基于空隙率的油气两相流流量测量的研究

利用文丘里管进行油气两相流流量测量的研究,在考虑了气液滑移比对流量测量的影响,对均相流流量测量模型进行了修正,得到了空隙率和文丘里管两端差压与两相流总质量流量及液相质量流量的关系式。实验结果表明利用这两个关系式,在干度小于2％,空隙率在15%～83％范围内,总质量流量测量和液相质量流量测量的均方根误差均小于5％。针对不同的流型,对关系式中的系数作了修正计算,进一步降低了测量误差。     

油水两相流参数测量新方法研究1

基于单相流组合仪表和数据挖掘技术,提出了一种液液两相流参数测量的新方法.单相流组合仪表由文丘里管和椭圆齿轮流量计组成.所采用的数据挖掘技术包括偏最小二乘法(Partial Least Squares,PLS)和最小二乘支持向量机(Least-Squares Support Vector Machine,LS-SVM ).为克服相含率对液液两相流参数测量的影响,基于16电极阵列式电导传感器和数据挖掘技术设计两相流主导相判别器,以提供文丘里管仪表系数的选择依据.实际测量过程中,文丘里管和椭圆齿轮流量计分别获得油水两相流差压和总体积流量,主导相判别器识别两相流中起主导作用的相,然后根据判别结果选择文丘里管仪表系数,最终获得油水两相流的总体积流量、混合密度和总质量流量.研究结果表明,所提出的油水两相流测量新方法是有效的,总体积流量、混合密度和总质量流量的最大测量误差分别小于1.0%、4.6%和4.5%.     

湿气流量测量新方法

基于均相流假设,根据文丘里管两相流流量测量模型和空隙率定义式,结合气液两相流的差压瞬时值、流量瞬时值和空隙率瞬时值间存在的时间平均值关系,推导了湿气流量测量机理模型,并根据Froude准数对模型进行了修正。本文建立的湿气流量测量模型形式上为一经气、液密度和Froude准数修正的节流式流量测量关系式,该关系式将为湿气流动机理的研究提供有益的借鉴。实验结果表明,本文建立的湿气流量测量模型可用于湿气流量的测量,流量测量误差小于5%,满足实际测量的要求。     

应用文丘里管和空泡份额传感器测量油气两相流的实验研究

油气两相流流量测试技术一直是油田两相流研究的重要领域,对油井产能评估和油田的现场管理意义重大.但由于缺乏高精度的测量装置以及气液间滑速比的存在,一直很难获得高精度的两相流的相流量.今利用文丘里管和空泡份额传感器对油气两相流流量测试方法进行了理论和实验研究,首先采用辐射式的空泡份额传感器对流动管道的截面含气率进行了测量,进而计算得到混合物的密度;然后利用喉径比为0.45的经典文丘里管测量得到了两相流总质量流量.在此基础上,考虑了油、气两相界面滑速比对气相流量计算产生的影响,改进了传统的均相流模型,得到了气液两相流气相流量新的计算方法.实验结果表明,利用该方法计算得到的油气两相流总流量、液相流量以及气相流量都具有较高的精度,能够满足现场测试要求,从而为现场测量提供了一种新的计算方法.     

文丘里管中气液两相流差压波动信号与空隙率关系

为了研究气液两相流差压波动信号与空隙率之间的关系,建立了差压波动信号均方根与空隙率的关系式.针对油气两相流和气水两相流,在管径分别为40 mm和50 mm管道上进行实验,分析了文丘里管差压波动信号与空隙率、流量、压力以及流体密度等参数的关系,得到了差压波动信号与空隙率的量纲1关系式.此关系式不仅反应了差压波动信号与空隙率的关系,而且提供了一种间接测量空隙率的方法.该方法只需要测量文丘里管前的压力和前后的差压波动信号,计算出该差压信号的时均值、瞬时值就可以计算得到空隙率的值.实验结果表明在空隙率小于85%的范围内,油气两相流和气水两相流空隙率的测量误差分别为10.9%和11.3%.如果与利用空隙率和差压测量气液两相流流量的方法相结合,则仅利用一个文丘里管就可以实现两相流流量测量.     

