消除水的温度及矿化度影响的气液两相流持水率测量方法技术

本发明专利技术涉及一种消除水的温度及矿化度影响的气液两相流持水率测量方法，用于对垂直上升管中的气液两相流实现持水率测量，所采用的传感器包括设置在同一传感器管道上的旋转电场式持水率测量传感器和水电导率测量传感器，所述的水电导率测量传感器包括绝缘导流件、测量电极和位于绝缘导流件上方的上端导流件。持水率测量方法为：利用水电导率测量传感器获得水电导率；分别采集旋转电场式持水率测量传感器的各对电极的输出信号；定义混合流体的归一化电导率为混合相的电导率与所述的水电导率的比值，旋转电场式持水率测量传感器的归一化电导率定义为各对电极的归一化电导率的平均值；计算持水率。

A method for measuring water holding capacity of gas-liquid two phase flow with effect of water temperature and salinity

The present invention relates to a method for measuring the water holding capacity of gas-liquid two-phase flow to eliminate the influence of temperature and salinity of water. The method is used for measuring the water holding capacity of gas-liquid two-phase flow in a vertical riser tube. The sensor used includes a rotating electric field type water holding capacity measuring sensor and a water conductivity measuring sensor installed on the same sensor tube. The water conductivity measuring sensor comprises an insulated conductive part, a measuring electrode and an upper conductive part located above the insulated conductive part. The measurement methods of water holding capacity are: using the water conductivity measurement sensor to obtain the water conductivity; collecting the output signals of each pair of electrodes of the rotating electric field type water holding capacity measurement sensor; defining the ratio of the normalized conductivity of the mixed fluid to the conductivity of the mixed phase, and measuring the water holding capacity of the rotating electric field type. The normalized conductivity of the sensor is defined as the average of the normalized conductivity of each pair of electrodes, and the water holding capacity is calculated.

