[发明专利]一种多相流气相局部流动参数光电传感器组合测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及油井动态监测领域多相流气相局部流动参数(局部持气率、局部气相流速)及流体流动结构测量装置。

背景技术

气液两相流广泛存在于石油化工业、冶金工业、制药工业等领域，准确测量气液两相流及油气水三相流局部流动参数(局部持气率及局部气相流速)，对油井生产特性动态监测及井下多相流持气率传感器优化设计具有重要价值及实际意义。

迄今，诸多学者运用包括视觉观察法、电学法、声学法、光学法、理论建模法等多种方法对气液两相流流动参数进行测量。其中，光学法的优点是对气相敏感度高，电学法的优点是灵敏度高且响应速度快。众所周知，气液两相流流动结构多呈无规则性、随机性和不稳定性流动特征，采用常规的非插入式传感器获取气液两相流局部浓度及局部流速难度很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提取管截面方向不同位置处的局部持气率、局部气相速度的多相流气相局部流动参数光电传感器组合测量装置，技术方案如下：

一种多相流气相局部流动参数光电传感器组合测量装置，包括插入体支架，其特征在于，插入体支架包括支架固定件7、插入体支架横杆2和插入体支架竖杆4，支架固定件7为柱状体，垂直插入外管1，固定件7的轴向与外管1的截面相垂直，插入体支架横杆2与插入体支架竖杆4相互垂直并固定连接；插入体支架横杆2的内表面与支架固定件7的外表面相互配合，并能够沿支架固定件7移动；在插入体支架竖杆4上光滑嵌入有上游激励电极电导环和测量电极电导环、下游激励电极电导环和测量电极电导环，用于实现气相局部流速测量；在插入体支架竖杆4的端部固定有光纤探针3，用于实现局部持气率测量。

优选地，利用电场有限元分析方法对传感器电极轴向高度h，电极间距l和上下游电极间距s进行仿真优化。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明设计的插入式可移动光电组合传感器，综合光探针对气相介质敏感性及电导传感器相关测速准确性，实现多相流测量区域内局部持气率及局部气相流速的准确测量。

(2)本发明设计的光电组合传感器具有插入式导流结构，可诱导随机分散相气泡沿插入体流动，具有调控流型并提高局部流体结构稳定性的作用，与其它局部流动参数测量方法相比，可有效提高局部流动参数测量精度。

(3)本发明设计的光电组合传感器中电学传感器部分，利用基于电场及灵敏场分布特性的有限元分析方法对其几何尺寸进行优化，可有效提高局部流动参数测量灵敏度。

附图说明

图1是插入式可移动光电组合传感器结构图。

图2是插入式可移动光电组合传感器局部结构图。

图3是插入式可移动光电组合传感器中的电学传感器部分有限元剖分结构图。

图4是光纤探针传感器对应沿管道径向七个位置处测取的三种流型信号：(a)段塞流(Slug flow)，水相表观速度0.2944m/s，气相表观速度0.0552m/s；(b)混状流(Churn flow)，水相表观速度0.8096m/s，气相表观速度0.5888m/s；(c)泡状流(Bubble flow)，水相表观速度0.8096m/s，气相表观速度0.0552m/s。Position n表示光纤探针传感器沿管道径向位置，n表示在管道径向的具体位置(n＝1～7)。

图5是光纤探针传感器对应管道中沿径向七个位置处测取的三种流型局部持气率分布：(a)段塞流(Slug flow)，水相表观速度0.2944m/s，气相表观速度0.0552m/s；(b)混状流(Churn flow)，水相表观速度0.8096m/s，气相表观速度0.5888m/s；(c)泡状流(Bubble flow)，水相表观速度0.8096m/s，气相表观速度0.0552m/s。

图6是上下游电导传感器对应沿管道径向七个位置处测取的三种流型信号：(a)段塞流(Slug flow)，水相表观速度0.2944m/s，气相表观速度0.0552m/s；(b)混状流(Churn flow)，水相表观速度0.8096m/s，气相表观速度0.5888m/s；(c)泡状流(Bubble flow)，水相表观速度0.8096m/s，气相表观速度0.0552m/s。Position nU及Position nD分别表示上游及下游电导传感器沿管道径向位置，n表示在管道径向的具体位置(n＝1～7)。