基于旋转分相单元的电容式气液两相流含液率测量

为提高电容器对含水率测量的能力,设计与其相匹配的旋转分相单元,以实现气液两相流含水率的起旋分相式电容测量。在电容传感器的测量单元基础上,增加旋转分相单元,利用气液两相流体力学理论对其结构进行设计优化,并根据实际应用条件确定分离圈数,保证气液分相效率。旋转分相单元克服了气液两相流流动形态的多样性,将体积含水率信息转换成液膜厚度信息及截面含水率信息进行测量。经实验验证,Lockhart-Martinelli截面含气率模型与实验中电容器测量截面含气率具有良好的一致性,其能够实现对体积含水率20%以内的气液两相流有效测量,体积含水率的绝对误差在±2%以内。     

基于旋转分相单元的电容式气液两相流含液率测量

为提高电容器对含水率测量的能力,设计与其相匹配的旋转分相单元,以实现气液两相流含水率的起旋分相式电容测量。在电容传感器的测量单元基础上,增加旋转分相单元,利用气液两相流体力学理论对其结构进行设计优化,并根据实际应用条件确定分离圈数,保证气液分相效率。旋转分相单元克服了气液两相流流动形态的多样性,将体积含水率信息转换成液膜厚度信息及截面含水率信息进行测量。经实验验证,Lockhart-Martinelli截面含气率模型与实验中电容器测量截面含气率具有良好的一致性,其能够实现对体积含水率20%以内的气液两相流有效测量,体积含水率的绝对误差在±2%以内。     

基于改进de Leeuw关系式的两相流质量流量测量

基于电容层析成像技术和文丘里管流量计,提出改进的de Leeuw关系式来实现油气两相流质量流量测量.实际测量中应用电容层析成像技术获取两相流空隙率和流型信息,由获取的空隙率通过关联Lockhart-Martinelli参数得到质量流量含气率.该改进关系式根据不同的流型信息选择经验参数 (该参数与气相弗劳德准数有关),结合质量流量含气率及文丘里管流量计获取的差压信息实现两相流质量流量测量.油气两相流的实验结果表明所提出的改进de Leeuw关系式是有效的.     

基于双锥流量计差压信号的气液两相流参数测量

设计了一种结构简单、加工工艺要求较低的双锥流量计,在此基础上提出了基于单个差压式流量计的气液两相流参数测量方法。提取双锥流量计差压波动信号的无量纲特征值,利用该参数建立气相体积含率的测量模型。通过对双锥流量计差压信号均值的分析表明,Lockhart-Martinelli常数与准气相流量比存在优良的线性关系,根据该线性关系建立了双锥流量计气液两相流流量测量模型。在气水两相流装置上开展了实验研究,结果表明,所建立的分相含率测量模型可在实验范围内对气相体积含率进行有效的测量,测量相对误差在8%以内;对气液两相流总流量和液相流量的测量误差可在5%以内。     

文丘里管内油水两相流截面持水率变化特性研究

现阶段基于文丘里流量计进行的多相流研究主要集中在气液两相流,针对液液两相流的研究很少,因此研究文丘里流量计内的液液两相流动规律具有重要意义.本文使用ICEM建立合适的物理模型并网格划分,利用Fluent流体仿真软件对不同流量、不同含水率下的流体进行数值模拟,分析比较数值模拟与理论计算之间的差别.结果表明,随着入口含水率...     

利用锥形孔板测量气液二相流量

利用一种改进的防堵孔板和沿程管段的组合装置,基于考虑滑移比影响的均相流模型,应用伯努力方程和连续性方程推导出影响气液二相流干度的因素为p和Δp1-2/Δp3-4,建立了干度的测量模型;并通过支持向量机(SVM)以p和Δp1-2/Δp3-4作为输入变量,干度为输出值,得到干度的测量相对误差≤3.6%,在结合林氏流量测量模型后,在实验测量参数范围内,总质量流量的测量相对误差≤8.3%。实现了运用一个节流件完成流量的双参数测量,并完成了锥形孔板流出系数的标定和林氏模型中参数θ的拟合公式,分析得出它是影响林氏模型测量误差的重要因素。     

基于截面气含率的文丘里湿气压降模型

运用两相流理论对湿气中的气相与液相流动进行分析,在分层流与环雾状流的条件下推导了两相流通过水平标准文丘里流量计的理论模型.通过分别考虑截面气含率、相间摩擦以及液滴夹带等因素,在文丘里轴向对湿气流动中的气相动量方程进行求解.通过对水平直管中的截面气含率公式进行修正,建立了适用于收缩管道的截面气含率模型,并在此基础上模拟了湿气流经标准文丘里时其两个取压孔之间的轴向静压分布.实验证实,使用修正后的截面气含率公式将使模型对文丘里压降的预测准确度明显提升,其相对误差在15%以内.该模型以湿气两相流在水平文丘里中的流动形态为依据,具有较充分的物理背景,而且在推导过程中较少依赖特定实验装置与数据,为建立具有一定普适性的文丘里湿气计量模型奠定了基础.     

