微弯型科氏质量流量计测量气-液两相流研究

与普通U形和Δ形科氏质量流量计相比,微弯型科氏质量流量计固有频率更高、相位差更小,测量气-液两相流时误差更大。为此,设计气-液两相流实验方案,采用课题组研制的科氏质量流量变送器进行气-液两相流实验,采用BP人工神经网络对测量误差进行建模,得到误差模型,实现对气-液两相流测量误差的在线实时修正。实验结果表明,当密度降在0%~30%范围内变化时,通过在线修正,气-液两相流测量误差从原来的最大为-50%减小到-5%~3%以内,取得了很好的效果。     

科氏流量计应用于气液两相流测量的实验研究

以空气-水为介质,对科氏流量计应用于气液两相流双参数测量进行了实验研究.实验过程中保持液相流量一定,通过加入不同体积分数的空气来分析含气率对科氏流量计测量精度的影响,采用Weisman垂直上升管气液两相流流型图与实验数据进行了比较.结合实验结果,初步归纳出含气量、流型和科氏流量计测量精度之间的关系,总结出液相中含气影响科氏流量计测量精度的主要因素及其影响规律,为进一步研究科氏流量计气液两相流测量误差修正提供了一种技术方法.     

基于双节流装置的湿气测量方法

湿气作为一种石油天然气行业经常出现的流体,对于湿气的准确测量具有重要的意义。目前常用的方法是在气液分离之后采用单相仪表进行计量,而这种方法成本较高,因此为实现湿气的气液两相在线不分离测量,设计一种基于类内锥和长喉径类文丘里组合的双节流湿气流量测量装置,提出一种基于三级差压信号的测量方法,引入差压信号的比值作为建模的关键参数。同时建立并比较研究此双节流装置的4套湿气测量模型在实验室和现场的表现。经实验室验证,平均气相测量精度为2.13%,平均液相测量精度6.68%。现场性能测试结果表明未经修正的测量模型平均气相测量误差为7.87%,平均液相误差为15.96%,经二次修正后可实现平均气相测量误差优于±3%,液相测量满度误差优于±10%。     

基于质量流量计测定的溶解气对相含率测量的影响

油井产出流体中含油率的在线测量是评价产能的重要指标。本文对多级旋流器和质量流量计组成的相比例测量系统进行了测试试验,通过对气水两相流的测量,证实了所述分离器有很好的气体分离效果,进而通过油水两相流的测量,证实了系统对油水两相流的相含率测量有高的准确性和适应性。在上述两相工作的基础上,开展了油气水三相流的测试试验,考察了溶解气对相含率测量的影响,并通过理论分析和计算,定量地验证了试验结果,试验和计算均表明,即使是少量的溶解气,对相比例的测量仍然会产生很大的误差。     

基于V型内锥与电导环的油水两相流参数测量

油水两相流在石油工业过程中十分常见,对其流动过程参数(如流量与含率)的准确测量一直受其流态的复杂性限制而成为科学研究与工业应用中亟待解决的重要课题。差压法是常用的流量测量手段,作为差压式流量计的一种,V型内锥式流量计结合两相流动模型可实现两相流流量的测量。电学法通过测量两相混合物电学性质(如电导率与介电常数)的变化实现分相含率的测量。本文采用等效直径比0.65的V型内锥式流量计结合环形电导式传感器阵列实现50mm内径水平管道中油水两相流总流量、含率与分相流速的测量,针对油水两相流特性修正Chisholm分相流差压测量关系式实现油水两相流质量流量的测量,并利用环形电导式传感器阵列实现含水率与质量含油率的测量。实验结果表明,油水两相流含水率测量的平均相对误差为8.1%,质量含油率的平均相对误差为13.7%,基于修正关系式与含水率、质量含油率测量结果的油水质量流量测量平均相对误差为4.4%,油相与水相表观流速的平均相对误差分别为3.2%与15.7%。本工作为进一步提高油水两相流过程参数的测量精度打下基础。     

气液两相流下微弯型科氏质量流量计信号建模

相比于普通的U型和Δ型科氏质量流量计,微弯型科氏质量流量计具有更高的频率和更小的相位差,测量气-液两相流时误差更大。为了揭示气液两相流测量误差的特性,针对微弯型科氏质量流量传感器输出信号的实验数据,采用数字过零检测方法提取流量序列。用概率密度分析流量序列的分布规律,再通过相关分析得到流量序列的数学模型,并验证模型的准确性。该数学模型由稳定分量和波动分量组成。稳定分量对应于气液两相流下流量实际测量的均值,其与真实值之间的偏差反映了气液两相流的测量误差;波动分量反映了瞬时流量测量的稳定性。     

