气体／液体流中的气体压力确定制造技术

本发明专利技术公开了一种用于确定气体／液体流中的静态气体压力的设备和方法。所述设备和方法可以是相对于将要被分析的流动是非侵入式的。所述设备和方法可以包括：使多相流漩流，使得所述流动被分离成气体芯和液体外层；测量流动参数，所述流动参数包括液层切向速度、持液率和导管壁处的流动的静压；和由测量的流动参数确定气体芯中的静态气体压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体/液体流中的气体压力确定，并且具体地涉及在漩流气体/液体 流中的气体压力确定。
技术介绍
在油汽工业中确定气_液混合物的气体流量和液体流量是重要的。用于测量这种流量的设备的示例是Schlumberger的Vx 系统(例如，见1999年10 月 I. Atkinson,M. Berard,B. -V. Hanssen,G. Segeral,17thInternational North Sea Flow Measurement Workshop, Oslo Norway 25-28, "New Generation Multiphase Floweters from Schlumberger and FramoEngineering AS”)，所述系统包括垂直安装的文丘里流量 计、双能量伽玛射线滞留量测量装置和相关联的处理器。此系统允许同时计算多相流中的 气体、水和油的体积流量。在Vx 系统中，并且在其它传统的多相流量计中，重要的是知道管线条件下的气 体密度。因此，通常必须确定管线条件下的气体压力。对于如Vx 系统中的非漩流气-液 流来说，在相同管横截面上管壁处的压力和管中心处的压力大致相同，因此，在文丘里喉管 段处的管壁处测量的压力将基本上是所述管壁处的气体压力。GB A2447490中公开了一种多相流量计原理。所述原理基于通过离心力使流动产 生漩流以生成液体环和气体芯。诸如超声波夹装式(clamp-on)转换器的传感器用于测量 文丘里喉管段处的诸如液层厚度和轴向速度的液层特性。由于在大范围流动条件上的被控 制的环型流分布，这可以给出液体流量的直接测量值。然而，对于漩流气-液流来说，在相 同管横截面上管壁处的压力和管中心处的压力明显不同，因此，在管壁处测量的压力将不 再是用于气体密度计算所需的气体芯压力。
技术实现思路
本专利技术的实施例至少基于如下认识在诸如两相气/液流的漩流多相流的气体芯 的静态气体压力Pc与其它流动的参数之间存在相互关系。更具体地Pc = F (Pw, α液体，ν切向，ρ液体，ρ气体)其中Pw是导管壁处的流动的静压，α ^^是液层滞留量，是液层切向速度，P #是液体密度，而P 是气体密度。因此，大体上，本专利技术提供一种相对于导管使用导管内测量的流动参数用于确定 气体芯的静态气体压力的用途，被分离成气体芯和液体外层的漩流气体/液体流流动通过 所述导管，所述流动参数包括液层切向速度、持液率、和导管壁处的流动的静压。例如，本专利技术的第一方面提供一种用于确定气体/液体流中的静态气体压力的方 法，所述方法包括以下步骤提供导管，被分离成气体芯和液体外层的漩流气体/液体流被 输送通过所述导管；测量导管内的流动参数，测量的流动参数包括液层切向速度、持液率、 和导管壁处的流动的静压；以及由测量的流动参数确定气体芯的静态气体压力。接下来说明所述用途和方法的任选特征，且任选特征可单独或以任意组合的方式 适用于所述用途和方法。通常，如果水和油密度以及两种液体的诸如水_液比(WLR)的相对百分数(或相 对份额)是给定的或已测量的，则P #是已知。此外，流动的温度τ通常也通过测量是已 知的，藉此，P气体可以通过应用气体定律由P。表示。因此，P。通常可以仅与Pw、α碰和ν切 自相关。然而，如果需要，测量的流动参数还可以包括流动的温度和/或WLR，藉此，P。可以 与K、α a#、vt_、T和/或WLR相关。有利地，所述方法允许在不需要将侵入式和潜在不 可靠的探头插入到流动内以测量气体芯的静态气体压力的情况下确定所述压力。不是直接测量测液层切向速度、持液率和壁静压，而是可以间接测量这些流动参 数中的任一个或组合。