[發(fā)明專利]一種測量油氣井內(nèi)的氣液兩相流的方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610192147.4
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN107289990A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路明
• 申請（專利權(quán)）人: 成都金景盛風(fēng)科技有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及領(lǐng)域，是一種基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測量方法和裝置。該方法和裝置可以識別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

背景技術(shù)

工程上廣泛存在著兩相流的流動現(xiàn)象，其中以氣液兩相流最為普遍。例如石油輸運(yùn)管道內(nèi)、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子周圍、大氣云層內(nèi)的對流等，都屬于氣液兩相流流動。通過兩相流流動流動參數(shù)進(jìn)行測量，了解其特性及變化規(guī)律，對于相關(guān)科研、設(shè)計以及生產(chǎn)具有十分重要的意義。與單相流相比，兩相流由于在相界面各相間存在傳質(zhì)，甚至化學(xué)反應(yīng)，而且在時間、空間上隨機(jī)可變，使得諸如各相含量、流速、流量以及總體速度、流量等流動參數(shù)的檢測更具復(fù)雜性，難度很大。迄今為止，已有的檢測技術(shù)和方法大多是建立在單相傳感器基礎(chǔ)上的檢測手段，獲得的信息量小，而且無法對兩相流的整體特性進(jìn)行實時觀測描述。

隨著工業(yè)生產(chǎn)中對于兩相流流動的計量、控制方面的更高要求，需要開發(fā)一種能夠同時測量獲得氣液兩相流中各相含量、流速和流量，以及總體平均速度、流量的裝置。高速攝影技術(shù)可以實現(xiàn)可視化、非接觸、無輻射、低成本測量,近年來在流體測量方面的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。代表性的熒光粒子示蹤法已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上的在線監(jiān)測。具體在氣液兩相流測量中的應(yīng)用原理是：利用高速攝影機(jī)在某個流動截面上連續(xù)多次獲取圖像，由于氣液兩相流的密度不同，在截面中的影響中表現(xiàn)為不同的灰度，可以判斷兩相流中的分相含量。利用特定算法，捕捉連續(xù)幾個瞬態(tài)圖像中的相同密度灰度的位移，即可獲得分相速度。如果配以多個其他類型的傳感器，實現(xiàn)組合測量，則可以獲得完整的氣液兩相流的流動參數(shù)。

本發(fā)明提供一種基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測量方法和裝置。該方法和裝置可以識別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種測量油氣井內(nèi)的氣液兩相流的方法和裝置。該方法和裝置可以識別氣液 兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。圖1是基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測量裝置的布局圖。圖中所示，該裝置包括：測量管道(1)、反射鏡(2)、高速攝影機(jī)(3)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)、圖像重建系統(tǒng)(6)、控制計算機(jī)(5)、壓差流量計(7)、光源(8)。其連接關(guān)系是：

光源(8)照射反射鏡(2)；

反射鏡(2)在被測氣液兩相流流動的測量管道(1)的一側(cè)；

高速攝影機(jī)(3)連接反射鏡(2)；

高速攝影機(jī)(3)連接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)；

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)連接圖像重建系統(tǒng)(5)；

壓差流量計(7)位于測量管道(1)上，在測量管道(1)的下游；

控制計算機(jī)(5)連接高速攝影機(jī)(3)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)、圖像重建系統(tǒng)(6)。

圖2是高速攝影技術(shù)測量氣液兩相流的各相含量的原理圖。圖中表示，光源(8)產(chǎn)生片狀光源，照射反射鏡(2)；反射鏡(2)將片狀光源反射到測量管道(1)內(nèi)部，形成一個沿著測量管道(1)中兩相流流動方向上的測量截面，測量管道(1)有一個透明窗(8)。高速攝影機(jī)(3)通過透明窗(8)記錄下這個截面的圖圖像。由于氣液兩相流氣泡(10)和液體(11)的密度不同，在圖像中表現(xiàn)的灰度不同。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)將攝影及信號輸入到圖像重建系統(tǒng)(6)，利用圖像重建算法，根據(jù)計算截面灰度的分布，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得某個截面上兩相流流場的各相含量的二維分布以及變化的時間歷程。

附圖說明

圖1是基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測量裝置的布局圖；圖中，1測量管道1、2反射鏡、3高速攝影機(jī)、4數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、5控制計算機(jī)、6圖像重建系統(tǒng)、7壓差流量計、8光源。

圖2是高速攝影技術(shù)測量氣液兩相流的各相含量的原理圖；圖中，1測量管道、反射鏡、3高速攝影機(jī)、4數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、5控制計算機(jī)、6圖像重建系統(tǒng)、8光源、9透明窗、10液體、11氣泡。

具體實施方式

以一個具體實施方案進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的一種測量油氣井內(nèi)的氣液兩相流的方法和裝置的原理和結(jié)構(gòu)。該方法和裝置用于測量空氣-水兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。該裝置中的部件組成和連接關(guān)系與圖1相同。具體實施方式中，測量管道(1)的截面為正方形、為長度為1m、內(nèi)邊為50mm、壁厚10mm、材料為有機(jī)玻璃。水平放置，整體為全透明。光源(8)為Nd-Ag激光器，產(chǎn)生片狀光源，照射反射鏡(2)；反射鏡(2)將片狀光源反射到測量管道(1)內(nèi)部，形成一個測量截面；高速攝影機(jī)(3)記錄下這個截面的圖像。由于氣液兩相流中的氣泡(9)和液體(10)的密度不同，在圖像中表現(xiàn)的灰度不同。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)將攝影及信號輸入到圖像重建系統(tǒng)(6)，利用圖像重建算法，根據(jù)計算截面灰度的分布，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得某個截面上兩相流流場的各相含量的二維分布以及變化的時間歷程。控制計算機(jī)(5)連接、控制數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)的運(yùn)行，同時規(guī)定數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)的連續(xù)的采樣間隔，從而獲得空氣-水的分相速度；壓差流量計(6)在測量管道(1)的下游，測量總流量。