一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法及装置，所述方法是采用双波长光谱透射率法传输技术，选用两个不同频率的光束，一个频率的光对水含量具有很高的敏感性，另一个频率的光对汽含量具有很高的敏感性，检测两个不同频率的光通过湿蒸汽后光的透射率以及光吸收系数，可以换算出单位时间内水和汽的含量，就可以获得湿蒸汽的蒸汽干度，本发明专利技术还提供了一种光纤传感井下蒸汽干度实时测量传输装置，解决了现有技术无法实现井下蒸汽干度在线实时测量及传输的问题。线实时测量及传输的问题。线实时测量及传输的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及油气田测试领域，特别涉及一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法及装置。

技术介绍

[0002]稠油开采方法中主要采用蒸汽驱、蒸汽吞吐等注汽热采技术，注汽过程中井口和井下各层的蒸汽干度不仅反映了所注蒸汽的品质，同时也影响稠油开采的注汽方案、动态监测、安全可靠性及经济性等。目前注汽井井下蒸汽干度测试采用的是井筒内的单点蒸汽干度取样地面化验方式，无法实现油层段的蒸汽干度在线实时测量，具有滞后性，不能进行蒸汽的实时调节，对生产效率有很大的影响。
[0003]目前井下蒸汽干度的在线实时测量方法大都处于探索和研究阶段，真正赋予实践的并不多。国内外现在仍没有可以实现在线测量、准确度高、寿命长且造价低的井下蒸汽干度在线实时测试仪。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法及装置，解决了现有技术无法实现井下蒸汽干度在线实时测量及传输的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]发射不同频率的两束光；两束光穿过湿蒸汽室；将穿过湿蒸汽室的两束光转成光信号；根据光信号数据，计算获得蒸汽干度值。
[0008]优选的，所述两个不同频率的光束是由激光发生器发出的；
[0009]所述激光发生器由恒流电源供电，并由计算机实时进行监控。
[0010]优选的，所述不同频率的两光束，具体为，
[0011]一种频率的光束对汽含量具有高敏感性，波长为λ1；
[0012]另一种频率的光束对水含量具有高敏感性，波长为λ2。
[0013]优选的，所述两束光穿过湿蒸汽室，包括，
[0014]两束光源通过准直镜调节后，经过蓝宝石窗口进入湿蒸汽室；
[0015]所述准直镜用于准直两束激光发出的光路，使发散光路变成平行光路。
[0016]优选的，所述将穿过湿蒸汽室的两束光转成光信号，具体为，
[0017]两光束穿过湿蒸汽室，经蓝宝石窗口，由会聚镜调节后进入接收光缆；
[0018]接收光缆将穿过湿蒸汽室的两束光转成光信号；
[0019]瞬态光谱仪采集接收光缆发出的光信号。
[0020]优选的，所述会聚镜用于将输出光束控制在一个小的区域内，减少光的分叉。
[0021]优选的，所述计算获得蒸汽干度值，具体为，
[0022]根据计算机采集的光信号数据，计算不同频率的两光束通过湿蒸汽后光的透射
率；
[0023]根据透光率，换算出单位时间内湿蒸汽中汽和水的含量，获得湿蒸汽的蒸汽干度。
[0024]优选的，所述根据计算机采集的光信号数据，计算不同频率的两光束通过湿蒸汽后光的透射率，具体为，
[0025]λ1处其光的透射光强为：
[0026][0027]式中为入射光谱强度，α
g
、α
w
为光谱吸收系数(可以从光谱数据库查取)，m
g
为饱和蒸汽的质量，m
w
为饱和水的质量，L为两个蓝宝石窗口之间的距离；
[0028]透射率τ
g
(λ1)为：
[0029][0030][0031]对公式(3)两边取自然对数：
[0032][0033]而在λ2处其光的透射光强为：
[0034][0035]透射率τ
w
(λ2)为：
[0036][0037][0038]式中，τ
g
和α
g
分别表示波长为λ1的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数；τ
w
和α
w
分别表示波长为λ2的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数；I
g0
为波长为λ1的入射光谱强度，m
g
为饱和蒸汽的质量，m
w
为饱和水的质量，L为两个蓝宝石窗口之间的距离。
[0039]优选的，所述根据透光率，换算出单位时间内湿蒸汽中汽和水的含量，获得湿蒸汽的蒸汽干度，具体为，
[0040]则饱和水的质量m
w
为：
[0041][0042]取公式(4)与公式(8)的比值：
[0043]Lnτ
w
(λ2)/τ
g
(λ1)＝α
g
(λ1)m
g
L+[α
w
(λ1)
‑
α
w
(λ2)]m
w
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0044]则饱和蒸汽的质量m
g
为：
[0045][0046]蒸汽干度x为：
[0047][0048]式中，τ
g
和α
g
分别表示波长为λ1的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数,τ
w
和α
w
分别表示波长为λ2的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数,m
g
为饱和蒸汽的质量，m
w
为饱和水的质量，L为两个蓝宝石窗口之间的距离,x为蒸汽干度。
[0049]优选的，发射单元，与传输单元连接，用于发射不同频率的两束光；
[0050]传输单元，与处理单元连接，用于使两束光穿过湿蒸汽室，并将穿过湿蒸汽室的两束光转成光信号；
[0051]处理单元，用于采集光信号数据，并计算获得蒸汽干度值。
[0052]优选的，所述发射单元，包括恒流电源，激光发生器和计算机，其中，
