[发明专利]油气水三相塞状分散流流速测量方法

摘要

本发明涉及一种油气水三相塞状分散流分相流速测量方法，包含：1)利用相含率测量装置得到各相含率信息；2)根据相含率判断三相塞状分散流的连续相和分散相；3)通过对超声换能器所获取的接收信号进行解调，得到多普勒频移信号；4)计算连续相与离散气相之间的曳力；5)计算连续相与离散液相之间的曳力；6)计算管壁对连续液相的剪切力；7)建立关于u_c，u_g，u_d的三元非线性方程组；8)利用数值迭代类算法求解，获得u_c，u_g，u_d的最优估计；9)三相流分相表观流速计算。

主权项

1.一种油气水三相塞状分散流分相流速测量方法，采用的设备包括双压电陶瓷晶片的超声换能器和相含率测量装置，超声换能器的测量空间能够覆盖整个管道截面；相含率测量装置提供各相含率信息；所述超声换能器安装于管道底侧，换能器内部双晶片均被倾斜安装于声耦合材料上，以保证晶片的法线方向与水平流动方向夹角为α；超声换能器用来发射和接收超声波，其中，换能器一侧晶片负责发射超声波，另一侧晶片负责接收超声波，且在上述两晶片之间放置隔音材料以抑制干扰；该测试方法包含如下步骤：1)利用相含率测量装置得到各相含率信息，其中含水率为H_w，含油率H_o，含气率H_g；2)根据相含率判断三相塞状分散流的连续相和分散相：计算油水比若R＞2.3，则流型为油基塞状分散流，此时连续相为油，离散液相为水，则连续相密度；若R≤2.3，则流型为水基塞状分散流，此时连续相为水，离散液相为油；3)通过对超声换能器所获取的接收信号进行解调，得到多普勒频移信号：设功率谱为S_d(f)，f为频率组分，则平均多普勒频移计算得到测量空间内所有离散相的平均真实流速f₀为发射声波的频率，C为声波在固体声耦合材料中的传播速度，离散相的平均真实流速与每一离散相的真实速度关系为：u_g和u_d为气相和离散液相的真实流动速度，H_d为离散液相的相含率；4)计算连续相与离散气相之间的曳力F_gdrag：对于离散气相，曳力ρ_c为连续相的密度，u_c为连续相的真实流动速度，气相的索特平均直径D为管道内径；C_Dg为气相的拖曳系数，对于不同流动状态下，连续相和气相间的相对雷诺数μ_c是连续相动态黏度；5)计算连续相与离散液相之间的曳力F_ddrag：对于离散液相，曳力H_d为离散液相的相含率，C_Dd为离散液相的拖曳系数，对于不同流动状态下，连续相和离散液相间的相对雷诺数d_d是离散液相的索特平均直径，其计算方法为σ为离散液相与连续向之间界面张力，f_c为连续相的穆迪摩擦因子，其取值为ε是管内壁的相对粗糙度，连续相雷诺数6)计算管壁对连续液相的剪切力7)当三相流流动状态稳定时，有其中为三相流在长度l上的压力梯度，将F_gdrag，F_ddrag，d_g，C_Dg，d_d，C_Dd代入式中，并与步骤3)中离散相的平均真实流速的关系式连立关于u_c，u_g，u_d的三元非线性方程组：8)利用数值迭代类算法求解步骤7)中的方程组，获得u_c，u_g，u_d的最优估计；9)三相流分相表观流速计算：连续相表观流速：j_c＝u_cH_c，H_c为连续相的相含率；气相表观流速：j_g＝u_gH_g；离散液相表观流速：j_d＝u_dH_d；总表观流速j＝j_c+j_d+j_g。