环形狭缝通道内气液两相环状流流动特性

建立了环形狭缝通道内气液两相环状流的理论模型 ,该模型计及环状流气芯流动的可压缩性、气液两相间的相滑移、气相对液滴的夹带作用等因素 .考察了两相流质量流量和干度对压降、液滴速度相对变化和狭缝喉部气芯通流面积的影响 .用建立的理论模型对空气 -水两相环状流通过环形狭缝的两相压降进行预测 ,预测值和试验值吻合良好     

基于Hilbert-Huang变换和支持向量机的油水两相流流型识别

针对油水两相流的测量难题，利用文丘里管对水平管内油水两相流流型进行了研究。基于差压波动信号，提出了Hilbert-Huang变换与支持向量机相结合的流型识别方法。首先计算差压波动信号的均方根，并对其进行归一化处理后作为表征流型的特征向量之一；然后对差压信号进行Hilbert-Huang变换，利用经验模态分解后的多分辨率特征，提取第一层和第二层的能量比作为表征流型的另外两个特征向量；最后利用训练好的支持向量机进行流型识别，对分层流型及分散流型取得了较好的流型识别效果。如果将流型识别与推导得到的文丘里油水两相流流量测量模型相结合，可以较好地实现油水两相流的流量测量。     

大流量下倾斜管气液两相流实验研究

在较高的气液范围内,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了倾斜向上的高产量气液两相流模拟实验研究。实验采用内径为40 mm、长8 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。对实验流型进行分析,发现了倾斜管中低气流速下的一种新的流型-振荡冲击流,并研究了表观气、液流速和倾斜角对气液两相流动中压降的影响,建立气/液膜流动模型来分析表观气、液流速对压降梯度的影响作用,实验研究结果表明:在高气液量范围内,倾斜管中观察到的气液两相流型主要为振荡冲击流、过渡流和环状流,并且倾角对流型转变边界的影响不显著;振荡冲击流压降随气流速的增加而降低,环状流压降随气流速的增加而增加,过渡流压降梯度最小;倾斜管压降梯度随着倾斜角度的增加而增大。     

水平安装文丘里管在低压湿气流动下的特性

The performance of a Venturi tube used in wet gas flow have been explored mainly under higher-pressure condition, but very often, low-pressure test exists in some oil and gas fields in Tianjin Dagang Oil and Gas Field in China. In this study, the performance of horizontally mounted Venturi meters in low-pressure wet gas flow is discussed. Three 50 mm Venturi meters were tested systematically, with fl values of 0.4048, 0.55 and 0.70, the opera- tion pressure of 0.15 MPa, 0.20 MPa, 0.25 MPa, the gas densiometric Froude number from 0.6 to 2.0, the modified Lockhart-Maretinelli parameter from 0.0022 to 0.06, and the ratio of the gas liquid mass flow rate from 0.5 to 0.99. The effects of modified Lockhart-Maretinelli parameter, pressure, gas densiometric Froude number, diameter ratio, and gas-liquid mass flow rate ratio to the Venturi tube are analyzed with new independent data. Furthermore, low-pressure performance was compared with that under high pressure.     

基于流型的文丘里管二相流量测量方法

为了准确测量气液二相流流量,将James流量公式作为典型公式,通过对其测量结果分析,发现二相流动分为2大类,一类为泡状流、塞状流和弥散泡状流,另一类为弹状流和环状流。在流型识别的基础上,得到针对流型的流量测量修正关系式,修正后测量误差的均方根由修正前的0.174减小为0.042。试验结果表明,针对流型的流量测量可以有效提高测量精度,同时二相流波动系数与流量测量精度有关,随着二相流波动系数的增大,流量测量精度下降。     

气液两相流摆动特性实验的数值模拟

为了给鼓泡塔反应器设计提供依据,运用计算流体力学(CFD)软件模拟了鼓泡塔气液两相流动态行为。采用双欧拉法对鼓泡塔矩形反应器内不同曝气量下气液两相流的摆动特性进行了模拟考察,液相采用标准κ-ε紊流模型,气相采用分散相零方程模型,分析了网格尺寸、时间步长以及相间作用力对模拟结果的影响,模拟的曝气量为42.5~237 m L/s。结果表明,当相间作用力仅考虑阻力时,气液两相流呈现周期性摆动规律;随着气流量的增加,气泡羽流的摆动幅度和频率增大,同时液体的气含率也在增加;模拟的气液两相流摆动频率数据与实验值吻合较好,两者的相对误差为7.2%~12.9%。