CN103850680A - 持气率光学传感仪集成光学测井*** - Google Patents

持气率光学传感仪集成光学测井*** Download PDF

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CN103850680A CN201410131541.8A CN201410131541A CN103850680A CN 103850680 A CN103850680 A CN 103850680A CN 201410131541 A CN201410131541 A CN 201410131541A CN 103850680 A CN103850680 A CN 103850680A
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许�鹏
许明禄
刘明利
王芳
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Abstract

一种持气率光学传感仪集成光学测井***，包括如下部分，a.具有86°锥度的兰宝石光纤探头，封装在带密封结构的接头中，通过发兰与带密封结构的非对称多模光纤耦合器接头接连；具有上述相同连接方式的兰宝石光纤探头共n组；b.非对称多模光纤耦合器，通过带密封结构的接头与发兰连接；c.单模光纤分束器的n个分支通过激光焊接点分别与n只非对称多模光纤耦合器入射端对接连接；d.激光光源LD或宽带光源SLED，通过单模光纤分束器输入端接头相连接。e.n只非对称多模光纤耦合器，通过非对称多模光纤耦合器输出端接头，分别与n只光电探测器PD连接；f.n≥2。该发明能直接检测和判断油气水三相流体中的气体。

Description

持气率光学传感仪集成光学测井***
技术领域
    本发明涉及石油测井的技术领域，特别是涉及一种持气率光学传感仪集成光学测井***。 
背景技术
之前在石油测井方面，归纳起来，在核测井方面有中子孔隙测井，脉冲中子测井。在电性测井方面有电阻率测井，感应测井等。在声波测井方面有水泥胶结测井，井眠补偿声波测井等。其它测井方面有井下重力测井，核磁共振测井。放射性示踪测井等。
这些测井方法都很先进，准确有效，为人类不可缺少的能源的发现及开采做出了重大的贡献。  
发明内容
本发明的目的是提供一种技术先进，具有环保的持气率光学传感仪集成光学***。
本发明的技术方案是：一种持气率光学传感仪集成光学测井***，至少包括如下部分，
a.具有86°锥度的兰宝石光纤探头（5），封装在带密封结构的接头（6）中，通过发兰（7）与带密封结构的非对称多模光纤耦合器接头（8）接连；具有上述相同连接方式的兰宝石光纤探头（5）共n组；
b.非对称多模光纤耦合器（9），通过带密封结构的接头（8）与发兰（7）连接；
c.单模光纤分束器（3）的n个分支通过激光焊接点（4）分别与n只非对称多模光纤耦合器（9）入射端对接连接；
d.激光光源LD或宽带光源SLED（1），通过单模光纤分束器输入端接头（2）相连接。
e.n只非对称多模光纤耦合器（9），通过非对称多模光纤耦合器输出端接头（10），分别与n只光电探测器PD（11）连接；
f.n≥2。 
所述的兰宝石光纤探头直径为250μm。
本发明的有益效果
该持气率光学传感仪集成光学测井***能有效的检测区分气相和液相流体。实现在油水井中探测气层位；在气井中探测液层位；能直接检测和判断油气水三相流体中的气体。
附图说明
图1为该持气率光学传感仪集成光学测井***的结构示意图之一；
图2为图1的局部视图；
图3为兰宝石光纤探头的放大示意图；
图4为兰宝石光纤探头处于空气中的计算用图；
图5为兰宝石光纤探头处于水中的计算用图；
图6为兰宝石光纤探头油气水三相流体反射光试验曲线；
图中1. 激光光源LD或宽带光源SLED、2. 单模光纤分束器输入端接头、3. 单模光纤分束器、4. 激光焊接点、5. 兰宝石光纤探头、6. 接头、7. 发兰、8. 非对称多模光纤耦合器接头、9. 非对称多模光纤耦合器、10. 非对称多模光纤耦合器输出端接头、11. 光电探测器PD。
具体实施方式
实施例： 参见图1-3，当n=4时，一种持气率光学传感仪集成光学测井***，至少包括如下部分，
a.具有86°锥度的兰宝石光纤探头（5），封装在带密封结构的接头（6）中，通过发兰（7）与带密封结构的非对称多模光纤耦合器接头（8）接连；具有上述相同连接方式的兰宝石光纤探头（5）共4组；
b.非对称多模光纤耦合器（9），通过带密封结构的接头（8）与发兰（7）连接；
c.单模光纤分束器（3）的n个分支通过激光焊接点（4）分别与4只非对称多模光纤耦合器（9）入射端对接连接；
d.激光光源LD或宽带光源SLED（1），通过单模光纤分束器输入端接头（2）相连接。
e.4只非对称多模光纤耦合器（9），通过非对称多模光纤耦合器输出端接头（10），分别与4只光电探测器PD（11）连接；
f.n≥1。 
所述的兰宝石光纤探头直径为250μm。
本发明是根据兰宝石光纤探头（5）受抑内反射光学原理。从激光光源LD或宽带光源SLED发射出的光，沿着1×4单模光纤分束器（3），非对称多模光纤耦合器（9）的光纤传输到达兰宝石光纤探头（5）。
