[其他]一个测量两相流体流动时气体流分的仪器

说明书

用于测量由液体和气体，特别是石油及伴生气两相流动中气体流分的仪器。它应用测量两个不同电位电极（Ａ、Ｂ）间电容量变化的原理，使流体通过两分离电极。电极是初级传感器的主要部分，仪器还有信号处理元件。仪器的特点是有除上述两电极（Ａ、Ｂ）外的第三电极（Ｃ），该电极将电极（Ａ、Ｂ）包围。其电位保持Ｖ₁／２。它至少为电极（Ａ、Ｂ）的中点电位。电极Ｃ由分压器和缓冲放大器馈电，信号处理元件由正弦波发生器和充电放大器（有电容反馈的放大器）Ａ₁组成。

本发明用于测量由液体和气体组成的两相流体流动时的气体流分，特别是由石油与伴生气组成的流动混合体。

两相流动时的气体流分可以定义为管道中任意一段的气体体积与此段管道的体积之比。所以气体流分可以是一个从0（此时流动由液体一相单独组成）到1（此时流动由气体一相单独组成）的数字表示。

一口油井的产油量和产气量是很重要的参数，所以气体流分的测量在海洋石油开发工程中有很特殊的意义。

建立在测量电容量变化的测量原理基础上的气体流分测量仪器，目前已日益广泛地应用于由液体和气体组成的两相流动。

这个测量原理人们是熟知的。它主要是利用测量当两相流动通过两个固定电极之间时的电容量。当电极的面积和相临距离给定后，所测电容量与在两电极之间的混合体的气体流分的关系是唯一的。

应用这个原理，原则上讲可以组装一种具有快速动态响应特性的测量仪器，而且这种测量仪器的构成可以不影响流动本身。尽管有这些优点，商业化地应用这种气体流分测量仪器还很少见。

电容气体流分测量的主要弱点是仪器的校准对两相流动动态性质的依赖。比如泡状流动的校准曲线就有别于层状流动的校准曲线。

造成这个流动动态依赖性的其中一个原因是由于测量体积中的电场不均匀。当这个电场变化时，电容的变化量不仅仅依赖气体流分的变化，而且还与气体的位置有关。

DE B2 1910217中公开了一种测电容的装置，它有三个电极，在两个电极间形成均匀电场。但该装置有两个缺点，1.该装置中的传感器是由一个第一电极和一个与管1的壁电连接的反作用电极11构成的;2.该装置中的传感器对流体流动是有妨碍的。苏联发明人证书（RIC）No.587383中公开了一种包含一对平板电极1、2的电容转换器，其平板电极1、2固定在一个第三零电位电极4上，并由该电极围绕。第三电极4由弹性材料制成并固定在一个具有温度依赖性的绝缘座上。当物质流过时，座5的温度发生变化，从而引起座5的形状发生变化。这样将使第三电极曲变，并自动调整电极1、2的空间。但显然，这种电容转换器的零电位的第三电极不能用于维持被绝缘的管道内的场的均匀性。

本发明的目的在于克服上述弱点并提供一种以稳定测量体积中的电场为主的上述气体流分测量仪器。另外一个目的是制造一个简单而耐用的非干扰式测量仪器，用一个简单的信号处理回路输出一个与气体流分成正比关系的输出电压。

这些目的是以设计一个与权利要求相符的测量仪器实现的。除满足以上的要求之外，实验数字还表明这种气体流分测量装置不象现有的只有两个电极的气体流分测量装置那样依赖流动动态。

按照这项发明，在此以图示方式对测量仪器作进一步说明。

图1是由两个主要元件组成的气体流分测量仪器，即一个图示的初级传感器，和一个电路图表示的信号处理元件。

图2是初级传感器内等位线的分布。

见图1，初级传感器由三个电极组成，即两个平行的平面电极A和B，安装在第三个管状电极c内，两个将被控制的流分，如石油/伴生气混合流体，流过两个平行板电极A和B之间的一根管道使被测电容发生变化。