一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统，用于测量具有电导率差异的两相流的分层界面形态，包括水平测量管道、固定件和平行线阵列传感器，其特征在于，固定件与水平测量管道固定连接，平行线阵列传感器包括两组平行线电极，一组分布在上游的同一个管道横截面上，均作为激励电极，另一组分布在下游的同一个管道横截面上，均作为接收电极，位置相对的激励电极和接收电极构成一对线电极，各个电极固定在固定件上并穿过水平测量管道。

【技术实现步骤摘要】
一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统
本专利技术涉及一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统
技术介绍
随着油井的长期开发，我国路上油田大多已经进入低产液阶段。产液剖面测井技术是水平井开采的重要配套环节，准确地对产液剖面资料进行解释是对油田产出能量评价的前提，也是优化开采方案，对油井进行压裂与堵水作业的重要指导资料。然而，在低产液产出条件下，水平井内出现特有的油水两相流非均匀分层流动结构，给水平井产出剖面测井资料解释带来极大困难和挑战。考虑通过建立流体物理运动模型实现两相流流动参数预测，成为复杂两相流动态过程监测的一条重要途径。一维标准双流体模型是进行流体分层流动参数预测的有效物理模型。为提高模型预测的准确度，有学者提出了修正的双流体模型，模型修正主要有两大方向：(1)剪切应力的修正；(2)两相界面运动形态的修正。其中，两相界面运动形态也是剪切应力计算过程中的关键因素。分层流是水平油水两相流中最常见的流型，由于水平油水两相流相间界面往往同时具有径向弯曲和轴向波动两种特征，准确测量水平油水分层流界面形态，然后对标准双流体模型进行修正，对提高模型预测准确度有重要意义。因此，对水平油水分层流界面形状的准确测量成为油水两相流流动模型研究中的关键问题。目前，尚未见有效的两相流分层流动界面形态测量方法。Edomwonyi-Out和Angeli曾试图利用双环形电导传感器测量管壁处油水分层高度，同时利用平行线传感器测量管道中心处水层高度，从而实现油水分层界面形态的组合测量(Pressuredropandholduppredictionsinhorizontaloil-waterflowsforcurvedandwavyinterfaces,ChemicalEngineeringResearchandDesign,2015,93:55-65)。然而，由于两种传感器分别位于管道的两个不同径向截面，同时油水分层界面在轴向上存在波动，利用两种传感器的测量响应来估计油水分层界面形态误差较大；另外，双环形电导传感器的敏感区域不仅局限于管壁附近，管道内油水两相运动也会引起双环形电导传感器的响应波动，从而造成无法预测的测量误差。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种用于两相流分层界面形态测量的阵列传感系统，本专利技术中，安装在同一管道径向截面的多个平行线传感器构成阵列结构，用于测量同一管道截面不同位置处两相流分层界面的高度。技术方案如下：一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统，用于测量具有电导率差异的两相流的分层界面形态，包括水平测量管道、固定件和平行线阵列传感器，其特征在于，固定件与水平测量管道固定连接，平行线阵列传感器包括两组平行线电极，一组分布在上游的同一个管道横截面上，均作为激励电极，另一组分布在下游的同一个管道横截面上，均作为接收电极，位置相对的激励电极和接收电极构成一对线电极，各个电极固定在固定件上并穿过水平测量管道。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)本专利技术中涉及的平行线阵列传感器由安装在同一管道径向截面的平行导电细线构成，可用来测量同一管道径向截面上两相流的分层界面形态，测量结果不受分层界面轴向波动的影响。(2)该平行线阵列传感器采用侵入式电极结构，可获得局部分层界面的高分辨、高灵敏度测量。同时，通过优选平行线阵列传感器的电极尺寸，可有效避免传感器对两相流流动结构的扰动。