一种油水两相流持率和流速在线测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于石油工程技术领域，具体涉及一种油水两相流持率和流速在线测量装置及测量方法，装置包括计量罐、出液管电导传感器阵列、进液管电导传感器阵列、旁通管和数据采集处理器；方法为：1、打开进液控制阀，电导传感器检测进液管中流体，当检测到油水两相流信号时，开始信号计时；2、控制阀门使得油水分层逐渐充满计量罐，当出液管电导传感器检测到水相时，完成水相持率与流速测量；当出液管电导传感器检测到油相时，完成油相持率与流速测量；3、对油水测量信号进行测量异常值预处理，建立油水两相流相态转换点识别模型识别油水两相流相态转换点；4、采用标定法标定油相测量装置体积和水相测量体积，建立油水两相流流速和持率测量模型。

【技术实现步骤摘要】
一种油水两相流持率和流速在线测量装置及测量方法
：本专利技术属于石油工程
，具体涉及一种油水两相流持率和流速在线测量装置及测量方法。
技术介绍
：油水两相流是一种常见的混合流体，随着现代工业的发展及油水两相流在工业中应用越来越广泛，对生产过程中油水两相流的计量、控制要求越来越高。目前油水两相流流量与持率测量中，有分离法和非分离法两种方法。分离法存在体积较大的缺点；非分离法往往采用传感器直接测量流量与持率，这就对传感器的精度提出了更高的要求。由于油相与水相相互耦合，分离法和非分离法都难以实现在线测量。针对上述问题，提出了基于相态调控的流量与持率在线测量方法，通过相态调控将油水两相流调节成按时序流动的油水单相流，该方法的关键是出口端油水两相流不同相态的识别。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服现有油水两相流流速与持率分离法测量装置过大、非分离法对传感器精度依赖过高的问题，提供一种油水两相流持率和流速在线测量装置及测量方法。本专利技术采用的技术方案为：一种油水两相流持率和流速在线测量装置，所述测量装置包括：计量罐、出液管电导传感器阵列、进液管电导传感器阵列、旁通管和数据采集处理器；所述计量罐的顶端、底端和侧面分别设有上出液管、下出液管和进液管，下出液管通过旁通管与出液汇管连通，出液汇管底端与上出液管连通，上出液管、下出液管和进液管上分别安装有上控制阀、下控制阀和进液控制阀；所述出液管电导传感器阵列和进液管电导传感器阵列分别设置于出液汇管和进液管内；所述数据采集处理器设置于旁通管上。进一步地，一种使用在线测量装置测量油水两相流持率和流速的在线测量方法，所述测量方法包括以下步骤：步骤一：打开进液控制阀，进液管电导传感器阵列检测进液管中流体，当检测到油水两相流信号时，开始信号计时；进液管处检测到油水两相流信号时并开始信号计时的方法如下：进液管处最初为空气，电导信号为高电平，当油水两相流到达时，电导信号由高迅速变为低，将信号突变的时刻计为0；步骤二：油水两相流自进液管流入计量罐，油水两相流中密度不同的油相和水相经重力作用和时间累积，在计量罐内形成油层-水层的流动结构，控制上控制阀和下控制阀使得油水分层逐渐充满计量罐，当出液汇管内的出液管电导传感器阵列检测到水相时，完成水相持率与流速测量；于此同时，调控上控制阀和下控制阀使得流体从旁通管流出出液口，当出液管电导传感器阵列检测到油相时，完成油相持率与流速测量；油相和水相的调控方法如下：打开进液控制阀，关闭下控制阀，打开上控制阀，油水多相流入计量罐内分层累积，且油层在上，水层在下，油水多相流从上出液管流到出液汇管(3)内，出液管电导传感器阵列信号从高变为低的时候，此为油相累积时间To，此时完成油相计量；在To时刻，关闭上控制阀，打开下控制阀，油水多相流从下出液管经旁通管流到出液汇汇管内，出液管电导传感器阵列信号从低变为高的时候，此为油相累积时间Tw，此时完成油相计量；步骤三：对出液管电导传感器阵列油水测量信号进行测量异常值预处理，建立油水两相流相态转换点识别模型识别油水两相流相态转换点；油水测量信号进行测量异常值预处理方法和油水两相流相态转换点识别模型如下：由于油污附着在电导探针上、油水存在波动等因素都使得电导油水测量信号中存在测量异常值，为此需要进行异常值的识别与修正。