基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置及方法，所述装置包括：测量管道、锥形节流元件、第一取压口、第二取压口、第一压力传感器、第二压力传感器、温度测量口、温度传感器、环形电导传感器以及数据采集与处理部件。数据采集与处理部件分别与第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器和环形电导传感器连接，通过获取第一压力数据、第二压力数据、温度数据以及环形电导传感器的输出电压，并根据上述数据确定段塞流液相质量流量和气相质量流量。本发明专利技术能够提高对段塞流两相流量的测量精度和稳定性。两相流量的测量精度和稳定性。两相流量的测量精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及多相流参数测量
，特别是涉及一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置及方法。

技术介绍

[0002]水平管内段塞流在相当宽的气相和液相表观速度范围内存在，广泛存在于石油、化工、地热、核能等领域，比如天然气开采后期，井底积液增加，造成天然气携液增加，在排水过程中，天然气携带大量液相经运输管线排出井底，段塞流气液流量的在线测量对于掌握单井数据、科学管理气藏以及预测气井出水量等显得尤其重要。目前对于段塞流的测量仍缺乏有效的在线气液流量测量方法，传统的依靠气液分离器分离之后进行测量的装置存在诸多缺点，如占地面积大、实施成本高等。此外，井口测量的主要目的是指导制定合理的排采制度，而不是用于贸易交接，需求量大，因此对于低成本的在线不分离气液两相测量技术的需求非常迫切。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置及方法，能够提高对段塞流两相流量的测量精度和稳定性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]本专利技术提供了一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置，用于测量段塞流液相质量流量和气相质量流量；所述装置包括：测量管道、锥形节流元件、第一取压口、第二取压口、第一压力传感器、第二压力传感器、温度测量口、温度传感器、环形电导传感器以及数据采集与处理部件；
[0006]所述测量管道，两端均与在线测量管线连接，作为段塞流两相流量在线测量的载体；
[0007]所述锥形节流元件，位于所述测量管道内中心位置，用于在测量管道内形成压差；
[0008]所述第一取压口，开设于所述测量管道的管壁上，且位于所述锥形节流元件的上游位置；
[0009]所述第一压力传感器，与所述第一取压口连接，用于采集第一取压口所在位置的流体压力数据，得到第一压力数据；
[0010]所述环形电导传感器，安装在所述测量管道的内管壁上，且位于所述测量管道的流体入口处；
[0011]所述第二取压口，开设于所述测量管道的管壁上，并与所述锥形节流元件的喉部形成连通管道；
[0012]所述第二压力传感器，与所述第二取压口连接，用于采集所述锥形节流元件的喉部位置的流体压力，得到第二压力数据；
[0013]所述温度测量口，开设于所述测量管道的管壁上，且位于所述锥形节流元件的下
游位置；
[0014]所述温度传感器，与所述温度测量口连接，用于测量所述温度测量口所在位置的温度数据；
[0015]所述数据采集与处理部件，分别与所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述温度传感器和所述环形电导传感器连接，用于根据所述第一压力数据、所述第二压力数据、所述温度数据以及所述环形电导传感器的输出电压，确定段塞流液相质量流量和气相质量流量。
[0016]可选地，所述环形电导传感器包括第一环形电极和第二环形电极，所述第一环形电极和所述第二环形电极间隔设定距离。
[0017]可选地，所述装置还包括第一法兰与第二法兰；所述第一法兰与所述第二法兰分别位于所述测量管道的两端，用于连接所述测量管道与所述在线测量管线。
[0018]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量方法，应用于所述的在线测量装置，所述方法包括：
[0019]采集第一取压口所在位置的流体压力数据，得到第一压力数据；
[0020]集锥形节流元件的喉部位置的流体压力，得到第二压力数据；
[0021]测量所述温度测量口所在位置的温度数据；
[0022]获取环形电导传感器的输出电压；
[0023]根据所述第一压力数据、所述第二压力数据、所述温度数据以及所述环形电导传感器的输出电压，确定段塞流液相质量流量和气相质量流量。
[0024]可选地，所述根据所述第一压力数据、所述第二压力数据、所述温度数据以及所述环形电导传感器的输出电压，确定段塞流液相质量流量和气相质量流量，具体包括：
[0025]根据所述第一压力数据、所述温度数据，得到测量管道内流体的气相密度；
[0026]获取测量管道内流体的液相密度，根据所述流体的液相密度和所述流体的气相密度，确定气液相密度比；
[0027]根据实验标定，确定测量管道内流体平均截面含液率与环形电导传感器输出电压的第一关系函数；
[0028]获取测量管道内流体平均截面含气率，并根据所述气液相密度比、所述流体平均截面含气率，建立洛玛参数关于所述气液相密度比、所述流体平均截面含气率的第二关系函数；
[0029]获取质量流量修正系数和液相密度弗劳德数，并根据实验标定，确定质量流量修正系数关于液相密度弗劳德数、所述洛玛参数以及所述气液相密度比的第三关系函数；
