油、气、水三相流检测技术的研究

流钵戆穗嶷交凭大等等。穗舅＃是我鏊诲多涵蛩毫经蹩予嚣采静中浚鬻，含窳率
高达９０％以上，造成电容测量等技术难以应用。
１．２誊前在多攥流蔫量率采用翡技术方法
浊气水三摆计爨，可以分簿为两个技术要点：ｌ、油气承三摆渡携佟气滚嚣
楣流进行流量总量的测量。２、对三相流中不同相的褶分率的测量“。
｛。２。１多橙流流量斡主要测量方法
赣江夫学臻士学袋谂空
型的撩液率，过高估计了分层波状流、段塞流和环状流流型的持液率，而且该
模型谯应用时需要用迭代方法求解，并且在巢魑情况下会出现黉根。有关学者 针对以上问题改进了Ｔａｉｔｅ卜Ｄｌｌｋｌｅｒ模型，Ｇ．Ｈ Ａｂｄｕ卜Ｍａｊｅｅｄ利用所得到的试 验数搬对液遴模型进行了验｛芷，其计算结果明鼹优于原有模型秘其它预测方法
浙江大学 硕士学位论文 油、气、水三相流检测技术的研究 姓名：刘晓宇 申请学位级别：硕士 专业：检测技术与自动化装置 指导教师：杨江 20060501
浙江大学硕士学位论文
摘
要
油、气、水三相流广泛存在于石油工业中，对于三相流的测量具有重要的 意义。然而，由于多相流在流动过程中流型复杂，成分多变，到目前为止，具 有实用价值的多相流量计很少。 本文以油、气、水三相流的测量为研究方向，比较了国内外现有的多相流 测量方法，提出了一种基于超声波传感器、电容传感器、射频传感器等多传感 器的测量方案。 本文主要内容如下： １．介绍了多相流测量技术的发展现状和重要意义，针对已有检测方法中 存在的问题，提出了多传感器的测量方案。 ２．基于游标卡尺测量原理，提出了用于测量微小时间差的时间比例放大 技术，对时间差先放大，后测量，且放大比例可以通过反馈自动调节。 该方法具有结构简单，分辨率高等优点，被用于测量超声波的传播时 间差。
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对于三相流量憨量的测量，将油气水三相视作气液两樵流的测量方法主要
露８‘“８： １．相关法。通过两个在管道上相距为Ｌ的完垒相同的传感器来检测流体中
变化的睫极流动噪声僚号，得到与搜测流体流动状凝衣关的程孵闻上穗
麓靠的两个流动噪声信号。建立两信号的互相关函数，进而求得『０，则
霹褥乎均流速ｖ＝￡，菇。 ２．容积法。在单位时间内以标准固定体积对流动介质涟续不断地进行度
相对误麓小于±５％～±ｌｏ％。如果用于生产分配，对三相流量计的性自＆要求就更 毫，螫求含度率测量绝瓣谈差应小于±２嚣ｍ，。
１．１．２多相流测量的发展历史
多相流量计的研究始于上世纪六十年代，当时国外建造了各种具有水平、 垂鬣帮倾斜巍ｌ试管段鲍多耨流综合试验环遂，辫展开了对多提浚豹硬究，受型
浙江大学礤士学位论文
随着众球经济的迅猛发展，对能源的需求不断膨胀，尤其对石油的需求更是与 日俱增。因此对石油生产和输送进行精确的计量，对石油销售进彳亍准确的经济
核算撼褥尤为重要。然蕊，对于石油这种复杂奔质的流体，应爝传统、常规的 溅羹方法缀难速霉溅耋，袋喾这不蘩涎量鬻波豹要求，嚣魏，嚣渡靛流囊爨量
已经成为当前豹热点研究瀑题。
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鬣，以排出流体固定容积数来计算流量。 ３．节流法。利鞠节流元件前后压蓑和流速之间的关系，通过测豢愿差得到 流体流速，结合密度计，进行流嫩计量。
４．满轮式检测方法。淡侮瓣置于警悫浸轮戆终曩力健滚轮转动，蔡转动速 度在一定流速范围内与管内流体的流速成正比，结合其他仪袭，如密度
计，来进行气、液流量计量。 ５，激宠多善赣法。裁震多蔷勒效巍酒量滚遴，其有菲羧皴、精确疫高、桶 皮侠、测量范围宽等特点。但要求管路透明，且价格精贵，只能测量总相
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蒋汪太擎弱士学蹙埝文
第一章绪论
猩工鼗生产过程中，淹了有效逮撂导垒产搡终、鼗溪器撩麓激产逮翟，经 常鬻骚检测生产过程中的各种流动介质的流灏，以便为管理和控制提供依据。
此，在同一流型下采用不同的计算或测艇方法求得的相分率差异很大。 一、模型计算法测量相分率
迄今为止，有关学者提出了大量适用于不同滚劲条待下豹待液率计算方法，
其中大多数来源于试验。
旱在１９７４年，黼ｄｈａｎｅ镶入曩２５辐令持液窭实测数镶对￡一酝法、塞ａｔｏ鞋
法和Ｈｕ曲ｍａｒｋ法等１２种持液率计算方法进行了评价，对于不同的流型及其计
流速。在多棚滚测试中缀难应用。
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Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ），粒予成像浏遮法。和用扩散在流
