高溫壓差型光纖流量傳感器

宮繼剛, 代志勇, 鄧勝強, 竇金林, 楊留強, 田嘉寧

(1.中國石油長城鉆探工程有限公司測井公司, 遼寧 盤錦 124011; 2.電子科技大學光電信息學院, 四川 成都 610054; 3.長江大學, 湖北 武漢 430100)

0 引 言

在高溫、高壓、高污染等惡劣環境下,傳統的流量測量方式需要測量敏感件與待測流體直接接觸,這類傳感器很難滿足使用環境的要求。因此,開展對應用于惡劣環境的高靈敏度流量測量新技術研究顯得極為迫切。本文提出一種用于高溫環境下生產測井的光纖流量傳感器。通過利用壓力敏感膜片結合邁克爾遜干涉儀兩臂同時測量干涉光路結構,能直接獲取流速壓差,測量出流體的平均流速,實現高靈敏度的流量傳感。該方法避免了傳感光路與被測流體直接接觸,能進行全金屬密閉封裝,進一步使用高溫光纖,使該傳感器不僅能實現高靈敏度的流量測量,而且能長期工作在300 ℃高溫環境下。

1 光纖流量傳感技術現狀

流體流量測量方法主要分為容積式和質量式流量計,其中容積式流量計又分為壓差式、渦輪式、渦街式等,而質量式流量計則主要是科里奧利流量計[1]。隨著光纖傳感技術的飛速發展,出現了大量以光纖傳感器為基礎的流量計,如光纖渦輪流量計、光纖渦街流量計、光纖多普勒流速計、光纖光柵流量計等[2-5]。盡管這些光纖流量傳感器具有高靈敏度、抗電磁干擾的顯著優勢,但并未針對井下的高溫、高壓、高污染環境應用進行研究。

光纖渦輪流量計通過對渦輪葉片反射回光纖探頭的激光脈沖計數實現流量測量,光路結構簡單,但光束需要穿過石油作用于渦輪葉片,光損耗大,并且存在小流量渦輪無法啟動的現象。……