【技术实现步骤摘要】
消除水的温度及矿化度影响的气液两相流持水率测量方法
本专利技术涉及诸多工业过程领域中气液两相流持水率测量方法。
技术介绍
气液两相流普遍存在于油气开采、化学工程、核反应堆及其他工业过程领域，尤其是随着油田产气井数量逐渐增加，产气井中气液两相流持水率动态监测对理解产气井生产特性及优化油气储集层管理具有重要实际意义。然而，不同地区油气田地质构造的差异及开采时对地层水的改变均会导致不同地层水溶液的矿化度有很大差别，此外，由于不同地层的温度不尽相同，故地层水矿化度及地层温度变化会导致水相电导率及介电常数发生复杂变化，从而使以电学法(电导或电容)为主的气液两相流持水率测量产生较大偏差。研究表明，伽马辐射技术(Salinityindependentmeasurementofgasvolumefractioninoil/gas/waterpipeflows,AppliedRadiationandIsotopes,2000,53:595-601)及微波技术(UnitedStatesPatent,PatentNo.:US6831470B2,DateofPatent:Dec.14,2004)已用于克服水矿化度及温度变化对气液两相流持水率测量影响，但是，这些技术传感系统均比较复杂，测量结果受多参数影响，存在放射性不易防护，装置成本高且实现方法较难等缺陷。中国专利CN2015103172555给出了一种八电极旋转电场式电导传感器持气率测量方法，但此种传感器在测量持水率时同时依赖于混合液及水相电导率测量结果，实际测量时，当水的温度及矿化度随着测量环境发生变化时，八电极旋转电场式电导传感器无法实时获取水的电导率，导致持水率测量结果与实际持水率产生较大偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足，采用传感器组合的方式获得更为精确的气液两相流持水率的测量结果，本专利技术在现有的传感器管路上增加一个用于垂直上升管中含水相多相流的水电导率测量的传感器，在气液两相流动过程中实时获取当前的水电导率信息，实现电导法持水率模型中水电导率的动态校正，进而消除温度及矿化度变化对持水率测量影响。本专利技术的最佳实施例采用的旋转电场式持水率测量传感器即是专利CN2015103172555给出的旋转电场式电导传感器。技术方案如下：一种消除水的温度及矿化度影响的气液两相流持水率测量方法，用于对垂直上升管中的气液两相流实现持水率测量，所采用的传感器包括设置在传感器管道上的旋转电场式持水率测量传感器，其特征在于，所采用的传感器还包括设置在同一传感器管道上的水电导率测量传感器，用来实现水电导率的动态测量，所述的水电导率测量传感器包括绝缘导流件、测量电极和位于绝缘导流件上方的上端导流件，其中，上端导流件底部迎水面的尺寸大于绝缘导流件顶部背水面的尺寸且其水平投影覆盖绝缘导流件顶部背水面的水平投影；在绝缘导流件的背水面和位于其上方的上端导流件的迎水面之间形成的腔体称之为全水获取区，全水获取区的高度应保证自下而上新流入的流体能够在其内分离并与存留的流体之间产生交换；上端导流件的主体为柱状，其底部开设有环形凹槽，测量电极固定在绝缘导流件的顶部；持水率测量方法包括下列的步骤：(1)利用水电导率测量传感器获得水电导率；(2)分别采集旋转电场式持水率测量传感器的各对电极的输出信号；(3)定义混合流体的归一化电导率为混合相的电导率与所述的水电导率的比值，旋转电场式持水率测量传感器的归一化电导率定义为各对电极的归一化电导率的平均值；(4)基于旋转电场式持水率测量传感器的归一化电导率计算持水率。优选地，在轴向切面图中，环形凹槽的形状为两个半圆形。所述的测量电极包括圆形电极和位于圆形电极周边的环形电极。所述的绝缘导流件的主体为柱状，其迎流处为半球体。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下测量优点：(1)本专利技术的测量系统基于电导法，具有精度高、易于实现、响应速度快、性能稳定及无放射性等一系列优点。(2)本专利技术通过设计的水电导率测量系统，在气液两相流动过程中实时获取当前的水电导率信息。结合旋转电场式持水率测量传感器，可实现不受矿化度及温度影响的持水率测量。(3)本专利技术的测量方法可适用于垂直气液两相流的泡状流、段塞流及混状流流动工况，流型适用范围较广。附图说明图1是旋转电场式持水率测量传感器与水电导率测量传感器组合结构图。图2是旋转电场式持水率测量传感器电极结构图。图3是全水获取区及电极的详细结构图。图4是全水获取区上端导流件结构图，(a)为上端导流件俯视图(b)为任意轴向切面图。图5是旋转电场式持水率测量传感系统结构图。图6是水电导率测量传感系统结构图。图7的(a)(b)(c)(d)是旋转电场式持水率测量系统在不同电导率溶液时的四通道输出值及对应关系。