过透镜将光波信号照射到被测的两相流上；步骤二，收集光纤收集被测油水两相流与光波产生的拉曼散射光，将后向拉曼散射光通过Y型光纤发送给拉曼光谱采集模块；步骤三，拉曼光谱采集模块收到不同频率的拉曼散射光，将不同频率的拉曼散射光分开，得到特定波长范围内的拉曼散射光强度信息，进而得到拉曼光谱特性曲线，并将光信号转化成电信号，发送给数据处理模块；步骤四，在数据处理模块中，建立油水两相流持水率的深度学习模型，将油水两相流拉曼光谱特性曲线输入至嵌入式计算机模块中的深度学习模型中，对油水两相流拉曼光谱特性曲线进行分析得到两相流中油的浓度，从而得到油水两相流持水率。优选的，步骤三中，特定波长范围内的拉曼散射光强度I(v)为：其中C为光速，h为普朗克常量，IL为激发光强度，N为收集光纤9收集的散射分子数量，v为分子振动频率，v0为激发频率，μ为振动原子换算质量，κ为玻尔兹曼常数，T为绝对温度值，α′a为极化率张量不变量均值，γ′a为各向异性极化率张量不变量。优选的，步骤四中，建立油水两相流持水率的深度学习模型包括以下步骤；步骤1、配置多个持水率从0％到100％的油水两相流样本，组成校正集与验证集；步骤2、对不同持水率的校正集样本分别进行步骤一至步骤三，得到不同波长及该波长的强度特征信息；步骤3、构建步骤二中得到的特征信息与油水两相流持水率相关联的初步深度学习模型，并利用步骤2中得到的特征信息对初步深度学习模型进行模型训练，得到一个稳定的深度学习模型；步骤4、用稳定的深度学习模型对验证集的油水两相流持水率进行结果预测检验其准确率是否满足工程应用需要，若满足需要的准确率，则深度学习模型建立完成，若不满足需要的准确率，则回到步骤3重新训练。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过采用光纤和光纤探头对被测的两相流发送光波信号及收集拉曼散射光，利用光纤和光纤探头耐高温高压特性，使检测装置不会受到高温高压的影响，利用拉曼光谱测量高分辨率、高灵敏度、大动态范围和便捷快速的优点，使测量过程稳定可靠，保证了测量结果的精度。本专利技术所述方法，利用拉曼光谱测量高分辨率、高灵敏度、大动态范围和便捷快速的优点，对油水两相流拉曼光谱特性曲线进行分析得到两相流中油的浓度，从而得到油水两相流持水率，测量精度高，使用光学仪器不受电磁干扰，可测量水平井。附图说明图1为本专利技术的油水两相流持水率测量装置结构示意图；图2为本专利技术的光纤敏感结构的结构示意图；图3为本专利技术的井下流体分子或粒子拉曼散射示意图；图4为本专利技术的深度学习模型建立流程图。其中：1-传感光源模块；2-光纤敏感结构；3-拉曼光谱采集模块；4-数据处理模块；5-Y型光纤；6-壳体；7-光纤探头；8-入射光纤；9-收集光纤；10-透镜；11-滤光片；12-光学玻璃窗；13-油井管道。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1所示，本专利技术所述油井井下油水两相流持水率测量装置，包括传感光源模块1、光纤敏感结构2和信号处理模块；信号处理模块包括拉曼光谱采集模块3和数据处理模块4。传感光源模块1，用来发射一定线宽和功率的光波；光纤敏感结构2用于将传感光源模块1发射的光波信号，经过Y型光纤5的入射光纤8，通过透镜10将光波信号照射到被测的两相流上，并通过收集光纤9收集被测油水两相流与光波产生的拉曼散射光，将后向拉曼散射光通过Y型光纤5发送给拉曼光谱采集模块3；拉曼光谱采集模块3，输入端与所述光纤敏感结构2的输出端连接，用来接收光纤敏感结构2传来的拉曼散射光，得到特定波长范围内的拉曼散射光强度信息，将不同频率的拉曼散射光分开成拉曼光谱特性曲线，并将拉曼散射光分光后转换为电信号输出；数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油井井下油水两相流持水率测量装置，其特征在于，包括传感光源模块(1)、光纤敏感结构(2)、拉曼光谱采集模块(3)和数据处理模块(4)；/n传感光源模块(1)用于发射光波