[發(fā)明專利]一種用于兩相流分層界面形態(tài)測量的平行線陣列傳感系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710350929.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107271333A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟路生;鄢聰;張宏鑫;金寧德
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于兩相流分層界面形態(tài)測量的平行線陣列傳感系統(tǒng)

背景技術(shù)

隨著油井的長期開發(fā)，我國路上油田大多已經(jīng)進入低產(chǎn)液階段。產(chǎn)液剖面測井技術(shù)是水平井開采的重要配套環(huán)節(jié)，準確地對產(chǎn)液剖面資料進行解釋是對油田產(chǎn)出能量評價的前提，也是優(yōu)化開采方案，對油井進行壓裂與堵水作業(yè)的重要指導資料。然而，在低產(chǎn)液產(chǎn)出條件下，水平井內(nèi)出現(xiàn)特有的油水兩相流非均勻分層流動結(jié)構(gòu)，給水平井產(chǎn)出剖面測井資料解釋帶來極大困難和挑戰(zhàn)。

考慮通過建立流體物理運動模型實現(xiàn)兩相流流動參數(shù)預測，成為復雜兩相流動態(tài)過程監(jiān)測的一條重要途徑。一維標準雙流體模型是進行流體分層流動參數(shù)預測的有效物理模型。為提高模型預測的準確度，有學者提出了修正的雙流體模型，模型修正主要有兩大方向：(1)剪切應力的修正；(2)兩相界面運動形態(tài)的修正。其中，兩相界面運動形態(tài)也是剪切應力計算過程中的關(guān)鍵因素。分層流是水平油水兩相流中最常見的流型，由于水平油水兩相流相間界面往往同時具有徑向彎曲和軸向波動兩種特征，準確測量水平油水分層流界面形態(tài)，然后對標準雙流體模型進行修正，對提高模型預測準確度有重要意義。因此，對水平油水分層流界面形狀的準確測量成為油水兩相流流動模型研究中的關(guān)鍵問題。

目前，尚未見有效的兩相流分層流動界面形態(tài)測量方法。Edomwonyi-Out和Angeli曾試圖利用雙環(huán)形電導傳感器測量管壁處油水分層高度，同時利用平行線傳感器測量管道中心處水層高度，從而實現(xiàn)油水分層界面形態(tài)的組合測量(Pressure drop and holdup predictions in horizontal oil-water flows for curved and wavy interfaces,Chemical Engineering Research and Design,2015,93:55-65)。然而，由于兩種傳感器分別位于管道的兩個不同徑向截面，同時油水分層界面在軸向上存在波動，利用兩種傳感器的測量響應來估計油水分層界面形態(tài)誤差較大；另外，雙環(huán)形電導傳感器的敏感區(qū)域不僅局限于管壁附近，管道內(nèi)油水兩相運動也會引起雙環(huán)形電導傳感器的響應波動，從而造成無法預測的測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種用于兩相流分層界面形態(tài)測量的陣列傳感系統(tǒng)，本發(fā)明中，安裝在同一管道徑向截面的多個平行線傳感器構(gòu)成陣列結(jié)構(gòu)，用于測量同一管道截面不同位置處兩相流分層界面的高度。技術(shù)方案如下：

一種用于兩相流分層界面形態(tài)測量的平行線陣列傳感系統(tǒng)，用于測量具有電導率差異的兩相流的分層界面形態(tài)，包括水平測量管道、固定件和平行線陣列傳感器，其特征在于，固定件與水平測量管道固定連接，平行線陣列傳感器包括兩組平行線電極，一組分布在上游的同一個管道橫截面上，均作為激勵電極，另一組分布在下游的同一個管道橫截面上，均作為接收電極，位置相對的激勵電極和接收電極構(gòu)成一對線電極，各個電極固定在固定件上并穿過水平測量管道。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明中涉及的平行線陣列傳感器由安裝在同一管道徑向截面的平行導電細線構(gòu)成，可用來測量同一管道徑向截面上兩相流的分層界面形態(tài)，測量結(jié)果不受分層界面軸向波動的影響。

(2)該平行線陣列傳感器采用侵入式電極結(jié)構(gòu)，可獲得局部分層界面的高分辨、高靈敏度測量。同時，通過優(yōu)選平行線陣列傳感器的電極尺寸，可有效避免傳感器對兩相流流動結(jié)構(gòu)的擾動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明涉及的安裝在水平管道上的平行線陣列傳感器三維結(jié)構(gòu)圖

圖2是平行線陣列傳感器的二維結(jié)構(gòu)圖：(a)平行線陣列傳感器的主視圖；(b)平行線陣列傳感器的A-A’剖面視圖

圖3是本發(fā)明涉及的平行線陣列傳感器的測量系統(tǒng)示意圖

圖4是兩種不同油水流動條件下的測量信號圖：(a)水相表觀速度Usw＝0.45m/s，油相表觀速度Uso＝0.3m/s；(b)Usw＝0.45m/s，Uso＝0.432m/s

圖5Usw＝0.45m/s，Uso＝0.432m/s時測得的油水分層界面形態(tài)結(jié)果：(a)利用第50幀數(shù)據(jù)獲得的油水分層界面；(b)利用第88幀數(shù)據(jù)獲得的油水分層界面；(c)利用第125幀數(shù)據(jù)獲得的油水分層界面；(d)利用采樣時間內(nèi)所有幀數(shù)據(jù)獲得的平均油水分層界面