例如，可以由液层轴向速度的测量值(例如，以超声波的方式)间接 测量液层切向速度。这在以下进一步详细说明，其中对于给定WLR显示了切向速度通常与 轴向速度线性相关。作为另一个示例，可以由液层的厚度的测量值(例如，以超声波的方 式)间接测量持液率，液层的厚度在已知横截面的导管中等于α 的测量值。可选地或另 外，可以由流动混合物密度P 的测量值(例如，使用Y射线或X射线)间接测量持液 ，Μ ^云力？昆^^勿 fit P混合物与α液体才目# (艮P，由P混合物=P液体α液体+ P气体(1-α液#))，可选地或另外，可以由流动混合物复介电常数ε 的测量值(例如，使用无线频率 和/或微波传输和/或反射法)间接测量持液率。可选地或另外，如GB A 2430493中所 公开的，可以由流动混合物ε胃_和P 的组合测量值(例如，使用组合的RF/微波和 Y-射线法)间接测量持液率。因此，可以以超声波的方式测量液层切向速度和/或持液率。有利地，这种测量可 以相对简单并且可靠地执行，并且可以使用稳固的设备。优选地，由液层轴向速度和液层厚 度的超声波测量值分别间接测量液层切向速度和持液率。这允许一个超声波探头获取两个 测量值。然而，用于测量这些参数中的任一个的其它选择包括用于间接测量持液率的Y射 线、X射线或RF/微波(如上所述)。可以通过使用超声波或RF/微波多普勒法测量液层切 向速度。可选地或另外，可以基于来自具有适当空间间距(一个或多个)的多个超声波传感 器、电传感器、或RF/微波传感器、或光学传感器的信号的交叉相关性测量液层切向速度。优选地，导管包括收缩部，所述收缩部具有减少的导管横截面，且在所述收缩部处 测量流动参数。有利地，这种收缩部可以增加流动的漩流并且提高液体/气体分离。例如， 收缩部可以由文丘里管提供。液体可以具有两种液相(例如，油和水)。在这种情况下，测量的流动参数可以包 括两种液体的相对百分数，例如，水-液比(WLR)。相对百分数可以基于核传感器、或超声波 传感器、或电传感器、或RF/微波传感器、或毫米波传感器、或光学传感器、或科里奥利传感 器、或压力传感器在管线上或由代表性液层样品测量。测量的相对百分数允许确定液体的 密度(不管是否假设两相之间没有滑移，或是否应用滑移定律)。本专利技术的第二方面提供对第一方面的用于测量气体/液体流中的流量的方法的 使用(任选地包括所述方法的任选特征中的任一个或任意组合)。可以由收缩部两端(例 如，文丘里管的入口和喉管)测量的差压和测量的持液率(如上所述)以及气体密度和液 体密度确定总流量。气体流量则可以由总流量与测量的液体流量的差来确定。本专利技术的第三方面提供一种用于确定气体/液体流中的静态气体压力的设备，所述设备包括导管，所述导管用于输送被分离成气体芯和液体外层的漩流气体/液体流；用 于测量导管内的流动参数的装置，测量的流动参数包括液层切向速度、持液率、和导管壁处 的流动的静压；和计算机系统，所述计算机系统被构造成由测量的流动参数确定气体芯的 静态气体压力。因此，所述设备与第一方面的所述方法相对应。以下说明所述设备的任选特征，且 任选特征单独或以任意组合的方式适用于所述设备。第一方面的方法的任选特征中的任一 个或任意组合还可以提供所述设备的相对应的任选特征(一个或多个)。所述设备还可以包括用于诱导气体/液体流产生漩流的漩流元件。例如，漩流元 件可以具有到导管的切向槽入口。可选的嵌入式漩流元件例如是在导管或电动机驱动的推 进器内的螺旋形插入件。导管可以包括具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定气体／液体流中的静态气体压力的方法，所述方法包括以下步骤：使气体／液体流漩流通过导管，其中，所述气体／液体流被分离成气体芯和液体外层；测量所述导管中的流动参数，其中，测量的所述流动参数包括液层切向速度、持液率和导管壁处的流动的静压；以及由测量的所述流动参数确定所述气体芯的静态气体压力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩阿特金森，谢成钢，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG