本发明专利技术提供了一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统及方法，包括测量管段、电池和测量电路，所述测量管段包括超声波传感器和射频天线，所述电池用于对测量电路供电，所述超声波传感器和射频天线与测量电路电连接，所述测量电路用于将电池的电压调节后对超声波传感器和射频天线供电，以及根据超声波传感器和/或射频天线的输出信号判断流体类型并计算得出气体流量、液体流量和总流量。本发明专利技术提供的这种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，通过超声波传感器、射频天线和测量电路，实现在气液不分离情况下，直接串接在放喷管线上、且适合气井放喷全过程中任意气液比例的分相流量和总流量的测量。
A measurement system and method of gas-liquid two-phase flow based on ultrasonic and RF
【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统及方法
本专利技术属于油气田生产计量
，具体涉及一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统及方法。
技术介绍
气井47压裂后的压裂液返排过程分为初期、中期和后期三个阶段。在压裂液返排初期，返排出的流体主要是包括了井筒内地层中的液体。在排液中期，井筒内原有的液体已经全部排放完，地层中排出的流体有时是液体，有时是气体，有时是气液体混合流体，且气液比例不确定，即可能全水，也可能全气，也可能是任意气水比例的混合流体，且全气、全水或气液混合三种状态可能交替出现，当排出的是气液混合流体时，其流态为湍流。在排液后期，气井47接近正常的生产过程，排出的流体主要是气体，但不排除含有一定的液体。现有技术对返排流体的测量方法一是估测法，对进入排放池内的液体根据排污池的几何形状及尺寸估算排出液量，气体则点火燃烧。即气体不估测，液体排量是根据出液时间和排污池的几何形状及尺寸进行估算，无法准确计量。二是采用分离法，首先采用分离器将气体和液体进行分离，再分别测量分离后的气体和液体流量，最后得出总流量。上述第一种方法得不到气体的排放量，也得不到气液的总流量，对液体的计量只能是一种估算；第二种方法存在的问题是需要专门的分离装置，设备庞大、运输困难，造价昂贵、施工复杂，作业费用高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，克服现有技术中存在的上述技术问题。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于超声波和射频的气液两相流测量方法，在气液不分离情况下，直接串接在放喷管线上、且适合气井放喷全过程中任意气液比例的分相流量和总流量的测量方法。为此，本专利技术提供的技术方案如下：一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，包括测量管段、电池和测量电路，所述测量管段包括超声波传感器和射频天线，所述电池用于对测量电路供电，所述超声波传感器和射频天线与测量电路电连接，所述测量电路用于将电池的电压调节后对超声波传感器和射频天线供电，以及根据超声波传感器和/或射频天线的输出信号判断流体类型并计算得出气体流量、液体流量和总流量。所述测量管段包括超声波传感器、射频天线、内管和外护管，所述外护管设于内管外，所述超声波传感器为两对且交叉设置，两对超声波分别为第一超声波传感器和第二超声波传感器、第三超声波传感器和第四超声波传感器，其中，第一对超声波传感器的频率适于在液体中传播，第二对超声波传感器的频率适于在气体中传播，所述射频天线为两只，分别为第一射频天线和第二射频天线；所述内管上沿流体流动方向依次设有第一射频天线、第二射频天线和超声波传感器，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器所在直线一与内管的轴线相交且与轴线的夹角为35°-55°，所述第三超声波传感器和第四超声波传感器所在直线二与内管的轴线相交且与轴线的夹角为125-145°，所述直线一和直线二与轴线相交于同一点。所述内管包括沿流体方向依次连接的右过渡管、射频天线安装管、超声波传感器安装体和左过渡管。所述第一射频天线、第二射频天线均垂直轴线安装，所述第一射频天线和第二射频天线的间距为1-8cm。所述第一超声波传感器和第二超声波传感器的频率均为500kHz-2MHz，所述第三超声波传感器和第四超声波传感器的频率均为20kHz-200kHz。所述右过渡管通过右连接管和右堵头与外护管的一端连接，所述左过渡管通过左连接管和左堵头与外护管的另一端连接。一种基于超声波和射频的气液两相流测量方法，使用基于超声波和射频的气液两相流测量系统，当流体流过测量管段时，两条射频天线和/或两对超声波传感器输出信号给测量电路，测量电路根据信号判断出流体类型，并计算得出气体流量、液体流量和总流量。所述流体类型包括液体、气体和气液混合；当第一射频天线或第二射频天线一端发射另一端接收所得到的信号幅度为1.2-1.8V时，测量电路判断流体为液体，然后测量电路通过第一对超声波传感器互相接收信号的时间差得出流速，最后计算出液体流量；当第一射频天线或第二射频天线一端发射另一端接收所得到的信号幅度为0.3-0.6V时，测量电路判断流体为气体，然后测量电路通过第二对超声波传感器互相接收信号的时间差得出流速，最后计算出气体流量；当流体经过时，两对超声波传感器均无响应时，测量电路判断流体为气液混合，则测量电路对两只射频天线测量的含气率或含液率取平均值，再根据两只射频天线接收到信号的相关函数得出经过两条射频天线所用的时间，根据时间和距离得出流速，最后计算出总流量、气体流量和液体流量。