[發明專利]一種分相式兩相流相持率的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201010242952.6
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN101949720A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 王棟;張興凱
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01F22/00
• 分類號: G01F22/00;G01N13/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及一種兩相流相持率的測量技術領域，具體涉及一種分相式兩相流相持率的測量裝置及其測量方法。

背景技術

兩相流相持率是指一種流體在兩相流中所占據的體積份額，目前針對兩相流相持率的測量方法主要有射線法、聲學法、光學法、差壓法、振動法、電學法和層析成像法，并且都是將傳感器或敏感元件直接置于或面向兩相流進行測量，不對兩相流做任何處理或改變。雖然可以實現實時在線測量，同時對兩相流的干擾也比較小。但是由于兩相流的流體在流動過程中相界面始終處于隨機波動狀態，流動過程極不穩定，因而導致測量信號也極不穩定，信號質量非常差，嚴重影響測量精度。另外測量結果還會受到流型和流體物性的影響，流型或物性的變化會對測量結果造成重大影響。為了改善這種狀況常采用混合及多陣列傳感器等措施，如采用文丘里管和雙能射線測量相持率，將射線測量裝置安裝在文丘里管的喉部，但還是不能從根本上解決信號質量差帶來的測量精度問題。

而另一種在實驗室得到廣泛應用的相持率測量方法是快速關閉閥門法，簡稱快關法，該快關法是通過快速關閉兩相流流道上的兩個閥門，瞬時截取一段兩相流體，將其完全分離，然后分別測量兩種流體的體積或質量，最后得到相持率。這種方法雖然提高了測量精度，且測量結果與流型無關，但缺點是不能進行實時在線測量，就不能進行實時控制。

授權公告號為CN2913606Y的中國專利“測量油井持水率的持水傳感器”，公開了一種電容式井下油水兩相流相持率傳感器，該專利通過加長環形測量空間電容器兩極板間的空間的軸向長度，同時減小流體進出口孔的直徑和數量，使流體在環形空間內的流動處于停滯狀態，造成油水分離，使兩相流在分離狀態下進行測量，從而達到提高測量精度的目的。這種做法實際上是通過增加流動阻力的辦法來使流動停滯的，導致儀器的長度需要增大30-200厘米，在測量空間小的范圍會使儀器失去實用價值。另外減小流體進出口孔的直徑和數量后，加重了儀器的反應滯后性，影響其可用性。更嚴重的問題是，這種方法的可靠性很差，因為隨著流量的增大，進出口的壓差就會增大，一旦該壓差超過了流動阻力，流體又會流動起來，油水的分離狀態立即被破壞，直接影響測量精度。另外，流體是否停滯還與井的結構和流體的性質有關，因而該測量裝置及其方法又缺乏通用性。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種分相式兩相流相持率的測量裝置及其測量方法，該裝置由依次相鄰的兩相流流道、多孔壁、沉降室、測量室以及相界面測量裝置組成，通過沉降室和測量室的作用，產生一個與被測兩相流具有完全相同的等效密度的兩相流體柱，柱中的流體處于完全的分離狀態，由此產生相界面，該界面的位置直接反映了相持率的大小，應用相界面測量裝置就可以實現對相持率的精確測量；這樣本發明就將復雜的兩相流相持率測量問題轉化成了簡單的相界面檢測問題，從根本上改善了測量信號的穩定性和可靠性，保證了測量精度和測量的實時性。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種分相式兩相流相持率的測量裝置，包括兩相流流道壁101，所述的兩相流流道壁101和沉降室壁103相連接形成內部中空的結構，該內部中空的結構由帶有一個以上貫通孔201的多孔壁2相分隔，這樣兩相流流道壁101和沉降室壁103分別與多孔壁2形成了兩相流流道1和沉降室3，沉降室3的頂部和底部分別通過上連通管4和下連通管6與測量室5的頂部和底部相連通，測量室5有與之配合使用的相界面測量裝置22，相界面測量裝置22內帶有相界面數據處理模塊23。

所述的測量室5和添加劑加入裝置13相導通。

所述的沉降室3的頂部略高于兩相流流道1的頂部，沉降室3的底部略低于兩相流流道1的底部。

所述的兩相流流道1內設置有節流元件12，兩相流流道1沿節流元件12對應的兩相流流出方向的部分通過上置換管10和下置換管9分別與上連通管4和下連通管6導通，上置換管10和下置換管9上設置有閥門11。