第i个电导传感器第t个采样点采集到的油水两相流信号为xi×t，由于电导传感器数量不多于15个且电导信号不符合正态分布，故无法采用莱以特法则处理测量异常值，本方法采用灰色系统理论处理电导油水测量信号中存在测量异常值，具体如下：第i个电导传感器第t个采样点采集到的油水两相流信号为xi×t，如果第i个电导传感器第t个采样点的灰预测值满足则认为xi×t为异常值，此处修正值用代替，ξ为电导传感器灰识别系数，S为第t个采样点xi×t与所构成的残差序列的方差；油水两相流信号xi×t的预测值的表达式为：式中，α为油水预测发展系数，μ为油水预测灰色作用量；电导传感器灰识别系数ξ表达式可表述如下：式中，n为电导传感器的个数，||xi×t||2为xi×t的2范数；对处理掉异常值后的n个同一时刻的油水两相流信号求平均值后获得的油水两相流信号记为Y＝[y1,y2,…,yt，…,yl]，其中，yt表示处理掉异常值后第t个采样点的油水两相流信号平均值，l为采样点的总数量；灰色系统理论在预测曲线发展趋势方面有广泛的应用，但是GM(1,1)模型、DGM(1,1)模型、NDGM(1,1)模型中单一模型无法模拟预测油水两相流电导信号，因此本方法联合三种模型建立了如下灰预测模型；联合GM(1,1)模型、DGM(1,1)模型、NDGM(1,1)三种模型建立了如下灰预测模型：式中，为yt的联合灰预测模型的预测值，γ为油水两相流电导信号NDGM(1,1)模型的权值，β为油水两相流电导信号DGM(1,1)模型的权值，为油水两相流电导信号NDGM(1,1)模型预测值，为油水两相流电导信号DGM(1,1)模型预测值，为油水两相流电导信号GM(1,1)模型预测值；γ和β的求解方法如下：以前z个yt值为建模数据和预测数据为数据对，建立含有权值γ、β无约束优化求解模型如下：式中，q为γ和β参数求解中间变量，其值范围从1到z，通过求导获得建模权值γ和β；油水两相流相态转换点识别模型如下：式中，η为油水两相流相态转换点灰识别系数；由以上可获得水两相流相态转换点yt，故水相测量时间Tw＝tΔ,油相测量时间To＝(l-t)Δ，Δ为采样间隔；步骤四、采用标定法标定油相测量装置体积和水相测量体积，建立油水两相流流速和持率测量模型；采用的体积标定方法和流体的持率、流速计算方法如下：打开进液控制阀，关闭下控制阀，打开上控制阀，此时测量装置内为空气，在多相流模拟井上通入已知流量的水，进液管电导传感器阵列信号发生突变时，将入口电导传感器信号发生突变时间记为Tcab，当出液管电导传感器阵列电导信号发生突变时，发生突变时间记为Tcao，水相计量体积Vw可表述为：Vw＝(Tcao-Tcab)Qw式中，Qw为每秒流入测量装置的水量，是一个在多相流模拟井设定的已知量；打开进液控制阀，关闭上控制阀，打开下控制阀，，此时测量装置内为空气，在多相流模拟井上通入已知流量油水两相流，进液管电导传感器阵列信号发生突变时，将入口电导传感器信号发生突变时间记为Tcac，当出液管电导传感器阵列电导信号发生突变时，将出口电导传感器信号发生突变时间记为Tcad，油相计量体积Vo可表述为：Vo＝(Tcac-Tcaa)Qo式中，Qo为每秒流入测量装置的油量，是一个在多相流模拟井设定的已知量；油相流速Vo和水相流速Vw的计算方法如下：油相持率ho和水相持率hw的计算方法如下：本专利技术的有益效果：克服了现有油水两相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油水两相流持率和流速在线测量装置，其特征