[0030]获取锥形节流元件喉部的横截面积，并根据所述第一压力数据、所述第二压力数据以及所述锥形节流元件喉部的横截面积，计算流体的液相表观质量流量；
[0031]根据所述质量流量修正系数和所述流体的液相表观质量流量，建立液相质量流量计算模型；
[0032]根据所述第二关系函数、所述第三关系函数和所述液相质量流量计算模型，确定流体的气相质量流量和液相质量流量。
[0033]可选地，所述根据所述第一压力数据、所述温度数据，得到测量管道内流体的气相密度，确定气液相密度比，具体包括：
[0034]获取标况压力数据、标况温度数据以及标况气相密度，并根据所述第一压力数据、所述温度数据、所述标况压力数据、所述标况温度数据以及所述标况气相密度，得到测量管道内流体的气相密度；
[0035]基于所述测量管道内流体的气相密度和所述测量管道内流体的液相密度，确定气液相密度比。
[0036]可选地，所述第一关系函数的表达式为：
[0037]α
l
＝a1V
*3
+a2V
*2
+a3V
*
+a4；
[0038]其中，α
l
表示流体平均截面含液率，V*表示环形电导传感器输出电压，，a1、a2、a3和a4为第一相关系数。
[0039]可选地，所述第二关系函数的表达式为：
[0040][0041]其中，X
LM
为洛玛参数，α
g
表示测量管道内流体平均截面含气率，DR表示气液相密度比，b1、b2和b3为第二相关系数。
[0042]可选地，所述第三关系函数的表达式为：
[0043][0044]其中，K
l
表示质量流量修正系数，Fr
l
表示液相密度弗劳德数，DR表示气液相密度比，c1、c2和c3为第三相关系数，X
LM
为洛玛参数，d1、d2和d3为第四相关系数。
[0045]可选地，所述液相质量流量计算模型的表达式为：
[0046]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置，用于测量段塞流液相质量流量和气相质量流量；其特征在于，所述装置包括：测量管道、锥形节流元件、第一取压口、第二取压口、第一压力传感器、第二压力传感器、温度测量口、温度传感器、环形电导传感器以及数据采集与处理部件；所述测量管道，两端均与在线测量管线连接，作为段塞流两相流量在线测量的载体；所述锥形节流元件，位于所述测量管道内中心位置，用于在测量管道内形成压差；所述第一取压口，开设于所述测量管道的管壁上，且位于所述锥形节流元件的上游位置；所述第一压力传感器，与所述第一取压口连接，用于采集第一取压口所在位置的流体压力数据，得到第一压力数据；所述环形电导传感器，安装在所述测量管道的内管壁上，且位于所述测量管道的流体入口处；所述第二取压口，开设于所述测量管道的管壁上，并与所述锥形节流元件的喉部形成连通管道；所述第二压力传感器，与所述第二取压口连接，用于采集所述锥形节流元件的喉部位置的流体压力，得到第二压力数据；所述温度测量口，开设于所述测量管道的管壁上，且位于所述锥形节流元件的下游位置；所述温度传感器，与所述温度测量口连接，用于测量所述温度测量口所在位置的温度数据；所述数据采集与处理部件，分别与所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述温度传感器和所述环形电导传感器连接，用于根据所述第一压力数据、所述第二压力数据、所述温度数据以及所述环形电导传感器的输出电压，确定段塞流液相质量流量和气相质量流量。2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置，其特征在于，所述环形电导传感器包括第一环形电极和第二环形电极，所述第一环形电极和所述第二环形电极间隔设定距离。3.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量装置，其特征在于，所述装置还包括第一法兰与第二法兰；所述第一法兰与所述第二法兰分别位于所述测量管道的两端，用于连接所述测量管道与所述在线测量管线。4.一种基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量方法，应用于权利要求1
‑
3任一项所述的在线测量装置，其特征在于，所述方法包括：采集第一取压口所在位置的流体压力数据，得到第一压力数据；集锥形节流元件的喉部位置的流体压力，得到第二压力数据；测量所述温度测量口所在位置的温度数据；获取环形电导传感器的输出电压；根据所述第一压力数据、所述第二压力数据、所述温度数据以及所述环形电导传感器的输出电压，确定段塞流液相质量流量和气相质量流量。5.根据权利要求4所述的基于多传感器融合的段塞流两相流量在线测量方法，其特征
在于，所述根据所述第一压力数据、所述第二压力数据、所述温度数据以及所述环形电导传感器的输出电压，确定段塞流液相质量流量和气相质量流量，具体包括：根据所述第一压力数据、所述温度数据，得到测量管道内流体的气相密度；获取测量管道内流体的液相密度，根据所述流体的液相密度和所述流体的气相密度，确定气液相密度比；根据实验标定，确定测量管道内流体平均截面含液率与环形电导传感器输出电压的第一关系函数；获取测量管道内流体平均截面含气率，并根据所述气液相密度比、所述流体平均截面含气率，建立洛玛参数关于所述气液相密度比、所述流体平均截面含气率的第二关系函数；获取质量流量修正系数和液相密度弗劳德数，并根据实验标定，确定质量流量修正系数关于液相密度弗劳德数、所述洛玛参数以及所述气液相密度比的第三关系函数；获取锥形节流元件喉部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珊珊，白博峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：