CN204627583U - 稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置，这种稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置包括宽带光源、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器、倾斜光纤光栅传感器、光谱解调仪、数据采集卡、电脑，第一光耦合器的两个输出端分别连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器和倾斜光纤光栅传感器，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器连接到第二光耦合器的一个输入端，倾斜光纤光栅传感器连接到第二光耦合器的另一个输入端，第二光耦合器的输出端连接光谱解调仪，光谱解调仪连接数据采集卡，数据采集卡连接电脑。本实用新型将光子晶体光纤表面等离子体共振传感器和倾斜光纤光栅传感器集成在一起，进行湿蒸汽温度、压力和干度一体化测量，距离现场实际应用差距较小。

Description

稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置

技术领域：

本实用新型涉及的是测量井下蒸汽物理参数的装置，具体涉及的是稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置。

背景技术：

我国陆上稠油资源主要以注入高温高压蒸汽方式开采。及时准确了解和掌握注汽剖面蒸汽的在线特性和状况对于提高稠油采收率，具有重要的现实意义。化学采用分析法是测量蒸汽干度最常用的方法，具有测试方便、速度快等优点，但受测试环境的影响，干度测量准确度低，给实际生产带来很大误差。中子虽然具有灵敏度高的优点，但中子辐射易对人体造成伤害，使其应用前景受到极大限制。目前，我国井下蒸汽干度的测量方法主要是通过测定环境温度、压力和蒸汽的折射率，利用国际蒸汽协会的数据资料进行比对，获得干度值。但是，在实际测量中，蒸汽的折射率测量精度低、误差大，导致蒸汽干度与实际偏差较大，不能为油田开采提供有效的指导。因此，探索可准确测量蒸汽的折射率，既对蒸汽干扰小，抗电磁干扰，亦能耐受油井的恶劣环境，灵敏度高，响应快和在线测量的新型测量方法，一直是干度测量方面的核心问题和关键技术。

近年来，随着我国石油需求的不断攀升和常规石油资源过度开采与消耗的不断加剧，以稠油为代表的非常规石油资源因其储量巨大、分布集中、开采技术日趋完善等特点成为油田开发的重要领域之一。针对稠油油藏的地质特征，我国主要采用注蒸汽热采方法对其开采。在热采过程中，蒸汽品质与电力、燃料消耗以及采收率等重大经济效益问题密切相关，使得蒸汽干度成为稠油热采作业环节极为重要的参数，日益受到重视。但在生产实际中，大多数油田采用人工取样方法测量蒸汽干度，不能及时有效反映井下注蒸汽状况，严重制约了注汽方案的优化和调整。

所谓干度，是指每千克湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分数。目前，胜利油田、辽河油田、河南油田、新疆油田主要采用人工取样化验的方法测量蒸汽干度，存在操作间隔时间过长，井下注蒸汽状况难以及时获取等缺点。针对此核心问题，中国石油大学、西南石油大学、西安石油大学、长江大学和东北石油大学等高校及科研单位近年来主要围绕电容法、冷凝法、超声法、光学反射法开展蒸汽干度传感测试研究，取得了较显著的研究成果。然而，这些方法大多针对地面蒸汽发生***，少数进行井下蒸汽干度测量的方法尚存在误差大、响应慢以及抗干扰能力差等严重缺陷，距离现场实际应用差距较大。

传统的电容法、光学反射率法及微波法等除分别存在响应慢，耐高温高压能力差，不能实时在线检测等缺陷外，大尺寸的传感结构对测试环境扰动较大，使得温度和压力测量结果不准确亦是造成干度误差较大的主要原因。因此，探寻温度、压力和干度一体化的高灵敏度传感测试***（方法）成为解决干度问题的关键。

发明内容：

本实用新型的目的是提供稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置，这种稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置用于解决目前井下蒸汽干度测量的方法尚存在缺陷，距离现场实际应用差距较大的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置包括宽带光源、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器、倾斜光纤光栅传感器、光谱解调仪、数据采集卡、电脑，第一光耦合器的两个输出端分别连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器和倾斜光纤光栅传感器，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器连接到第二光耦合器的一个输入端，倾斜光纤光栅传感器连接到第二光耦合器的另一个输入端，第二光耦合器的输出端连接光谱解调仪，光谱解调仪连接数据采集卡，数据采集卡连接电脑。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型利用光纤传感技术易于集成化的特点，将光子晶体光纤表面等离子体共振传感器和倾斜光纤光栅传感器集成在一起，进行湿蒸汽温度、压力和干度一体化测量，利用光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（Photonic Crystal Fiber Surface Plasmon Resonance，SP）确定湿蒸汽的折射率；同时利用倾斜光纤光栅传感器(Tilted Fiber Bragg Grating，TFBG)原位测量湿蒸汽的温度和压力，然后结合现有技术中利用电脑计算相关热力学参数的方法，求得干度，为准确了解稠油热采注蒸汽井的注汽状况，优化开采方案，科学规划生产及提高采收率提供新方法，距离现场实际应用差距较小。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是光子晶体光纤表面等离子体共振传感器结构示意图。

1宽带光源， 2第一光耦合器， 3光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，4倾斜光纤光栅传感器，5第二光耦合器，6光谱解调仪，7数据采集卡，8电脑。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，这种稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置包括宽带光源1、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3、倾斜光纤光栅传感器4、光谱解调仪6、数据采集卡7、电脑8，宽带光源1发出的光入射到第一光耦合器2，第一光耦合器2的两个输出端分别连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3和倾斜光纤光栅传感器4，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3连接到第二光耦合器5的一个输入端，倾斜光纤光栅传感器4连接到第二光耦合器5的另一个输入端，第二光耦合器5的输出端连接光谱解调仪6，光谱解调仪6连接数据采集卡7，数据采集卡7连接电脑8。

如图2所示，本实用新型中光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3为六边形大孔洞光子晶体光纤，六边形的边缘涂敷有金薄膜，六边形内部为待测湿蒸汽，中心圆孔为空气，其余部位是包层（材质为二氧化硅）。

本实用新型的测量过程为：当光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3、倾斜光纤光栅传感器4置于蒸汽环境中时，将一束由宽带光源1发出的波长在200-1000纳米的TM型偏振光入射到第一光耦合器2内，第一光耦合器2内将光信号处理后分别发射给光子晶体光纤表面等离子体共振传感器3和倾斜光纤光栅传感器4，光子晶体光纤中特定频率光波的纤芯基模与金膜表面等离子体波模发生相位匹配时，两波发生共振，其光波光强与波长关系曲线在光谱解调仪6上显示为一路共振吸收峰信号，而倾斜光纤光栅传感器4测定出的温度和压力在光谱解调仪6上显示为另一路信号；通过数据采集卡7将光谱解调仪6所获得数据信息传输到电脑8上，通过目前公知的计算软件可计算并显示出温度、压力和蒸汽干度值。

Claims (1)

1.一种稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置，其特征在于：这种稠油热采井湿蒸汽温度、压力、干度一体化测量装置包括宽带光源（1）、光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）、倾斜光纤光栅传感器（4）、光谱解调仪（6）、数据采集卡（7）、电脑（8），第一光耦合器（2）的两个输出端分别连接光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）和倾斜光纤光栅传感器（4），光子晶体光纤表面等离子体共振传感器（3）连接到第二光耦合器（5）的一个输入端，倾斜光纤光栅传感器（4）连接到第二光耦合器（5）的另一个输入端，第二光耦合器（5）的输出端连接光谱解调仪（6），光谱解调仪（6）连接数据采集卡（7），数据采集卡（7）连接电脑（8）。