利用双差压式节流装置测量湿气

为实现湿气气液两相的在线不分离测量,提出一种由内锥和文丘里组合构成的新型双差压式湿气测量装置,并进行了实验研究。针对内锥及文丘里湿气虚高值的特点,建立了基于Lockhart-Martinelli参数、Froude数、气液密度比的内锥高精度虚高模型;建立了文丘里Deleeuw修正模型,实现了对n值的高精度拟合。通过对内锥和文丘里管在湿气测量中气液两相精度的对比分析,建立了湿气气液两相测量的迭代修正算法。实验结果表明,对于压力P为0.1～0.2MPa,气相弗劳德数0.6～1.5,L-M参数0.002～0.12,质量含气率在30%～99%范围内,气相流量测量的平均相对误差优于±1%,液相流量测量的满度误差小于±10%。     

电容法气液两相流相含率测量系统研究

针对传统气液两相流相含率检测精度低的问题,文中研究并设计了基于微小电容测量电路的电容法相含率测量系统,该系统主要包括传感器、测量电路和数据采集处理3部分。其中测量电路采用交流激励的C/V电容电压转换电路,并通过以ARM Cortex-M4为架构的STM32F407ZGT6芯片对输出信号进行采集和处理,最后得到气液两相流的相含率。为了验证该系统的测量性能,搭建了气液两相流层流相含率测试平台,并对3种典型传感器结构进行性能测试,试验结果表明采用双环式传感器结构的测量系统其线性度最好,测量误差最小,能够达到稳定、连续、高效的测量气液两相流相含率的要求。     

气液两相流系统的小波软测量技术

提出了一种基于小波分析技术的气液两相流流型判别软测量模型.气液两相流中简单、易测而且可靠的差压波动信号作为软测量模型中的辅助变量,气液两相流的流型作为模型中的主导变量,利用小波分析技术建立了主导变量和辅助变量之间的数学关系,进而通过测量差压波动信号可以对气液两相流的流型进行判别.实验证明所建立的软测量模型是有效的.     

一种永置式石油生产地面多井组单井轮巡 三相流监测装置及应用研究

为了解决传统石油开发集中计量方式难以获取单口油井油气水三相流相关参数的难题,采用流体体积和有限元分析等方法在建立该测量装置的数值仿真模型基础上对其结构参数、气液分离效果等进行了深入研究与优化,从而确定了该监测装置的最优结构参数,并研制了可以在现有集中计量环境中长期、稳定与可靠使用的一种永置式石油生产多井组单井轮巡三相流监测装置。另外,还在搭建的永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流多参数监测平台上开展了实验研究,实验结果表明,所研制的装置在气、液相流量5～70 m³/d,液相持水率50%～90%等混合流体下持水率、气量测量误差均小于10%,流量测量误差小于4%。仿真和实验均证明了永置式监测装置具有良好的多分相测量性能。     

基于BP神经网络的多相流计量方法的研究

针对原油中油、气、水多相流复杂的流动情况,利用气液分离器、水分分析仪、密度计和孔板流量计组合法的测量系统,提出了一种基于BP神经网络对传统密度法测量原理进行误差修正的多相流计量方法.利用MATLAB7.1对建立的BP神经网络进行训练和仿真,实验结果表明此方法用于多相流相分率和总流速的测量,误差范围均在±5%之内.     

基于V锥流量计压损比的湿气液相流量在线检测

针对湿气中液相流量在线检测误差较大的问题,提出采用V锥流量计压损比实现湿气液相流量直接测量的思路。实验研究了节流比分别为0.45、0.55、0.65和0.75的4个V锥流量计压损比特性,结果表明,压损比较好的反映了湿气中含液量的变化,其随液体密度弗鲁德数增大而增加,并且受气液密度比的影响;对于节流比为0.55的V锥流量计,在本实验范围内,压损比基本不受气体密度弗鲁德数的影响。建立了该流量计基于压损比的湿气液相流量测量关联式,其预测的绝大部分工况点液相流量满度相对误差小于±5.0%;当体积含液率大于0.5%时,液相流量相对误差优于±20.0%。研究结果可为建立基于单节流装置双差压的湿气气、液分相流量在线测量方法提供技术支撑。     

微小管道两相流流动图像畸变校正研究

由于管壁折射的影响,可视化方法获得的微小管道气液两相流流动图像具有一定的畸变,无法准确反映流动信息。通过光路和仿真分析,研究了几种常见状态下图像畸变。结果表明,可视化方法获得的图像相比真实结构为线性放大,放大率随着液相折射率的增加而线性增加,受到管道内径、管壁厚度以及管壁折射率等因素的影响较弱,一般情况下放大率在1.30～1.44之间。进行了毫米级管道下的相含率测量实验,利用该图像畸变校正方法,大幅降低了测量结果的最大绝对误差(2.06,3.14,4.22 mm管径下降幅分别为5.46%,4.66%和5.16%),验证了该校正方法的有效性。本研究揭示了图像畸变作用的多个重要因素,对准确获取微小管道气液两相流的流动信息具有重要作用。     