场中微小粒子对光的散射性，用多次曝光方法获得流场中粒子在给定的
不露越亥ｌ戆像懿使萋，从纛测窭麓粒子稷旋辩刻在滤滋中穗瘦像藿处熬
位移，进而得到其相邻曝光间隔的平均速魔。这是一种新方法。熊进行流 场澳４试，但只能对液相戏气相进行钡４试。这种方法造价高，管路凝求可视 诧，现场应麓有难疫。 ７．热线、热膜风速仪。利用流体流动和热量交换之间的关系，测得流体的 流速和含气攀，进两求褥气、液分摆的流爨。
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基于ＡＲＭ处理芯片设计了智能化的超声波测量模块、电容测量模块、 射频测量模块，均可以自动调整测量范围。
４．对测量模块进行了测试，性能指标达到设计要求。通过实验数据，归 纳总结出电容测量模块和射频测量模块用于测量相分率的经验公式。 ５．本文所作的工作为研制无放射’眭、无可动部件、低压降的实用性多相 流量计提供了借鉴。
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Ｓ．Ｂａｄｉｅ在比较了１９８９年Ｈａｒｔ等人提出的相关式和１９９７年ｃｈｅｎ等人提 出的模型后指出，对于气、水两相流，后者的特液率计算值比前糟的试验值相 对吻合较好，但对于气、油两相流，前者在特定范围内的精度商于后者…１。
１．１多相流简介
疆诿多耀漉逶誊蹩攒瓣辩存在嚣释或龌秘黻上夔谚震流动，黩话气滚嚣程 流、气蠢两籀流、滚邂鬻稷流、滚滚嚣稳流以及气液滚和气滚溪多稳流。由予 多糨流动中各相之间存谯界面效应和相对速度，相界面在时间上＿和空间上都是 随机可变的，使其流动特性远比单相流系统艇杂，其特征参数也比单相流系统 多…。
关键词。多相流量计时间比例放大技术超声波测量电容测量射频测量
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．１。１。－ｌ多相流豹测量要求
多相流是石油工业中十分普遍的现象，程油井的产液中，除了油气之外还伴 随有水、砂和蜡。油、气的产量由于油井的俄鼹和开发阶段的不同而有很大的变 化，所以收集和处理油井产量的集输系统也不阕。如此复杂多样豹被测对象，加
大了多摆滚量诗设诗瓣滚痰０３。
缝太多数缒石油工獠ｊ｜ｉ｛ｊ认为理想的三稳流量计应该能够精确的测量任何份 额的单相流量，许多石油公司根据需要确定了流量计单相份额的藏围和精度要 求，含气率范围为Ｏ～９９％，含水率范围为０～９０％，并且总的含液嫩和含气量的
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１。２。２多楣流相分率的主要测量方法
获得相分率的主要途径有两种，一怒通过试验回归或理论推导的方法得出 攘分率的樱关计算式，这些诗雾式是气渡嚣超分溪戆穆性参数帮工艺参数静蘧 数；二是甑相应的测量装置宣接测得相分率”。。觏于多相济ｅ动的特殊性和复杂
性，无论煨计算法还是测量滋，在很大程度上都与管内流型、流动参数及各相 分囊滋瞧簿嚣素专美。逐零，蔟一魏诗舞或弱量方法灵适粥予特定懿瀛墼，嚣
算精度，依次推荐了３种计算方法，如袭卜ｌ所豕㈣１。
流动溅态 Ｉ泡状流、丽状漉 蘑状漉 段寒流 没状滚 环状流、雾状流 分数的泡状流
簧滚事诗葬方法
方法１
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方法２
Ｇｕｚｈｏｖ的方法 Ｄｕｋｌｅｒ豹方法 Ｌ州法 Ｌ一醚法
Ｈｕｇｈ
方法３ Ｌ—Ｍ法 Ｃｈａｗｌａ法 Ｃｈａｗｌａ法
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潋ｌｅｒ靛方法
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ｍａｒｋ法
Ｄｕｋｌｅｒ的方法
表ｌ—ｌ酝ｎｄ黼ｅ等人捺荐豹持液率计算方法
１９７６年，Ｔａｉｔｅｌ和ＤＬｌｋｌｅｒ建立了比较普及的物理模型，成为后来的所有
理论模型敬基础。许多研究者在研究后，发现该模型过低健诗了分层党海淀滚
浙江大学硼士学位论文
８。邋疆器摄袋象援寒（羚ｏｅｅｓｓ零。龄毫ｒａ馥ｙ，麓称嗡。一静潋弱程滚或多
相流为主簧对象的过糨参数二维戚三维分布状况的猩线实时检酒４技术。 ９．核磁共振法。核磁共振法的实质就是流体中原子核对射频能量的吸收。
农气、滚嚣糨流测量巾，由于核磁共振信譬强度与空豫率残线性关系，
故在各种流型下均能精确测量空隙率。核磁共振法能够测量平均流速、 瞬辩滤速、流速分毒镰。其具蠢薄接皴测爨，与被测流体的导趣率、瀵 凌、粘度、密度和透明度等物能参数变化无关等特点。 ｌＯ．科屋奥利法。直接应用科里奥利质量流量计进行测擞。该方法骚求在含