引用本文：

邢文举，陈强，刘国权，等. 基于单模光纤探针的气液两相流持气率成像方法[J]. 光通信技术，2025，49（1）：78-82.

基于单模光纤探针的气液两相流持气率成像方法

邢文举1，2，陈 强3，刘国权3，高 宏1，2，乔学光4*

（1.西安石油大学 理学院，西安 710065；2.陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心，西安 710065； 3.中国石油测井有限责任公司 测井技术研究院，西安 710005；4.西北大学 物理学院，西安 710127）

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摘要：针对传统阵列式光纤探针在测量气液两相流持气率时存在的点位覆盖不足及对流场造成干扰的问题，提出了一种基于单模光纤探针的气液两相流持气率成像方法。该方法利用单模光纤探针对选定的关键位置进行精确测量，并采用克里金插值算法对未直接测量区域的持气率进行估算，从而实现成像。实验结果表明，在气流量设定为0.2 L/min、0.3 L/min、0.4 L/min 和 0.5 L/min 的情况下，此方法能够生成高质量的持气率图像，成功实现了测量区域内持气率分布的可视化。

关键词：光纤探针；克里金插值算法；持气率；成像

中图分类号：TN253 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2025）01-0078-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.01.013

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这篇文章是关于“基于单光纤探针的气液两相流持气率成像方法”的研究报告，主要介绍了该方法的背景、原理、实验过程及结果分析。以下是总结内容：

  1. 研究背景与动机：

    • 传统阵列式光纤探针限制：传统阵列式光纤探针在测量气液两相流持气率时存在点位覆盖不足及对流场造成干扰的问题。

    • 新方法提出：为解决这些问题，提出了一种基于单模光纤探针的持气率成像新方法。

  2. 单模光纤探针结构优化设计：

    • 优势分析：单模光纤具有较低的传输损耗和不存在模式干扰的特点，且探针尺寸小，能够探测到更小的气泡。

    • 锥角优化：通过Zemax软件的光线追迹仿真，发现当锥角为35°时，光纤探针的反射率达到最大值，因此选择35°作为探针设计的最优锥角。

  3. 克里金插值算法：

    • 算法原理：克里金插值算法是一种基于变异函数的局部估计方法，考虑估计点与观测点之间的空间位置关系和空间相关性。

    • 插值流程：包括数据收集及预处理、拟合实验变异函数、求解权重系数、求解估算值和可视化结果等步骤。

  4. 持气率测量实验：

    • 实验装置：实验在内径为20 mm的垂直管柱中进行，使用光纤探针持气率测量系统。

    • 实验过程：设定了4个不同的气流量水平（0.2 L/min、0.3 L/min、0.4 L/min 和 0.5 L/min），对九个关键测量点进行持气率测量。

    • 数据处理：采用单一阈值电压方法处理电压信号，计算各点的持气率。

  5. 实验结果分析：

    • 成像结果：利用Matlab的DACE工具箱进行克里金插值，生成了管道截面的持气率图像。

    • 结果解读：随着气流量的增加，持气率也随之提升，管柱中心持气率最高，向管壁方向逐渐减少，呈现出中间高、边缘低的空间分布特点。

  6. 方法优势与应用前景：

    • 方法优势：解决了传统阵列式光纤探针的限制，提供直观的气相分布图像。

    • 应用前景：适用于油气井等复杂环境，可辅助调整生产策略、优化注水方案，并支持增产措施的实施，对预防潜在问题具有重要指导意义。