[發明專利]一種用于氣液兩相流氣相分布測量傳感器及其終端系統

在審

• 申請號: 202210294267.0
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114737949A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 孔維航;張俊歌;郝虎;李賀;吳培良;劉嘉宇;閆鵬;沈潔男;李紹華;回耀智
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明涉及部剖面測井技術領域，尤其是一種用于氣液兩相流氣相分布測量傳感器及其終端系統，所述傳感器包括圓柱體外殼1內腔設置絕緣桿3、固定支架2、光纖探針陣列模塊4、近紅外吸收式多探測點光纖測量模塊5，基于該傳感器輸出電壓信號，提供以光纖探針陣列實際測量點為基礎，結合多近鄰插值方法、插值點數據矯正方法、插值成像方法等，形成一種氣液兩相流持氣率及氣相分布測量方法；本發明結構簡單、造價低、可靠性高、無可動部件、無阻流、易安裝、易更換。

技術領域

本發明涉及剖面測井技術領域，尤其是一種用于氣液兩相流氣相分布測量傳感器及其終端系統。

背景技術

氣近年來，隨著社會對能源需求的增加和石油工業的不斷發展，多相流不分離測量技術顯得越來越重要。由于氣液兩相流相間界面存在復雜相互作用及相間相對運動現象,其流動行為呈現出高度無規則性、隨機性和流動結構不穩定性等特征。因此,研究氣液兩相流局部流動特性測量方法,對氣液兩相流流量傳感器優化設計及建立流動參數預測模型具有重要意義。

目前，氣液兩相流局部流動特性測試方法主要包括高速攝像法、電導探針法、電導探針法、電容層析成像法、電阻層析成像法等。由于管道內多相流結構在空間上的相互重疊，采用高速攝像法測量持氣率參數具有一定的局限性。而電探針容易產生電極化現象，故電探針法測量局部持氣率的成功率有局限性。電容層析成像法、電阻層析成像法中電阻、電容易受電磁干擾、腐蝕和結構影響，且嚴重依賴于成像算法。光纖探針技術因其只對氣相敏感的特性，被廣泛應用于氣液兩相流持氣率監測中。由于氣液兩相流氣相流動結構多呈非均勻分布，僅僅依靠中心局部持氣率測量無法重建管截面持氣率分布特性。而采用陣列光纖探針成像技術存在其余空白區域探測點信息難以獲取的問題，采用插值預測方法誤差性太大。因此無法較為準確的獲取截面氣相分布。

而近紅外技術因其對不同含氫基團具有不同的特征吸收譜帶使得該技術開始被引入氣液兩相流、液液兩相流等檢測領域。近紅外吸收法具有穿透性強、傳輸距離遠、高效環保、高分辨率、檢測過程無損無污染、快速響應等優勢特點。但其僅對固定徑向區域的持氣率信息進行測定，無法獲取截面持氣率分布特性。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種用于氣液兩相流氣相分布測量傳感器及其終端系統，實現垂直上升管道內氣液兩相流參數持氣率和氣相分布的準確實時測量，該傳感器具有結構精巧、造價低、無可動部件、可靠性高等優點。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方法是：

一種用于氣液兩相流氣相分布測量傳感器，包括圓柱體外殼(1)內腔設置絕緣桿(3)、固定支架(2)、光纖探針陣列模塊(4)、近紅外吸收式多探測點光纖測量模塊(5)，絕緣桿(3)通過豎向的固定支架(2)將絕緣桿(3)橫向固定于外殼(1)內腔中心，所述光纖探針陣列模塊(4)軸向設置在絕緣桿(3)四周，近紅外吸收式多探測點光纖測量模塊(5)設置于絕緣桿(3)一側，且與絕緣桿(3)有間距；；所述光纖探針陣列模塊(4)由光纖探針傳感器陣列組成，所述光纖探針傳感器陣列由若干個光纖探針組成；所述光纖探針傳感器陣列連接絕緣桿(3)并由其固定，所述光纖探針陣列位于傳感器內腔中，所述光纖探針陣列敏感頭均位于同一軸截面，將傳感器內腔劃分為n(n≥1,n∈N*)層環狀空間，時將測量管道空間以管截面圓心為基點劃分為m(m≥1,m∈N*)個等面積的扇形區域，扇形區域圓心角均為360/m，所述光纖探針均位于扇形區域分隔線上，且分隔線上所述光纖探針數量相等且均為n(n≥1,n∈N*)個，扇形區域分隔線上每層環形空間僅放置一根所述光纖探針，所述光纖探針的陣列總數為m*n/2+1(n≥1,m≥1,m∈N*,n∈N*)；

所述近紅外吸收式多探測點光纖測量模塊(5)鑲嵌于外殼(1)內，近紅外吸收式多探測點光纖測量模塊(5)由m/2(m≥1,m∈N*)組沿周向交錯方式排布的近紅外吸收式光纖傳感器組成，總體呈“*”字形排布，所述近紅外吸收式光纖傳感器均勻分布在同一軸向截面上。