一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法，属于油气剖面测井技术领域，所述光电组合式传感器包括电容测量模块和近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块；所述控制系统包括多通道程控开关、近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块电路、电容测量模块电路、电源模块电路、存储模块、AD采集模块电路及主控制器模块电路；测量方法是基于上下游近红外输出电压信号结合加权融合方法估计截面持气率信息，利用上下游近红外环形阵列光纤传感器获取截面持气率信息，同时以截面持气率与电容持水率特征构建持水率矫正模型进行持水率估计。本发明专利技术结构简单、造价低、可靠性高、无可动部件、无阻流、易安装、易更换。易更换。易更换。

【技术实现步骤摘要】
一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法


[0001]本专利技术涉及油气剖面测井
，尤其是一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法。

技术介绍

[0002]目前，以大庆油田为首的国内多数油田为陆相沉积、多层系开发的低产液机采油田，伴随着长期注水、注气开发及井下流体压力逐渐减小，油井井下流体大都由原来的油水两相流转化为油气水三相流。而开展产出剖面参数测量对油井井下多相流动态异常诊断、油井生产状态监控、调整油井生产方案、提高产能具有重要意义。
[0003]近红外技术因其对不同含氢基团具有不同的特征吸收谱带使得该技术开始被引入气液两相流含气率检测领域。相比于伽马射线法、微波法、超声法等含气率测量方法，近红外吸收法具有穿透性强、传输距离远、高效环保、高分辨率、检测过程无损无污染、快速响应等优势特点。电容测量技术相较于电导测量技术、电磁测量技术、雷达技术等具有结构简单、成本低廉、响应速度快、测量精度高等特点被广泛应用于多相流含水率测量领域。相关流量测量技术基于测量管道轴向相距为L的上下游管截面流动夹带介质的“记忆效应”，获取上下游输出信号进行互相关计算获取混合流速参数，相较于涡轮法，相关测量方法具有简单、高效等特点被广泛应用于流量测量领域。而上述方法虽然应用广泛，但是仅能获取多相流单一参数却无法获取多相流综合参数。而当前组合技术主要是通过将各个传感器分别封装，然后再进行结构连接和电气连接，该方法技术简单、易实现、可操作性强，但是结构复杂、故障率高、维修困难、造价高，且本质上并没有实现真正意义上的多传感器一体化融合设计。
[0004]因此，针对上述问题，为满足石油生产多相流多参数测量需要，一种用于石油生产多分相参数测量传感器、控制系统及测量方法成为当前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种非侵入式光电组合式传感器及其控制系统和测量方法，能够实现石油生产多相流参数的准确实时测量，具有结构精巧、造价低、无可动部件、可靠性高等特点。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种非侵入式光电组合式传感器，包括电容测量模块和近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块；
[0008]所述电容测量模块包括由外至内依次设置的外壳、外绝缘层、内电极及内绝缘层；
[0009]所述近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块包括均由n组近红外吸收式光纤传感器组成的上游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块和下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块；
[0010]所述近红外吸收式光纤传感器总体呈现环状排列；
[0011]所述近红外吸收式光纤传感器包括均与电容测量模块螺纹密封连接的近红外发射探头和近红外接收探头；所述近红外发射探头和所述近红外接收探头伸出内绝缘层部分与测量管道接触；所述近红外发射探头和所述近红外接收探头一一对应，近红外发射探头和近红外接收探头连接线均过截面圆心；相邻近红外吸收式光纤传感器的近红外发射探头和近红外接收探头的安装位置进行对调。
[0012]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述近红外发射探头在光源前方加载透镜，进行聚光。
[0013]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述近红外接收探头接收端外扩，以便更好接收光线。
[0014]一种非侵入式光电组合式传感器的控制系统，包括多通道程控开关、近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块电路、电容测量模块电路、为系统提供电能的电源模块电路、为光电组合式传感器输出电压信号进行备份的存储模块、用于采集光电组合式传感器输出信号的AD采集模块电路及主控制器模块电路；所述近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块电路包括光发射模块、光接收模块及信号处理模块；所述电容测量模块电路由电容激励模块、电容测量模块及电容信号处理模块组成。