当探头（5）尖端被气相流体浸没，到达尖端的光线，因入射角大于其临界角，大部分光线被反射，经非对称多模光纤耦合器（9）到达光电探测器（11），显示高功率信号。
当探头（5）尖端被液相流体浸没，到达尖端的光线，因入射角小于其临界角，大部分光线发生折射进入液相流体，只有少部分光线被反射到达光电探测器（11），显示低功率信号。因此持气率光学传感仪集成光学***能有效的检测区分气相和液相流体。实现在油水井中探测气层位；在气井中探测液层位；能直接检测和判断油气水三相流体中的气体。
兰宝石光纤探头（5）结构设计
选择兰宝石光纤是基于两点考虑：一是兰宝石光纤能耐受井下的高温、高压及高度的腐蚀性。二是兰宝石光纤具有高折射率，
n=1.76，高于原油的折射率n=1.5，能更好的拉开气相与液相反射光信号强弱的差别。
设计探头结构参数的原则是使探头（5）在气相中比在液相中的反射光量更大。为此，选择探头（5）的锥角                                                
Figure 2014101315418100002DEST_PATH_IMAGE001
=
Figure 380886DEST_PATH_IMAGE002
  ，假定光纤内入射光线与光纤轴线平行，如下图所示，则在探头锥面上的入射
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 861808DEST_PATH_IMAGE004
 ，空气的折射率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
1 ，临界角
Figure 703862DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
 ；水的折射率
Figure 161389DEST_PATH_IMAGE008
1.33，临界角
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 38078DEST_PATH_IMAGE010
；由图4、图5可知，探头处于空气中时，因
Figure 421392DEST_PATH_IMAGE012
 ，所以入射光线被反射到达光电探测器PD（11）。显示高功率信号，探头处于水中时，因
Figure 750742DEST_PATH_IMAGE011
Figure DEST_PATH_IMAGE013
 ，入射光线被折射，只有少部分光线被反射到达光电探测器PD（11），显示低功率信号。
2、兰宝石光纤探头研制
研究开发并运用专利技术，多功能光纤端面加工微型机床（待批），及相应的高速研磨抛光的工装磨具及加工方法。对探头进行了长达一年多的研制试验，最终加工完成了1号、2号、3号兰宝石光纤探头（5），探头长45mm，Φ250μm，锥度86°。
该集成光学***，整体布局紧凑，四个光学探头（5）圆周均布，各自单独探测显示测试数据。集成光学***的光电，光纤器件均进行了精心的选择，科学的匹配。对每个器件均要求性能是最好的，如选用的非对称多模光纤耦合器（9）就是最近研制成功的新产品，性能远好于1×2Y型光纤耦合器。
持气率光学传感仪集成光学***实验结果
分别将1号、2号探头（5）装入图Ⅱ所示的实验装置上，进行测试实验，测试方法是：将探头（5）分别交替置于空气或水中（深2mm左右），分别记录探头（5）处于空气或水中时光电探测器PD（11）显示的反射光功率数据。对1号、2号探头（5）进行多次重复的测试，对40多组测试数据求算术平均值，以光纤探头（5）处于空气中的反射光为100%，则探头（5）处于水中反射光为48%。
将反射光测试值A（In Air Reflex 100%）,B(In water Reflex 48%）标注在兰宝石光纤探头油气水三相流体反射光试验曲线上，如图6所示，进行比对，发现本公司持气率光学传感仪集光学***包括探头（5）的测试值与图6的实验曲线极相吻合。

Claims (3)

1.一种持气率光学传感仪集成光学测井***，至少包括如下部分，
a.具有86°锥度的兰宝石光纤探头（5），封装在带密封结构的接头（6）中，通过发兰（7）与带密封结构的非对称多模光纤耦合器接头（8）接连；具有上述相同连接方式的兰宝石光纤探头（5）共n组；
b.非对称多模光纤耦合器（9），通过带密封结构的接头（8）与发兰（7）连接；
c.单模光纤分束器（3）的n个分支通过激光焊接点（4）分别与n只非对称多模光纤耦合器（9）入射端对接连接；
d.激光光源LD或宽带光源SLED（1），通过单模光纤分束器输入端接头（2）相连接。
2.e.n只非对称多模光纤耦合器（9），通过非对称多模光纤耦合器输出端接头（10），分别与n只光电探测器PD（11）连接；
f.n≥2。
3.根据权利要求1所述的持气率光学传感仪集成光学***，其特征是：所述的兰宝石光纤探头直径为250μm。
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