在于：所述测量装置包括：计量罐(8)、出液管电导传感器阵列(1)、进液管电导传感器阵列(9)、旁通管(12)和数据采集处理器(4)；所述计量罐(8)的顶端、底端和侧面分别设有上出液管(6)、下出液管(11)和进液管(2)，下出液管(11)通过旁通管(12)与出液汇管(3)连通，出液汇管(3)底端与上出液管(6)连通，上出液管(6)、下出液管(11)和进液管(2)上分别安装有上控制阀(5)、下控制阀(10)和进液控制阀(7)；所述出液管电导传感器阵列(1)和进液管电导传感器阵列(9)分别设置于出液汇管(3)和进液管(2)内；所述数据采集处理器(4)设置于旁通管(12)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种油水两相流持率和流速在线测量装置，其特征在于：所述测量装置包括：计量罐(8)、出液管电导传感器阵列(1)、进液管电导传感器阵列(9)、旁通管(12)和数据采集处理器(4)；所述计量罐(8)的顶端、底端和侧面分别设有上出液管(6)、下出液管(11)和进液管(2)，下出液管(11)通过旁通管(12)与出液汇管(3)连通，出液汇管(3)底端与上出液管(6)连通，上出液管(6)、下出液管(11)和进液管(2)上分别安装有上控制阀(5)、下控制阀(10)和进液控制阀(7)；所述出液管电导传感器阵列(1)和进液管电导传感器阵列(9)分别设置于出液汇管(3)和进液管(2)内；所述数据采集处理器(4)设置于旁通管(12)上。


2.一种使用如权利要求1所述的在线测量装置测量油水两相流持率和流速的在线测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：
步骤一：打开进液控制阀(7)，进液管电导传感器阵列(9)检测进液管中流体，当检测到油水两相流信号时，开始信号计时；
步骤二：油水两相流自进液管(2)流入计量罐(8)，油水两相流中密度不同的油相和水相经重力作用和时间累积，在计量罐(8)内形成油层-水层的流动结构，控制上控制阀(5)和下控制阀(10)使得油水分层逐渐充满计量罐(8)，当出液汇管(3)内的出液管电导传感器阵列(1)检测到水相时，完成水相持率与流速测量；于此同时，调控上控制阀(5)和下控制阀(10)使得流体从旁通管(12)流出出液口，当出液管电导传感器阵列(1)检测到油相时，完成油相持率与流速测量；
油相和水相的调控方法如下：
打开进液控制阀(7)，关闭下控制阀(10)，打开上控制阀(5)，油水多相流入计量罐(8)内分层累积，且油层在上，水层在下，油水多相流从上出液管(6)流到出液汇管(3)内，出液管电导传感器阵列(1)信号从高变为低的时候，此为油相累积时间To，此时完成油相计量；在To时刻，关闭上控制阀(5)，打开下控制阀(10)，油水多相流从下出液管(11)经旁通管(12)流到出液汇汇管(3)内，出液管电导传感器阵列(1)信号从低变为高的时候，此为油相累积时间Tw，此时完成油相计量；
步骤三：对出液管电导传感器阵列(1)油水测量信号进行测量异常值预处理，建立油水两相流相态转换点识别模型识别油水两相流相态转换点；
油水测量信号进行测量异常值预处理方法和油水两相流相态转换点识别模型如下：
第i个电导传感器第t个采样点采集到的油水两相流信号为xi×t，如果第i个电导传感器第t个采样点的灰预测值满足则认为xi×t为异常值，此处修正值用代替，ξ为电导传感器灰识别系数，S为第t个采样点xi×t与所构成的残差序列的方差；油水两相流信号xi×t的预测值的表达式为：



式中，α为油水预测发展系数，μ为油水预测...

【专利技术属性】
技术研发人员：付长凤，李昱萱，韩连福，刘兴斌，卢召红，宋鸿梅，黄赛鹏，谢荣华，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23