附图说明图1是本专利技术涉及的安装在水平管道上的平行线阵列传感器三维结构图图2是平行线阵列传感器的二维结构图：(a)平行线阵列传感器的主视图；(b)平行线阵列传感器的A-A’剖面视图图3是本专利技术涉及的平行线阵列传感器的测量系统示意图图4是两种不同油水流动条件下的测量信号图：(a)水相表观速度Usw＝0.45m/s，油相表观速度Uso＝0.3m/s；(b)Usw＝0.45m/s，Uso＝0.432m/s图5Usw＝0.45m/s，Uso＝0.432m/s时测得的油水分层界面形态结果：(a)利用第50帧数据获得的油水分层界面；(b)利用第88帧数据获得的油水分层界面；(c)利用第125帧数据获得的油水分层界面；(d)利用采样时间内所有帧数据获得的平均油水分层界面图6当Uso＝0.15m/s时，随水相流量的增加，平行线阵列传感器测得的油水分层界面形态变化图：(a)Usw＝0.052m/s；(b)Usw＝0.166m/s；(c)Usw＝0.563m/s；(d)Usw＝0.62m/s图7当Uso＝0.15m/s时，随水相流量的增加，利用高速摄像机拍摄的油水分层界面形态变化图：(a)Usw＝0.052m/s；(b)Usw＝0.166m/s；(c)Usw＝0.563m/s；(d)Usw＝0.62m/s图中标号说明：1有机玻璃管；2平行线阵列传感器电极；3法兰；4平行线阵列传感器的激励电极；5平行线阵列传感器的接收电极；6电极固定件；7平行线阵列传感器电极的接线端子具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术的平行线阵列传感器，用于测量具有电导率差异的两相流的分层界面形态，其结构见图1和图2。该平行线阵列传感器由多对平行线金属电极构成，以8对平行线电极为例，其中E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7和E8为传感器的激励电极，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8为传感器的接收电极。各电极按图2所示位置安装在有机玻璃制成的固定件上(见标号6)，激励电极安装在上游，接收电极安装在下游。电极固定件两端和圆形的有机玻璃管道连接。各线电极的直径表示为d，上(下)游线电极之间的距离表示为g，上游和下游线电极之间的距离表示为s。测量系统采用循环激励测量模式：当t1时刻，激励电极E1与正弦电压激励信号Vex连接，其余激励电极悬空，接收电极R1与参考地连接；激励电极E1与接收电极R1之间的电压降Vm1可反映两个电极之间的分层界面高度h1。当t2时刻，激励电极E2与正弦电压激励信号连接，其余激励电极悬空，接收电极R2与参考地连接；激励电极E2与接收电极R2之间的电压降Vm2可反映两个电极之间的分层界面高度h2。依次循环，采用同样的激励和接收方式，当t8时刻，激励电极E8与接收电极R8之间的电压降Vm8可反映两个电极之间的分层界面高度h8。(3)利用静置在圆形管道内的分层气液两相分布对平行线阵列传感器的测量响应进行标定。测量径向界面不同位置处激励电极和接收电极间的电压降Vm1，Vm2，Vm3，Vm4，Vm5，Vm6，Vm7和Vm8(以8对平行线电极为例)；同时，记录气液分层界面不同位置处的高度h1，h2，h3，h4，h5，h6，h7和h8；对标定实验数据拟合分析确定两者之间的相关关系。(4)通过优选上游激励电极与下游接收电极的间距，避免两相流分层界面在管道轴向上的波动对界面高度测量结果的影响。下面结合附图说明该用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感器的实施过程：(1)在油水两相流流动管道直径D为20mm的条件下，按图1和图2安装平行线阵列传感器。该平行线阵列传感器由8对平行线电极构成，电极材料为不锈钢丝。利用计算流体力学Fluent软件模拟了油水两相流经过平行线阵列传感器的流动形态，在平行线阵列传感器不破坏油水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统，用于测量具有电导率差异的两相流的分层界面形态.包括水平测量管道、固定件和平行线阵列传感器，其特征在于，固定件与水平测量管道固定连接，平行线阵列传感器包括两组平行线电极，一组分布在上游的同一个管道横截面上，均作为激励电极，另一组分布在下游的同一个管道横截面上，均作为接收电极，位置相对的激励电极和接收电极构成一对线电极，各个电极固定在固定件上并穿过水平测量管道。

【技术特征摘要】
1.一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统，用于测量具有电导率差异的两相流的分层界面形态.包括水平测量管道、固定件和平行线阵列传感器，其特征在于，固定件与水平测量管道固定连接，平行线阵列传感器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟路生，鄢聪，张宏鑫，金宁德，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12