科學家用石英音叉傳感器原位測量井下流體密度和粘度

2020-09-09 光明網

在石油和天然氣行業中，儲層流體的密度和粘度可為評估地層中油氣資源的商業開採價值和生產潛力提供參考依據。由於受到地表溫度和壓力的影響，地層中碳氫化合物的粘度在地面會發生不可逆轉的改變，因此通過測量地面的壓力－體積－溫度（PVT）得到的碳氫化合物的粘度並不能真實地反應地層中流體的性質。

最近，中國科學院聲學研究所超聲技術中心王秀明、陳德華課題組提出使用石英音叉傳感器原位測量井下流體密度和粘度的方法。相關研究成果發表於Sensors 期刊上。

研究人員選用成本低、穩定性好且在真空中諧振頻率為32.768 KHz的石英晶振作為測量流體密度和粘度的傳感器。石英音叉傳感器不僅體積小、易安裝，而且可同時測量溶液的密度和粘度。從歐拉-伯努利梁的振動理論出發，可推導得到一種簡化模型，通過石英音叉傳感器在流體中振動的諧振頻率和品質因數，反演流體的密度和粘度。該簡化模型計算得到的八種溶液粘度相對均方誤差比用傳統等效電路法低了一個數量級。

在後續研究中，研究人員將分析高溫環境下石英音叉傳感器在各種溶液中受溫度的影響及校準方法。

石英音叉傳感器的振動模態和實物圖

石英音叉傳感器的實驗測試平臺

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