[发明专利]一种两相流分层界面几何形状测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于两相流分层界面形态测量的平行线阵列传感系统

背景技术

随着油井的长期开发，我国路上油田大多已经进入低产液阶段。产液剖面测井技术是水平井开采的重要配套环节，准确地对产液剖面资料进行解释是对油田产出能量评价的前提，也是优化开采方案，对油井进行压裂与堵水作业的重要指导资料。然而，在低产液产出条件下，水平井内出现特有的油水两相流非均匀分层流动结构，给水平井产出剖面测井资料解释带来极大困难和挑战。

考虑通过建立流体物理运动模型实现两相流流动参数预测，成为复杂两相流动态过程监测的一条重要途径。一维标准双流体模型是进行流体分层流动参数预测的有效物理模型。为提高模型预测的准确度，有学者提出了修正的双流体模型，模型修正主要有两大方向：(1)剪切应力的修正；(2)两相界面运动形态的修正。其中，两相界面运动形态也是剪切应力计算过程中的关键因素。分层流是水平油水两相流中最常见的流型，由于水平油水两相流相间界面往往同时具有径向弯曲和轴向波动两种特征，准确测量水平油水分层流界面形态，然后对标准双流体模型进行修正，对提高模型预测准确度有重要意义。因此，对水平油水分层流界面形状的准确测量成为油水两相流流动模型研究中的关键问题。

目前，尚未见有效的两相流分层流动界面形态测量方法。Edomwonyi-Out和Angeli曾试图利用双环形电导传感器测量管壁处油水分层高度，同时利用平行线传感器测量管道中心处水层高度，从而实现油水分层界面形态的组合测量(Pressure drop and holdup predictions in horizontal oil-water flows for curved and wavy interfaces,Chemical Engineering Research and Design,2015,93:55-65)。然而，由于两种传感器分别位于管道的两个不同径向截面，同时油水分层界面在轴向上存在波动，利用两种传感器的测量响应来估计油水分层界面形态误差较大；另外，双环形电导传感器的敏感区域不仅局限于管壁附近，管道内油水两相运动也会引起双环形电导传感器的响应波动，从而造成无法预测的测量误差。

发明内容

本发明目的是提供一种用于两相流分层界面形态测量的阵列传感系统，本发明中，安装在同一管道径向截面的多个平行线传感器构成阵列结构，用于测量同一管道截面不同位置处两相流分层界面的高度，最终实现两相流复杂分层界面形态的动态监测。技术方案如下：

一种两相流分层界面几何形状测量方法，用于测量具有电导率差异的两相流的分层界面形态，所采用的传感器系统包括水平测量管道、固定件和平行线阵列传感器，其特征在于，固定件与水平测量管道固定连接，平行线阵列传感器包括两组平行线电极，一组分布在上游的同一个管道横截面上，均作为激励电极，另一组分布在下游的同一个管道横截面上，均作为接收电极，位置相对的激励电极和接收电极构成一对线电极，各个电极固定在固定件上并穿过水平测量管道，测量方法包括下列步骤：

(1)在平行线阵列传感器不破坏油水分层界面形态的前提下，确定该平行线阵列传感器的几何尺寸；

(2)当管道内存在油水分层界面时，每次选通一对线电极，生成正弦电压信号Vi，Vi经过参考电阻R_ref加载到激励电极上，设激励信号为V_ex，接收电极与参考地连接；参考电阻R_ref两端、激励电极与接收电极之间的电压进行差分放大后，输入信号调理模块，信号调理模块分别向数据采集模块输出参考电压V_ref和测量信号V_m；先后完成各个线电极对的测量，可采集到一帧测量数据；

(3)利用静置在水平测量管道内的分层气水两相分布对平行线阵列传感器的测量响应进行标定，方法如下：

计算气水两相分层条件下第i对平行线电极测量电导值Ge(i)；每对平行线电极所在位置处的水层高度已知，可得第i对平行线电极测量电导值Ge(i)与电极所在位置处两相分层界面高度h(i)的标定关系式；利用所测得的某一帧数据，计算第i对平行线电极测量的其所在位置处的油水电导率；得到管道内径向截面第i对平行线电极位置处的油水分层界面高度；根据各对平行线电极位置处油水分层界面高度，获得两相流分层界面几何形状。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：