[0015]一种非侵入式光电组合式传感器的测量方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1，获取光电组合式传感器的输出信号；
[0017]步骤2，基于上下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块输出电压信号，通过采用朗伯比尔吸收定律及吸光度线性叠加定律获取上下游径向持气率ug1、ug2、ug3、
…
、ug
n
；dg1、dg2、dg3、
…
、dg
n
；采用加权融合方法获取上下游截面持气率信息；采用加权融合方法获取上下游截面持气率信息融合截面持气率为：g＝(ug+dg)/2；
[0018]步骤3，基于上下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块输出电压信号，进行互相关运算获取近红外流量参数f；
[0019]步骤4，基于电容测量模块输出频率信号，获取电容持水率ew；通过持水率矫正模型获取矫正持水率：w＝ew/(g+1)；
[0020]步骤5，获得最终多相流参数：f、g、w。
[0021]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：
[0022]1、本专利技术集光电组合式传感器、电路控制系统及石油生产多分相参数测量方法于一体，能够获取管道内多相流流量、持率等参数信息，实现了快速、准确检测；解决了截面多相流流量、持率测量困难、测量误差较大等问题。
[0023]2、本专利技术结构简单、造价低、可靠性高、无可动部件、无阻流、易安装、易更换，可在石油生产测量领域广泛推广。
附图说明
[0024]图1是本专利技术中光电组合式传感器结构示意图；
[0025]图2是本专利技术中光电组合式传感器主视图；
[0026]图3是本专利技术中光电组合式传感器剖面主视图；
[0027]图4是本专利技术中光电组合式传感器侧视剖面图；
[0028]图5是本专利技术中光电组合式传感器电路系统终端示意图；
[0029]图6是本专利技术中测量方法的流程图；
[0030]其中，1、近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块，2、外壳，3、外绝缘层，4、内电极，5、内绝缘层。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明：
[0032]需要说明的是，在本专利技术的描述中，技术术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“内”、“外”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本专利技术的技术方案，以上说明并非对本专利技术作了限制，本专利技术也不仅限于上述说明的举例，本
的普通技术人员在本专利技术的实质范围内所做出的变化、改型、增添或替换，都应视为本专利技术的保护范围。
[0033]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非侵入式光电组合式传感器，其特征在于：包括电容测量模块和近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块(1)；所述电容测量模块包括由外至内依次设置的外壳(2)、外绝缘层(3)、内电极(4)及内绝缘层(5)；所述近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块(1)包括均由n组近红外吸收式光纤传感器组成的上游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块和下游近红外吸收式环形多探测点光纤测量子模块；所述近红外吸收式光纤传感器总体呈现环状排列；所述近红外吸收式光纤传感器包括均与电容测量模块螺纹密封连接的近红外发射探头和近红外接收探头；所述近红外发射探头和所述近红外接收探头伸出内绝缘层(5)部分与测量管道接触；所述近红外发射探头和所述近红外接收探头一一对应，近红外发射探头和近红外接收探头连接线均过截面圆心；相邻近红外吸收式光纤传感器的近红外发射探头和近红外接收探头的安装位置进行对调。2.根据权利要求1所述的一种非侵入式光电组合式传感器，其特征在于：所述近红外发射探头在光源前方加载透镜，进行聚光。3.根据权利要求1所述的一种非侵入式光电组合式传感器，其特征在于：所述近红外接收探头接收端外扩，以便更好接收光线。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的非侵入式光电组合式传感器的控制系统，其特征在于：包括多通道程控开关、近红外吸收式环形多探测点光纤相关测量模块电路、电容测量模块电路、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔维航，闫鹏，郝虎，李贺，吴培良，刘嘉宇，张俊歌，沈洁男，卓超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：