一种气液分层流体积含水率检测方法技术

技术编号：40989403 阅读：8 留言：0更新日期：2024-04-18 21:32

本发明专利技术公开了一种实现不同矿化度下气液分层流体积含水率检测方法。所采用的传感器为微波谐振腔传感器，其包含金属空腔、用于将流体与微波腔体密封隔绝且与金属管密封连接的微波导波管、发射微波信号的发射天线、接收微波信号的接收天线。对于气液两相流相含率检测，含水率以及电导率的变化影响腔体介电常数的变化，进而对谐振腔的幅值衰减产生影响。本发明专利技术提出了一种气液分层流体积含水率检测方法，可实现对水平管道中不同电导率下的气液分层流体积含水率的检测。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多相流检测，具体来说，是一种实现不同矿化度下气液分层流体积含水率检测方法。

技术介绍

1、气液两相流广泛存在于天然气、石油化工与核工业等领域。在油气生产井的全生命周期中气液两相流的含水率范围通常波动较大，含水率的准确测量对于提高油气田采收率和油气井开发具有重要意义。然而在油气开发过程中，由于地质结构的差异以及开采过程中地下水质的改变，地下水溶液的矿化度有很大差别，导致气液两相流中液相的电导率有很大差异，进而对气液两相流的体积含水率测量带来影响。

2、目前可以实现不同矿化度下气液两相流体积含水率测量主要为伽马辐射技术[1]，但其测量系统复杂，且具有放射性，成本高、实现方法困难。专利cn116359252a采用与本专利技术相同的微波谐振腔传感器进行体积含水率测量，实现油水两相流含水率全量程范围的准确计量，与本专利技术所不同的是，其利用微波谐振频率检测介质为油水两相流，且未考虑水的电导率变化对测量结果的影响。本专利技术利用微波幅值衰减信号对气液分层流进行研究，且对水的电导率带来的影响进行了研究。

3、本专利提供了一种分层流体积含水率检测方法，针对水平管段通过微波幅值信号建立不同电导率下体积含水率预测模型，实现气液分层流的体积含水率测量。

4、[1]g.a.johansen,p.jackson.salinity independent measurement of gasvolume fraction in oil/gas/water pipe flows[j].applied radiation and isotopes53(2000)595-601.

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种在线、准确度高、实现不同电导率下的气液分层流体积含水率检测方法，利用微波谐振腔传感器，建立气液分层流含水率测量模型，为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：

2、1、一种气液分层流体积含水率检测方法，实现对水平管道中不同电导率下的气液分层流体积含水率检测。所采用的传感器为微波谐振腔传感器，传感器内部包含一个圆柱形内壁光滑的金属空腔、用于将流体与微波腔体密封隔绝且与金属管密封连接的微波导波管、用于发射微波信号的发射天线(1对或2对)、用于接收微波信号的接收天线(1对或者2对)以及激励电路模块和检测电路模块。利用微波传感器检测s21幅值信号，基于该信号构建不同电导率下的体积含水率测量模型，实现对气液分层流不同电导率下体积含水率的测量。其中，微波体积含水率模型为

3、βw＝aσb(ξs21-1)c (1)

4、式中，βw为气水两相流体积含水率；σ为水的电导率，其值代表矿化度的大小；ξs21为微波检测s21信号的相对幅值比(相对于含水率为0时的检测值)；a、b、c为系数，通过对气液分层流实验标定确定。

5、2、通过改变溶液中的含盐量改变矿化水的的电导率，利用电导率测量仪器得到不同矿化度下水的电导率σ。

6、3、对微波检测s21信号进行无量纲化处理得到相对幅值比ξs21，包括以下步骤：

7、步骤1：测量空腔即体积含水率为0时的微波s210信号；

8、步骤2：测量当前电导率下不同体积含水率微波s21m信号；

9、步骤3：改变矿化度重复步骤1、步骤2；

10、步骤4：采用下述公式进行无量纲化处理：

11、ξs21＝s21m/s210 (2)

12、其中，s21m为含水率不为0时的s21信号；s210为空腔即体积含水率为0时的s21信号；ξs21为微波检测s21信号的相对幅值比，该参数与含水率呈单调变化函数关系。

13、方程(1)联立方程(2)，即可得到气液分层流不同矿化度下的体积含水率βw。

14、本专利技术采用上述技术方案，具有以下测量优点：

15、(1)本专利技术的测量系统采用微波谐振腔传感器，具有精度高、相应速度快、无放射性以及非侵入式等优点。

16、(2)本专利技术的测量方法可以实现不同电导率下的气液分层流体积含水率准确测量。

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【技术保护点】

1.一种气液分层流体积含水率检测方法，可实现对水平管道中不同电导率下的气液分层流体积含水率的检测。该方法所采用的传感器为微波谐振腔传感器，传感器内部包含一个圆柱形内壁光滑的金属空腔、用于将流体与微波腔体密封隔绝且与金属管密封连接的微波导波管、用于发射微波信号的发射天线(1对或2对)、用于接收微波信号的接收天线(1对或者2对)以及激励电路模块和检测电路模块。利用微波传感器检测导波管内气水混合介质中微波信号的幅值衰减信息，该信息既受到气液分层流含水率的影响，同时也受到水的电导率大小的影响，根据两者对幅值衰减信号的作用机制，获取含水率的测量模型。模型如下：

2.根据权利要求1所述的微波体积含水率模型，获取不同矿化水的电导率σ。通过改变溶液中的含盐量改变矿化水的的电导率，利用电导率测量仪器得到不同矿化度下水的电导率σ。

3.根据权利要求1所述的微波体积含水率模型，对微波检测S21信号进行无量纲化处理得到相对幅值比ξS21，包括以下步骤：

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐英，刘士传，袁超，左荣基，刘金川，王达，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：

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