在石油和天然气行业中，储层流体的密度和粘度可为评估地层中油气资源的商业开采价值和生产潜力提供参考依据。由于受到地表温度和压力的影响，地层中碳氢化合物的粘度在地面会发生不可逆转的改变，因此通过测量地面的压力-体积-温度（PVT）得到的碳氢化合物的粘度并不能真实地反应地层中流体的性质。
最近，超声技术中心王秀明、陈德华课题组提出使用石英音叉传感器原位测量井下流体密度和粘度的方法。相关研究成果发表于国际学术期刊 Sensors 。
研究人员选用成本低、稳定性好且在真空中谐振频率为32.768 kHz的石英晶振作为测量流体密度和粘度的传感器。石英音叉传感器不仅体积小、易安装，而且可同时测量溶液的密度和粘度。从欧拉-伯努利梁的振动理论出发，可推导得到一种简化模型，通过石英音叉传感器在流体中振动的谐振频率和品质因数，反演流体的密度和粘度。该简化模型计算得到的八种溶液粘度，相对均方误差比用传统等效电路法低了一个数量级。
在后续研究中，研究人员将分析高温环境下石英音叉传感器在各种溶液中受温度的影响及校准方法。
图1 石英音叉传感器的振动模态和实物图（图/中科院声学所）
图2 石英音叉传感器的实验测试平台（图/中科院声学所）
关键词：
密度传感器；粘度传感器
参考文献：
ZHANG Mi, CHEN Dehua, HE Xiao, WANG Xiuming. A hydrodynamic model for measuring fluid density and viscosity by using quartz tuning forks, Sensors, 2020, 20(1),198. DOI: 10.3390/s20010198.
论文链接：