[0053]所述激光发生器由恒流电源供电，并由计算机实时进行监控。
[0054]优选的，所述不同频率的两光束，具体为，
[0055]一种频率的光束对汽含量具有高敏感性，波长为λ1；
[0056]另一种频率的光束对水含量具有高敏感性，波长为λ2。
[0057]优选的，所述传输单元包括，依次连接的准直镜、发送光缆，蓝宝石窗，湿蒸汽室，蓝宝石窗，会聚镜，接收光缆和瞬态光谱仪，其中，
[0058]所述准直镜用于准直两束激光发出的光路；
[0059]所述会聚镜用于将输出光束控制在一个小的区域内；
[0060]所述蓝宝石窗和蓝宝石窗用于隔绝饱和蒸汽；
[0061]所述接收光缆用于将接收到的穿过湿蒸汽室的两束光转成光信号；
[0062]所述瞬态光谱仪用于接收接收光缆发出的光信号。
[0063]优选的，所述处理单元包括计算机，计算机采集光信号数据，并计算获得蒸汽干度值，具体为，
[0064]根据计算机采集的光信号数据，计算不同频率的两光束通过湿蒸汽后光的透射率；
[0065]根据透光率，换算出单位时间内湿蒸汽中汽和水的含量，获得湿蒸汽的蒸汽干度。
[0066]优选的，所述根据计算机采集的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：发射不同频率的两束光；两束光穿过湿蒸汽室(6)；将穿过湿蒸汽室(6)的两束光转成光信号；根据光信号数据，计算获得蒸汽干度值。2.根据权利要求1所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述不同频率的两束光是由激光发生器(2)发出的；所述激光发生器由恒流电源(1)供电，并由计算机(11)实时进行监控。3.根据权利要求1或2所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述不同频率的两光束，具体为，一种频率的光对汽含量具有高敏感性，波长为λ1；另一种频率的光对水含量具有高敏感性，波长为λ2。4.根据权利要求1所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述两束光穿过湿蒸汽室，包括，两束光通过准直镜(3)调节后，经过蓝宝石窗口(5)进入湿蒸汽室(6)；所述准直镜用于准直两束光发出的光路，使发散光路变成平行光路。5.根据权利要求4所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述将穿过湿蒸汽室(6)的两束光转成光信号，具体为，两束光穿过湿蒸汽室(6)，经蓝宝石窗口(7)，由会聚镜(8)调节后进入接收光缆(9)；接收光缆(9)将穿过湿蒸汽室(6)的两束光转成光信号；瞬态光谱仪(10)采集接收光缆(9)发出的光信号。6.根据权利要求5所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述会聚镜用于将输出光束控制在一个小的区域内，减少光的分叉。7.根据权利要求1所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述计算获得蒸汽干度值，具体为，根据计算机(11)采集的光信号数据，计算不同频率的两束光通过湿蒸汽(6)后光的透射率；根据透光率，换算出单位时间内湿蒸汽中汽和水的含量，获得湿蒸汽的蒸汽干度。8.根据权利要求7所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述根据计算机采集的光信号数据，计算不同频率的两束光通过湿蒸汽后光的透射率，具体为，λ1处其光的透射光强为：式中I
g0
为入射光谱强度，α
g
、α
w
为光谱吸收系数，m
g
为饱和蒸汽的质量，m
w
为饱和水的质量，L为两个蓝宝石窗口之间的距离；透射率τ
g
(λ1)为：
对公式(3)两边取自然对数：而在λ2处其光的透射光强为：透射率τ
w
(λ2)为：)为：式中，τ
g
和α
g
分别表示波长为λ1的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数；τ
w
和α
w
分别表示波长为λ2的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数；I
g0
为波长为λ1的入射光谱强度，m
g
为饱和蒸汽的质量，m
w
为饱和水的质量，L为两个蓝宝石窗口之间的距离。9.根据权利要求7所述的一种光纤传感井下蒸汽干度测量方法，其特征在于，所述根据透光率，换算出单位时间内湿蒸汽中汽和水的含量，获得湿蒸汽的蒸汽干度，具体为，则饱和水的质量m
w
为：取公式(4)与公式(8)的比值：Lnτ
w
(λ2)/τ
g
(λ1)＝α
g
(λ1)m
g
L+[α
w
(λ1)
‑
α
w
(λ2)]m
w
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)则饱和蒸汽的质量m
g
为：蒸汽干度x为：式中，τ
g
和α
g
分别表示波长为λ1的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数,τ
w
和α
w
分别表示波长为λ2的光通过湿蒸汽后的透射率和光吸收系数,m
g
为饱和蒸汽的质量，m
w
为饱和水的质量，L为两个蓝宝石窗口之间的距离,x为蒸汽干度。10.一种光纤传感井下蒸汽干度测量装置，其特征在于，所述装置包括，发射单元，与传输单元连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，孙勇，张福兴，袁爱武，桑国强，吴晓明，步新兵，朱强，李蓉，张路，陈传时，刘锦，桂烈亭，马开，蒋艳，付云博，刘川，刘洪泽，谢恺泽，孙丽光，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：