專利名稱：一種兩相流分相含率的測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣領(lǐng)域的測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于測量油水或者氣水兩相流分相含率的測試裝置及方法。
背景技術(shù)：
油水和氣水兩相流在石油工業(yè)中普遍存在，而氣水或者油水兩相流檢測已經(jīng)成為生產(chǎn)測井的一大難題，準(zhǔn)確測量油、氣、水的比例對(duì)于確定分層產(chǎn)量，調(diào)整開采策略和控制方案具有非常重要的意義。目前油、氣、水三相流的測量方法主要有射線法、電容法、層析成像法、電導(dǎo)法、聲波法等。射線法計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差較大，取樣范圍小，使用過程中存在安全問題。電抗法，包括電容法、電導(dǎo)法、層析成像法，能夠適用的油水比例范圍較窄，如電容法和ECT不適用于多相流中導(dǎo)電介質(zhì)為連續(xù)相的情況，電導(dǎo)法和ERT不適用于不導(dǎo)電介質(zhì)為連續(xù)相的情況。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，為了適應(yīng)流型的變化，通常將電導(dǎo)法和電容法結(jié)合使用，造成了生產(chǎn)過程中測量設(shè)備和控制程序的繁瑣。為了解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者也在探索新的多相流測量方法。Abdullah A. Kendoush等人也采用自耦變壓器，施加高頻諧波信號(hào)測量油水兩相流中的相含率。作者也曾在2009年嘗試采用感應(yīng)線圈系進(jìn)行多相流中含水率的測量。但上述測量系統(tǒng)均采用諧波發(fā)射信號(hào)，測量過程易受到直耦信號(hào)的影響，使得測量信號(hào)的后續(xù)處理和校正過程比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種兩相流分相含率的測試裝置及方法，是一種能克服感應(yīng)線圈一次場影響同時(shí)能克服電導(dǎo)法和電容法缺陷的兩相流相含率測試裝置及計(jì)算方法，其在兩相流無論連續(xù)相為導(dǎo)電相還是不導(dǎo)電相的情況下都可以測量，同時(shí)從時(shí)間上可以很好的去除一次場的影響。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種兩相流分相含率的測試裝置，包括一測量管道1，測量管道1內(nèi)壁上鑲嵌有線圈系2，線圈系2由兩組發(fā)射線圈3和一組接收線圈4組成，接收線圈4位于兩組發(fā)射線圈 3之間，兩組發(fā)射線圈3串聯(lián)后連接瞬變信號(hào)產(chǎn)生電路5，接收線圈4連接瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6，瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6和計(jì)算機(jī)7相連。測量管道1的管壁為非金屬絕緣材料。所述線圈系2為三線圈系，所述接收線圈4居中設(shè)置，所述發(fā)射線圈3包括兩個(gè)線圈，對(duì)稱間隔設(shè)置在接收線圈4的外兩側(cè)。所述的瞬變信號(hào)包括單極性和雙極性方波、梯形波、半正弦形波或三角形波。一種兩相流分相含率的測試方法，包括以下步驟步驟一、當(dāng)油水兩相流的混合流體流過測量管道1時(shí)，發(fā)射線圈3的線圈Tl和線圈T2通以脈沖電流，當(dāng)發(fā)射電流突然降為零時(shí)，在發(fā)射線圈3周圍的油水兩相流中將產(chǎn)生急劇變化的磁場和電場；在脈沖關(guān)斷期間，通過接收線圈4接收測量管道內(nèi)油水兩相流產(chǎn)生的二次感應(yīng)電動(dòng)勢，接收線圈4上的響應(yīng)經(jīng)過瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6進(jìn)行放大、濾波、數(shù)據(jù)采集輸入到計(jì)算機(jī)7進(jìn)行計(jì)算；步驟二 計(jì)算接收線圈4上的差分響應(yīng)AEMF AEMF = EMF(a o = x)-EMF(aw = 100)(1)式中EMF為接收線圈4的感應(yīng)電動(dòng)勢，α。為含油率的百分比，a w為含水率的百分比，X為任意值(X為實(shí)際場合的含油率)。步驟三計(jì)算差分響應(yīng)AEMF的二磁場有效信息值Semf Semf = J: AEMF -dt⑵式中，t工、t2分別為瞬態(tài)信號(hào)的開始和結(jié)束時(shí)刻。步驟四計(jì)算兩相流中的分相含率含油率a。，含水率aw。a w = · (Semf)^1 · (Semf) 2+Cl · Sa^d1(3)a。= · (Semf) 3+b2 · (Semf) 2+c2 · SEMF+d2(4)式中的a^bpCpdi和 、b2、c2、d2為標(biāo)定系數(shù)，通常在實(shí)際測量之前，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明可對(duì)油水兩相流、氣水兩相流、油氣兩相流進(jìn)行相含率測量，不受流體中各相比例及流型的影響。2、本發(fā)明采用瞬變信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，可從時(shí)間上去除直耦信號(hào)的影響，后續(xù)的信號(hào)處理和校正程序相對(duì)簡單。3、本發(fā)明所提供的測試裝置可與輸油管道直接相連，其接收信號(hào)經(jīng)過采集和預(yù)處理后由計(jì)算機(jī)處理和顯示，可實(shí)現(xiàn)在線測量。


