产气井内气液两相流流量测量方法

针对大庆油田气井内广泛存在的气液两相流流量测量问题,提出了伞集流式涡轮流量计与电导传感器组合的气液两相流流量测量方法,并采集了104组不同流动工况下气液两相流的涡轮和电导波动信号．采用从电导波动信号中提取的吸引子形态特征量对伞集流后测量通道内的气液两相流流型进行辨识,取得了较好的流型分类效果．在总流量为0．1～2．5m^3／h、含水率为0．04～0．97范围内,基于气液两相流涡轮波动信号建立了总流量测量模型,预测总流量绝对平均相对误差为7．9％．从电导传感器测取的波动信号提取了与相含率有关的时频域特征量,通过支持向量机软测量模型实现了含水率预测,预测含水率绝对平均误差为0．038．研究结果表明,采用伞集流涡轮流量计与电导传感器组合可以较好地测量气液两相流流量和相含率．     

基于离心法引发的气液两相环状流的数值模拟及流量测量研究

用数值模拟方法研究了水平管内气液两相流经过旋流叶片这种离心原件的流动特点。入口为段塞流,空气为主相,水为次相。研究在离心力作用下给气液相分布和流型转变带来的影响。模拟结果表明段塞流经过离心原件后流型转变为环状流;且环状流的液膜相对比较均匀。实验引进了3D打印技术,试制了旋流叶片,并开展了气液两相流实验研究,采用多普勒流速仪测量,通过对液膜速度分布曲线积分即可获得液相质量流量。实验取得了良好的结果,误差基本都在10%以内。实现了管内相分离和流量的非介入式测量,为气液两相流计量提供了指导意义。     

气/固两相流相浓度传感器

研究了几种用于测量气／固两相流固相浓度的电容式传感器,采用３维有限元方法,模拟传感器的不同结构,计算其检测场内灵敏度的分布特性,并分别进行优化设计·通过分析比较,得到一种灵敏度分布最为均匀的螺旋式表面极板电容传感器结构,其均匀性误差低于６％,该传感器已用于工业现场·     

水平气液两相变质量分层流动模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别 ,可以预知常规水平管流的流型转变机理及压降计算方法 ,对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展 .根据气液两相界面波的迅速成长机理 ,考虑了管壁入流或出流的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法 .并对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,考虑管壁存在入流或出流对于分层流流型压降的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流流型的压降计算方法 .     

基于强制环状流的往复式动态电导传感器的持液率测量

利用传统电导法测量气液两相流持液率时,测量精度和测量范围往往要受到流型和矿化度的影响。为此,提出一种在强制环状流状态下,利用往复式动态电导探针测量持液率的方法。测量装置由旋流器、电导探针、探针自动往复移动装置和数据采集处理系统等组成。该测量方法一方面将流型调整为强制环状流,使测量结果不受复杂多变的气液流型的影响;另一方面,仅仅根据电路的通断来确定液膜厚度,而不依赖具体的电导率大小,因此可以克服矿 化度对测量结果的影响。通过数值模拟研究,标定了动态电导传感器对液膜进行测量的位置位于旋流器下游约6D处;通过室内实验验证了装置的可行性,结果表明：在气相表观流速5~20m·s-1,液相表观流速0.079~0.48m·s-1的实验参数范围内,持液率最大偏差为10.45%。     

单支管中气固两相流质量流量测量的新方法

提出了一种采用电容传感器与文丘里管相结合测量单支管中气固两相流质量流量的新方法·通过电容传感器对固相浓度的测量,可以求出气固两相流的固气比,结合文丘里管上的差压信号,可以计算出相应气体单独流经文丘里管时所产生的差压,由此可以求得气体的质量流量,进而得出固相的质量流量·实测结果显示,测量误差小于３３％·此方法不直接测量管道中气体的质量流量,而是通过测量浓度和差压信号来求得气固两相的流量值·此方法特别适用于不能直接测量气体流量的场合支管流量的测量·     

水平气液两相变擀分层流动模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流的流型转变机理及压降计算方法,对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展,根据气液两相界面波的迅速成长机理,考虑了管壁入流或出流的影响,得到水平井筒气流两 质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法,并对气、液两相分别应用质量守恒方和动量守恒方程,考虑管壁存在入流或出流对于分层流流型压降的影响,得到水平井筒气液两相变质量流动分层汉流的压降计算方法。     

差压浓度法测量气/固两相流质量流量

提出了一种通过使用文丘里管和电容传感器测量气／ 固两相混合物的差压和固相浓度来推导固相速度和质量流量的新方法,分别建立了均相流模型和分相流模型,使文丘里管既适用于稀相,也适用于浓相流动情况,扩大了其适用范围·不需测量气体单独流经文丘里管时产生的差压,适于工业上在线实时应用·     

差压 浓度法测量气/固两相流质量流量

提出了一种通过使用文丘里管和电容传感器测量气／固两相混合物的差压和固相浓度来推导固相速度和质量流量的新方法,分别建立了均相流模型和分相流模型,使文丘里管既适用于稀相,也适用于浓相流动情况,扩大了其适用范围·不需测量气体单独流经文丘里管时产生的差压,适于工业上在线实时应用·     