第一对超声波传感器互相接收信号的时间差为Δt；其中，第一超声波传感器发射，第二超声波传感器接收的时间为第二超声波传感器发射，第一超声波传感器接收的时间为则时间差式中，υ为流速，m/s；c为超声波在介质中的传播速度，对气体，c为340m/s，对水，c为1480m/s；D为管道内径，m；α为两对超声波传感器所在直线与轴线的夹角。两只射频天线接收到信号的相关函数为：式中，x(t)为第一射频天线接收到的信号；y(t)为第二射频天线接收到的信号；T是时间段的长度，s；τ是互相关运算得到的Rxy的最大值所对应的时间，s；t是积分变量，s。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的这种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，通过超声波传感器、射频天线和测量电路，实现在气液不分离情况下，直接串接在放喷管线上、且适合气井放喷全过程中任意气液比例的分相流量和总流量的测量。常规的气液分离计量法用于井场不需要动力电的自喷井时，不仅需要架设专用电力系统，且分离器耗电量大，重量达几十吨，对运输、以及与放喷管线的连接等施工工艺复杂。本专利技术采用电池对测量系统供电，重量在100kg以内，不再需要动力电，重量轻，运输方便，全套系统通过螺纹连接到放喷管线上，施工方便，可对全液、全气及任意气液比例的混合流体的流量进行测量。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是测量管段的结构图。图中：附图标记说明：1、左连接管；2、左堵头；3、外护管；4、左过渡管；5、超声波传感器安装体；6、第一射频天线；7、射频天线安装管；8、右过渡管；9、右堵头；10、第四引出端；11、右连接管；12、第二射频天线；13、第一超声波传感器；14、第一焊缝；15、固定螺钉；16、第一密封圈；17、螺纹；18、第二密封圈；19、第三引出端；20、第三密封圈；21、第二超声波传感器；22、第三超声波传感器；23、第四密封圈；24、第一定位销；25、第二定位销；26、第五密封圈；27、第四超声波传感器；28、第一密封针；29、第六密封圈；30、第三定位销；31、销钉；32、电缆出口；33、第二焊缝；34、第二密封针；35、第三密封针；36、第七密封圈；37、第四定位销；38、第四本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：包括测量管段(42)、电池(43)和测量电路(44)，所述测量管段(42)包括超声波传感器和射频天线，所述电池(43)用于对测量电路(44)供电，所述超声波传感器和射频天线与测量电路(44)电连接，所述测量电路(44)用于将电池(43)的电压调节后对超声波传感器和射频天线供电，以及根据超声波传感器和/或射频天线的输出信号判断流体类型并计算得出气体流量、液体流量和总流量。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：包括测量管段(42)、电池(43)和测量电路(44)，所述测量管段(42)包括超声波传感器和射频天线，所述电池(43)用于对测量电路(44)供电，所述超声波传感器和射频天线与测量电路(44)电连接，所述测量电路(44)用于将电池(43)的电压调节后对超声波传感器和射频天线供电，以及根据超声波传感器和/或射频天线的输出信号判断流体类型并计算得出气体流量、液体流量和总流量。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：所述测量管段(42)包括超声波传感器、射频天线、内管和外护管(3)，所述外护管(3)设于内管外，所述超声波传感器为两对且交叉设置，两对超声波分别为第一超声波传感器(13)和第二超声波传感器(21)、第三超声波传感器(22)和第四超声波传感器(27)，其中，第一对超声波传感器的频率适于在液体中传播，第二对超声波传感器的频率适于在气体中传播，所述射频天线为两只，分别为第一射频天线(6)和第二射频天线(12)；
所述内管上沿流体流动方向依次设有第一射频天线(6)、第二射频天线(12)和超声波传感器，所述第一超声波传感器(13)和第二超声波传感器(21)所在直线一与内管的轴线相交且与轴线的夹角为35°-55°，所述第三超声波传感器(22)和第四超声波传感器(27)所在直线二与内管的轴线相交且与轴线的夹角为125-145°，所述直线一和直线二与轴线相交于同一点。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：所述内管包括沿流体方向依次连接的右过渡管(8)、射频天线安装管(7)、超声波传感器安装体(5)和左过渡管(4)。
4.根据权利要求2所述的一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：所述第一射频天线(6)、第二射频天线(12)均垂直轴线安装，所述第一射频天线(6)和第二射频天线(12)的间距为1-8cm。
5.根据权利要求2所述的一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：所述第一超声波传感器(13)和第二超声波传感器(21)的频率均为500kHz-2MHz，所述第三超声波传感器(22)和第四超声波传感器(27)的频率均为20kHz-200kHz。
6.根据权利要求3所述的一种基于超声波和射频的气液两相流测量系统，其特征在于：所述右过渡管(8)通过右连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：时峥，王祖文，陈磊，党博，赵志华，李志群，冯乔，刘洋，雷璠，薛景仰，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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