圖1是本發(fā)明的測量管段結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的相含率測試裝置示意圖。圖3是本發(fā)明的仿真曲線。圖4是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)曲線。圖5是本發(fā)明的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)曲線；其中圖fe為含水率的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)曲線，圖恥為含油率的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)敘述。如圖1、圖2所示，一種兩相流分相含率的測試裝置及計(jì)算方法，包括一測量管道 1，測量管道1內(nèi)壁上鑲嵌有線圈系2，保證了測量管道1內(nèi)壁的平整，對(duì)測量管道內(nèi)兩相流的流型不會(huì)產(chǎn)生影響，線圈系2由兩組發(fā)射線圈3和一組接收線圈4組成，接收線圈4位于兩組發(fā)射線圈3之間，兩組發(fā)射線圈3連接發(fā)射信號(hào)的瞬變信號(hào)產(chǎn)生電路5，接收線圈4連接處理線圈系接收的包含兩相流體電導(dǎo)率信號(hào)的瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6，瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6和計(jì)算兩相流分相相含率的計(jì)算機(jī)7相連。測量管道1的管壁為非金屬絕緣材料，用于隔離線圈系2的電信號(hào)。本發(fā)明的線圈系2由3組單獨(dú)的間隔分布的線圈Tl、線圈T2和線圈R組成，其中線圈R為接收線圈4，位于整個(gè)線圈系2的居中位置。線圈Tl和線圈T2對(duì)稱分布于接收線圈4兩側(cè)構(gòu)成了發(fā)射線圈3，線圈Tl和線圈T2串聯(lián)連接，用于發(fā)射瞬變信號(hào)發(fā)生電路5產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)，本發(fā)明中設(shè)計(jì)兩個(gè)發(fā)射線圈Tl和T2，且對(duì)稱位于接收線圈4的兩側(cè)，一是用于增強(qiáng)接收線圈4的接收信號(hào)，二是使接收線圈4敏感的管內(nèi)兩相流體的區(qū)域增大，接收信號(hào)中包含的流體信息更多。線圈系2的各個(gè)線圈之間相隔一定的距離，在本實(shí)施例中，測量管段內(nèi)徑為50mm，發(fā)射線圈11的兩線圈T1、T2的中心位置相距380mm，匝數(shù)都為700匝。 接收線圈居中，匝數(shù)為1100匝。各線圈之間的距離和匝數(shù)根據(jù)測量管道管徑的不同，間隔的距離和匝數(shù)也不相同，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)具體的管徑數(shù)據(jù)設(shè)置各線圈之間的間距、匝數(shù)， 并通過試驗(yàn)加以調(diào)整，以達(dá)到最佳的效果。如圖2所示，本發(fā)明測量兩相流相含率的機(jī)理是瞬變電磁法。瞬變電磁法是在發(fā)射線圈上施加一恒定電流，持續(xù)一段時(shí)間后關(guān)斷發(fā)射電流，此時(shí)測量接收線圈上的響應(yīng)。本實(shí)施例中瞬變信號(hào)產(chǎn)生電路5用于產(chǎn)生雙極性矩形瞬變信號(hào)，作為發(fā)射線圈3的發(fā)射信號(hào)。 當(dāng)油水兩相流的混合流體流過測量管道時(shí)，發(fā)射線圈3的的線圈Tl和線圈T2通以脈沖電流，當(dāng)發(fā)射電流突然降為零時(shí)，在發(fā)射線圈3周圍的油水兩相流中將產(chǎn)生急劇變化的磁場和電場。在脈沖關(guān)斷期間，通過接收線圈4接收測量管道內(nèi)油水兩相流產(chǎn)生的二次感應(yīng)電動(dòng)勢。接收線圈4上的響應(yīng)經(jīng)過瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6進(jìn)行放大、濾波、數(shù)據(jù)采集等， 輸入到計(jì)算機(jī)7進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)7根據(jù)接收線圈上的響應(yīng)，計(jì)算出測量管道內(nèi)油水兩相流中的含油率和含水率。瞬變信號(hào)產(chǎn)生電路5和瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路6為本領(lǐng)域的成熟技術(shù)，在此不再詳述。本發(fā)明的測試?yán)碚撊缦赂鶕?jù)麥克斯韋方程組可求出管內(nèi)流體中產(chǎn)生的頻域磁場強(qiáng)度