信号；/n光纤敏感结构(2)包括Y型光纤(5)、壳体(6)和光纤探头(7)，Y型光纤(5)伸入壳体(6)与光纤探头(7)连接，Y型光纤(5)前端分叉的两条光纤分别为入射光纤(8)和收集光纤(9)；光纤探头(7)包括透镜(10)和滤光片(11)，透镜(10)位于壳体(6)前端，滤光片(11)前端朝向透镜(10)后端，入射光纤(8)与透镜(10)后端连接，收集光纤(9)与滤光片(11)后端连接；Y型光纤(5)后端与传感光源模块(1)输出端连接；光纤敏感结构(2)用于将传感光源模块(1)发射的光波信号，经过Y型光纤(5)的入射光纤(8)，通过透镜(10)将光波信号照射到被测的两相流上，并通过收集光纤(9)收集被测油水两相流与光波产生的拉曼散射光，将后向拉曼散射光通过Y型光纤(5)发送给拉曼光谱采集模块(3)；/n拉曼光谱采集模块(3)输入端与Y型光纤(5)后端连接，拉曼光谱采集模块(3)包括分光系统和成像系统，分光系统用于得到特定波长范围内的拉曼散射光强度信息，将不同频率的拉曼散射光分开成拉曼光谱特性曲线，成像系统用于将光信号转化成电信号；/n数据处理模块(4)输入端与拉曼光谱采集模块(3)输出端连接，数据处理模块(4)用于使用深度学习模型对油水两相流拉曼光谱特性曲线进行分析得到两相流中油的浓度，从而得到油水两相流持水率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种油井井下油水两相流持水率测量装置，其特征在于，包括传感光源模块(1)、光纤敏感结构(2)、拉曼光谱采集模块(3)和数据处理模块(4)；
传感光源模块(1)用于发射光波信号；
光纤敏感结构(2)包括Y型光纤(5)、壳体(6)和光纤探头(7)，Y型光纤(5)伸入壳体(6)与光纤探头(7)连接，Y型光纤(5)前端分叉的两条光纤分别为入射光纤(8)和收集光纤(9)；光纤探头(7)包括透镜(10)和滤光片(11)，透镜(10)位于壳体(6)前端，滤光片(11)前端朝向透镜(10)后端，入射光纤(8)与透镜(10)后端连接，收集光纤(9)与滤光片(11)后端连接；Y型光纤(5)后端与传感光源模块(1)输出端连接；光纤敏感结构(2)用于将传感光源模块(1)发射的光波信号，经过Y型光纤(5)的入射光纤(8)，通过透镜(10)将光波信号照射到被测的两相流上，并通过收集光纤(9)收集被测油水两相流与光波产生的拉曼散射光，将后向拉曼散射光通过Y型光纤(5)发送给拉曼光谱采集模块(3)；
拉曼光谱采集模块(3)输入端与Y型光纤(5)后端连接，拉曼光谱采集模块(3)包括分光系统和成像系统，分光系统用于得到特定波长范围内的拉曼散射光强度信息，将不同频率的拉曼散射光分开成拉曼光谱特性曲线，成像系统用于将光信号转化成电信号；
数据处理模块(4)输入端与拉曼光谱采集模块(3)输出端连接，数据处理模块(4)用于使用深度学习模型对油水两相流拉曼光谱特性曲线进行分析得到两相流中油的浓度，从而得到油水两相流持水率。


2.根据权利要求1所述的一种油井井下油水两相流持水率测量装置，其特征在于，分光系统采用波分复用器。


3.根据权利要求1所述的一种油井井下油水两相流持水率测量装置，其特征在于，壳体(6)前端设置有光学玻璃窗(12)，光学玻璃窗(12)位于光纤探头(7)前方。


4.根据权利要求3所述的一种油井井下油水两相流持水率测量装置，其特征在于，光学玻璃窗(12)的材质为蓝宝石。


5.根据权利要求1所述的一种油井井下油水两相流持水率测量装置，其特征在于，壳体(6)采用全不锈钢结构，密封设置。


6.一种基于权利要求1-5任意一项所述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁春，衣贵涛，王桂宇，江松元，陈小安，宫继刚，赵俊堂，赵国龙，杨留强，徐庆东，刘晓辉，韩智鑫，刘镇江，罗旭，刘建堂，王鑫，康林，郭磊，贾健，刘育含，胡福新，邓林峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11