图8是水电导率测量系统在不同电导率水溶液时的输出值及对应关系。图9是气液两相流动条件下，通过水电导率测量系统校正得到的旋转电场式传感器四路归一化电导率平均值的测量相对误差。图10的(a)(b)(c)是不同水电导率时该方法提取的持水率与标定含水率的对应关系图版。附图标号说明：1、传感器管道；2、绝缘导流件；3、全水获取区；4、全水获取区上端导流件；5、旋转电场式持水率测量传感器；6、水电导率测量传感器激励电极；7、水电导率测量传感器接收电极；8、激励源信号；9、信号调理模块；10、解调模块；11、I/V转换电路；12、反相放大器。具体实施方式本专利技术的特点在于通过设计水电导率测量系统获得气液两相流动过程中水的电导率信息，进而动态校正旋转电场式持水率测量传感器的四通道归一化电导率，从而实现不受温度及矿化度变化影响的持水率测量。下面结合附图说明一种消除水的温度及矿化度影响的气液两相流电导传感器持水率测量方法具体实施过程：(1)旋转电场式持水率测量传感器与水电导率测量传感器组合结构图如图1所示，包括传感器管道1，绝缘导流件2，尾部全水获取区3及内部测量电极6、7，全水获取区上端导流件4及旋转电场式持水率测量传感器5。旋转电场式持水率测量传感器轴向俯视图如图2所示，全水获取区及测量电极的详细结构图如图3所示，全水获取区上端导流件如图4所示。旋转电场式持水率测量传感器、绝缘导流件、全水获取区及上端导流件中心均与管道中心重合。传感器管道的内径D＝20mm，绝缘导流件2迎流处为半球体，后端为外径D1＝10mm的圆柱体，绝缘导流件2总长度H1＝70mm。全水获取区内径D2＝8mm，高度H2应高于内部测量电极6、7的探测高度，又要保证外部流体可在全水获取区内很好的分离并与内部流体交换，针对所测流体工况，设定H2＝20mm。上端导流件的立体结构如图4(a)所示，其迎流面为半圆环形槽，后端为直径D3＝12mm的圆柱体，整体高度H3＝50mm。半圆环形槽的任意轴向切面均为两个相切的导流半圆，如图4(b)所示，导流半圆的半径D4＝3mm。全水获取区外沿距离上端导流件前端的高度H4可根据流动工况进行调整，以确保流体接触到上端导流件后返回至全水获取区内，使内部流体很好的分离与交换。对于所测气液两相流，设定H4＝2mm。水电导率测量传感器的圆形中心激励电极的半径r＝0.75mm，外环型接收电极的宽度d＝1mm，激励电极外径与接收电极内径的间距l＝0.5mm。旋转电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除水的温度及矿化度影响的气液两相流持水率测量方法，用于对垂直上升管中的气液两相流实现持水率测量，所采用的传感器包括设置在传感器管道上的旋转电场式持水率测量传感器，其特征在于，所采用的传感器还包括设置在同一传感器管道上的水电导率测量传感器，用来实现水电导率的动态测量，所述的水电导率测量传感器包括绝缘导流件、测量电极和位于绝缘导流件上方的上端导流件，其中，上端导流件底部迎水面的尺寸大于绝缘导流件顶部背水面的尺寸且其水平投影覆盖绝缘导流件顶部背水面的水平投影；在绝缘导流件的背水面和位于其上方的上端导流件的迎水面之间形成的腔体称之为全水获取区，全水获取区的高度应保证自下而上新流入的流体能够在其内分离并与存留的流体之间产生交换；上端导流件的主体为柱状，其底部开设有环形凹槽，测量电极固定在绝缘导流件的顶部。持水率测量方法包括下列的步骤：(1)利用水电导率测量传感器获得水电导率；(2)分别采集旋转电场式持水率测量传感器的各对电极的输出信号；(3)定义混合流体的归一化电导率为混合相的电导率与所述的水电导率的比值，旋转电场式持水率测量传感器的归一化电导率定义为各对电极的归一化电导率的平均值；(4)基于旋转电场式持水率测量传感器的归一化电导率计算持水率。...

【技术特征摘要】
1.一种消除水的温度及矿化度影响的气液两相流持水率测量方法，用于对垂直上升管中的气液两相流实现持水率测量，所采用的传感器包括设置在传感器管道上的旋转电场式持水率测量传感器，其特征在于，所采用的传感器还包括设置在同一传感器管道上的水电导率测量传感器，用来实现水电导率的动态测量，所述的水电导率测量传感器包括绝缘导流件、测量电极和位于绝缘导流件上方的上端导流件，其中，上端导流件底部迎水面的尺寸大于绝缘导流件顶部背水面的尺寸且其水平投影覆盖绝缘导流件顶部背水面的水平投影；在绝缘导流件的背水面和位于其上方的上端导流件的迎水面之间形成的腔体称之为全水获取区，全水获取区的高度应保证自下而上新流入的流体能够在其内分离并与存留的流体之间产生交换；上端导流件的主体为柱状，其底部开设有环形凹槽，测量电极固定在...

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