權(quán)利要求
1.一種兩相流分相含率的測試裝置，其特征在于，包括一測量管道(1)，測量管道(1) 內(nèi)壁上鑲嵌有線圈系0)，線圈系O)由兩組發(fā)射線圈(3)和一組接收線圈(4)組成，接收線圈(4)位于兩組發(fā)射線圈(3)之間，兩組發(fā)射線圈(3)串聯(lián)后連接瞬變信號(hào)產(chǎn)生電路 (5)，接收線圈⑷連接瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路(6)，瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路(6)和計(jì)算機(jī)(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩相流分相含率的測試裝置，其特征在于，測量管道⑴ 的管壁為非金屬絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩相流分相含率的測試裝置，其特征在于，所述線圈系 (2)為三線圈系，所述接收線圈(4)居中設(shè)置，所述發(fā)射線圈(3)包括兩個(gè)線圈，對(duì)稱間隔設(shè)置在接收線圈的外兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩相流分相含率的測試裝置，其特征在于，所述的瞬變信號(hào)包括單極性和雙極性方波、梯形波、半正弦形波、三角形波。
5.一種兩相流分相含率的測試方法，包括以下步驟步驟一、當(dāng)油水兩相流的混合流體流過測量管道(1)時(shí)，發(fā)射線圈(3)的線圈Tl和線圈T2通以脈沖電流，當(dāng)發(fā)射電流突然降為零時(shí)，在發(fā)射線圈(3)周圍的油水兩相流中將產(chǎn)生急劇變化的磁場和電場；在脈沖關(guān)斷期間，通過接收線圈(4)接收測量管道內(nèi)油水兩相流產(chǎn)生的二次感應(yīng)電動(dòng)勢，接收線圈(4)上的響應(yīng)經(jīng)過瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路(6)進(jìn)行放大、濾波、數(shù)據(jù)采集輸入到計(jì)算機(jī)(7)進(jìn)行計(jì)算； 步驟二 計(jì)算接收線圈(4)上的差分響應(yīng)AEMF AEMF = EMF(ao = x)-EMF(aw = 100)(1)式中EMF為接收線圈(4)的感應(yīng)電動(dòng)勢，α。為含油率的百分比，α ￥為含水率的百分比，χ為實(shí)際場合的含油率。步驟三計(jì)算差分響應(yīng)AEMF的二磁場有效信息值Semf SEMF=\:^EMF.dt⑵式中，、、、分別為瞬態(tài)信號(hào)的開始和結(jié)束時(shí)刻。步驟四計(jì)算兩相流中的分相含率含油率a。，含水率aw。a w = · (Semf) ^b1 · (Semf) '+C1 · Sffl^d1(3)a。= · (Semf) 3+b2 · (Semf) 2+c2 · SEMF+d2(4)式中的％、bp Cpd1和 、b2、c2、d2為標(biāo)定系數(shù)，通常在實(shí)際測量之前，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定。
全文摘要
一種兩相流分相含率的測試裝置及方法，在測量管道內(nèi)壁上鑲嵌有線圈系，線圈系由兩組發(fā)射線圈和一組接收線圈組成，兩組發(fā)射線圈串聯(lián)后連接瞬變信號(hào)產(chǎn)生電路，接收線圈連接瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路，瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路和計(jì)算機(jī)相連，當(dāng)混合流體流過測量管道時(shí)，發(fā)射線圈通脈沖電流，當(dāng)發(fā)射電流突然降為零時(shí)，在發(fā)射線圈周圍產(chǎn)生急劇變化的磁場和電場；在脈沖關(guān)斷期間，通過接收線圈接收測量管道內(nèi)油水兩相流產(chǎn)生的二次感應(yīng)電動(dòng)勢，接收線圈的響應(yīng)經(jīng)過瞬態(tài)信號(hào)采集和預(yù)處理電路輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算；本發(fā)明在兩相流無論連續(xù)相為導(dǎo)電相還是不導(dǎo)電相的情況下都可以測量，并能去除一次場的影響。
文檔編號(hào)G01N27/74GK102375024SQ201110269088
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者黨瑞榮, 李利品, 殷光, 趙東升, 高國旺 申請人:西安石油大學(xué)