低含液率气液两相流涡街探头最佳安装位置研究

通过数值仿真试验研究,验证利用FLUENT仿真软件进行数值仿真的可行性,并且得出在单相流以及气为连续相的低含液率气液两相流这两种情况下,50 mm口径涡街流量计探头的相对最佳安装位置,其中单相流的涡街探头最佳安装位置在发生体后0.4D处,气为连续相的低含液率气液两相流涡街探头的最佳安装位置在发生体后1D处。利用FLUENT仿真软件的后处理功能对流场进行分析,得出低含液率下采集的信号在发生体后1D处最优的本质原因——在发生体后1D处,旋涡达到成熟,涡街信号最强,流场信息最为丰富稳定。以含液率0.04%的气液两相流流场与单相流流场进行对比,分析得出单相流和低含液率两种情况下,涡街探头最佳安装位置不同的原因。     

气液两相流液相体积含量的精确测量

两相流多变的流型导致电容传感器测量组分体积含量时精度较低。仿真试验结果显示,管道气—油两相流含油率的测量误差高达１５％ 以上。利用层析成象电容传感器阵列获取的管道内部两相流分布情况的投影值,可确定对组分体积含量的修正方法,使误差显著降低。本文分析了流型对测量的影响,导出了修正公式,介绍两种修正方法及仿真修正结果。     

气液两相流差压波动信号的时间序列分析

用时间序列方法分析气液两相流差压波动信号.通过实验获取两相流的差压波动信号,采用时间序列分析方法拟合为n阶自回归m阶滑动平均模型ARMA(n,m),依据自相关系数准则优选模型阶数n值,通过考察n值的变化分析气液两相流差压波动信号.实验结果表明,弹状流的模型阶数n的最佳值最大,塞状流的次之,环状流的最小.     

长喉颈文丘里喉部取压位置对湿气测量模型影响的试验研究

文丘里流量计广泛应用于湿气流量测量领域。为探索长喉颈文丘里管喉部取压位置对其湿气测量模型的影响,从理论上对其各个部分压力降进行研究。设计内径为50 mm、节流比为0.4的文丘里试验样机,取压位置距离喉部入口分别为喉部直径的0.5倍、3.75倍和7倍。在天津大学流量实验室双闭环中压湿气装置上进行试验验证。试验压力为0.2~0.8 MPa,干度为0.5~1。根据试验数据,针对不同的喉部取压位置,分析虚高梯度与L-M参数之间的关系;同时分析差压比K参数灵敏度与液气质量比qml/qmg之间的关系,发现虚高和K参数均受喉部取压位置的影响。建立基于K参数、Froude数、气液密度比的虚高模型和液气质量比模型,通过迭代算法求出气相和液相流量。分析基于不同取压位置的测量模型对湿气两相流气相和液相流量预测结果误差和不确定度的影响,得出取压位置为距离喉部入口3.75倍喉部直径时效果最好的结论,该位置模型气相测量不确定度为5.06%,液相为2.15%。     

油田多相流计量方法研究与探讨

分析了多相流分离计量和在线计量方法,总结了多相流计量的核心技术和研究进展,分析了弯管流量计测量油水和气水两相流实验数据,结果表明弯管测量油水两相流准确性较好,测量气水两相流误差较大.探讨了弯管流量计与密度计或与其它流量计配合的测量方案.     

电导式相关流量计应用于油井井下流量测量

本文提出了一种新型的电导相关流量计,其敏感元件采用两个电导传感器,该流量能够应用于高含水油井的油水两相流流量测量,在多相流动实验装置上进行的实验表明,该流量计测量的流速范围宽,线性好,该流量计已经在大庆油田进行现场试验,使用该流量计在井下测量的油水的总流量与地面计量结果对比良好。     

科里奥利质量流量计研究现状及发展趋势（二）

4　实验研究概况实验研究中 ,一方面内容是考察流体温度、密度、压力以及二相流对流量计性能的影响 ,这项工作由意大利Ｎａｐｌｅｓ大学的Ｆ .Ｃａｓｃｅｔｔａ博士等完成。 1992年 ,他们对 7种不同形状科氏流量计作了实验比较[31] 。结果显示 ,对水在室温下的质量流量测量 ,这些流量计的测量误差很小 ,但前提是必须按照制造商的具体规定进行安装 ,并需现场标定 ,测量中所造成的压降比70年代末的第一代产品小得多。可是若将水中注入空气模拟气—液两相流的测量 ,则精度大大降低而不能用于计量。同年的另一个实验是揭示流体的温度及密度对流…