基于光纤传感器的油气水三相流持气率测井仪
2 光纤探针持气率测量原理
光纤探针法的测量原理基于气相和液相对光的折射率不同，如图2所示，当光纤探针与气相接触时，入射光在棱镜上发生全反射，经反射光纤投射到光电转换器上，光电转换器输出高电平；当光纤探针和水或油相接触时，入射光在棱镜上被折射出去，无足够强度的光投射到光电转换器上，光电转换器输出低电平。随着油气水三相流体交替流过光纤探针，光电转换器输出随时问连续变化的电压信号，将此信号经过处理，便可得到光纤探针所在位置的局部截面含气率。
以i表示探针头曲面上任一点(r，θ，z)处的入射光，当油气水三相流交替流过探针时，点(r，θ，z)处的瞬时局部含气率α(t，r，θ，z)为：
油气水三相流是一种非定常流动，因此α(t，r，θ，z)将随时间而发生变化。实验表明，油气水三相流一般具有平稳随机特性，有：
式中，T为积分时间长度，为平均局部含气率。定义瞬时截面含气率和平均截面含气率分别为：
对于油气水三相管道流动，瞬时容积含气率αv(t)和平均容积含气率可分别定义为：
若在管长区间(O，L)内，气体沿流动方向的体积膨胀可以忽略，因此，工程上一般认为平均容积含气率与平均截面含气率等价，可得：
此式表明，采用光纤探针法测量管道内油气水三相流的截而含气率是可行的。
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