一种新型极板结构的电容式相浓度传感器

为解决工业喷吹管道内气／固两相流固相浓度的在线实时测量问题,研制了一种带有对称边保护极板的螺旋形状面板电容式相度传感器,通过优化设计,其检测场空间内灵敏度均匀性误差优于５％,降低了相分布及流型变化对测量的影响,有效地减小了测量误差。已在现场应用,运行效果良好。     

毛细管中两相流动特性的电导测量方法

建立了单毛细管中两相流动传递参数实验系统,基于该系统开发了测取泰勒流下气泡速度气含率、气泡频率以及液栓长度等参数的双电导测试系统。结果表明,与常用的摄像法进行比较,双电导探针具有在线、实时和动态响应快等特点,可替代摄像法,并可扩展应用于结 构化催化剂内部测定气液两相流动参数分布。同时,采用电导法对毛细通道中多种流型——包括分散气泡流、气泡串流、泰勒流、膜流及多种过渡流型——进行辨识,取得了较好的实 验结果.     

垂直管内油—气—水三相弹状流流动特性的研究

采用高速动态分析系统和光纤含气率测量仪,研究了垂直上升管内油－气－水三相弹状流流动特征的规律．实验表明,短时域内平均截面含气率是判断三相流流型的有效方法．通过改变三相流系统中的体积含水率,研究了它对液弹内平均截面含气率的影响;最后,用高速动态分析仪可视化测定了各个工况下的平均液弹长度．     

抽油井真实液面测试技术研究及应用

当抽油井流压低于原油饱和压力时,环空中由于气体从油中分离出来而产生泡沫段,从而失去明显的油气界面,无法采用回声仪测试油井的真实液面,给流压计算带来了一定误差,造成了生产决策的失误。根据物质平衡方法设计的拟液面测试仪,通过测试油套环空排气和恢复时的压力梯度及排气量,并根据油井的油气比、含水率、气体比重进行修正,计算出环空拟气柱的高度,即油井真实液面。现场测试表明,该方法比回声仪测试法误差减少10%以上,能满足油井液面测试的需要。     

输油管道液柱分离模拟

为了研究输油管道在不稳定流动过程中,因轻质组分挥发、气泡聚集而形成的液柱分离现象,建立了水击分析数学方程.基于分相流模型,采用特征线法、有限差分法将偏微分方程数学模型转化为代数方程组,并采用Newton-Raphson法进行求解,给出了分析步骤.最后,采用VC++开发了仿真程序,分析了输油管道中途截断阀突然关闭时,阀后管道拔高点处的水力瞬变工况.同时,还分析了初始油品中的含气率对液柱分离的影响.结果表明,当含气率大于10-6时,初始含气率越大,管道拔高点处低压持续时间越长,压力响应越滞后,液柱弥合压力越大;否则,可以不考虑含气对水力瞬变的影响.     

气体对于超声波流量计影响及其修正的实验研究

超声波流量计在测量液体流量时,往往要求管内是充满状态,但在实际应用中,常常出现液体中含有气体,从而造成测量偏差。为了能够修正该偏差,提出了多传感器组合使用,进行修正的方法。对管道中充满液体时,使用FDT—21超声波手持流量计进行流量标定;在含有气体状态下,使用38 k Hz的超声波发射及接收装置,测量不同含气量研究不同安装方式对于含气流量的测量影响,从而实现含气状态下水平管道中流量的修正。结果表明:水平管道液体流动时,含气会对超声波流量计测量结果造成误差,通过适当的修正方法可实现超声波流量计流量的测量,偏差大约在2%左右。     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

Numerical Study of Void Fraction Distribution Propagation in Gas-Liquid Two-Phase Flow

A dynamic propagation model was developed for waves in two-phase flows by assuming that continuity waves and dynamic waves interact nonlinearly for certain flow conditions. The drift-flux model is solved with the one-dimensional continuity equation for gas-liquid two-phase flows as an initial-boundary value problem solved using the characteristic-curve method. The numerical results give the void fraction distribution propagation in a gas-liquid two-phase flow which shows how the flow pattern transition occurs. The numerical simulations of different flow patterns show that the void fraction distribution propagation is determined by the characteristics of the drift-flux between the liquid and gas flows and the void fraction range. Flow pattern transitions begin around a void fraction of 0.27 and end around 0.58. Flow pattern transitions do not occur for very high void concentrations.     

垂直气-液两相管流中的流型转换机制与控制

对大管径气-液两相流动中严重影响压力平衡与机械驱动效率的段塞流生成机制和控制方法进行了研究,实验证明段塞流的形成是由于空隙率波的大幅度增长使气泡高度集中,并形成聚并所致。强湍流运动可以抑制Taylor泡的形成。因此,通过强化湍流或控制扰动频率可以对气泡聚并起明显的抑制作用。     

油气水三相流截面相份额光纤探针／电导探针组合测量技术

将光纤探针和电导探针应用于油气水三相流截面相份额的测量中，提出了油气水三相流动截面相份额光纤探针／电导探针的组合测量技术，并用这种技术成功地测量了垂直升管内油气水三相流动的局部和平均截面相份额，试验表明，这种技术具有简单易行、响应快、精度高等优点，是测量油气水三相流动局部截面相份额和平均截面相份额的一种有效方法。