[发明专利]多相流段塞流及混状流液膜厚度分布式超声测量装置

说明书

本发明涉及一种多相流段塞流及混状流液膜厚度分布式超声测量装置，所采用的分布式超声传感器，在集流后小管径测量管壁内开设三个相互之间成120°夹角，深度为2.5mm，直径为6mm的超声探头安装孔，用于放置三路双晶超声探头，将安装孔前方的管壁打穿，形成深度为h＝2.5mm，直径r＝6mm的测量拓延区；测量电路包括脉冲激励模块、高速采集模块、信号调理模块、网络传输模块与FPGA控制模块。

技术领域

本发明涉及油井气水/油气水多相流段塞流及混状流超声传感器持气率测量方法。

背景技术

气水/油气水多相流流普遍存在于油气开采过程中，为了提高原油采收率，准确实现油井产出剖面动态监测对油藏管理及优化油井生产动态具有重要意义。在水为连续相的油井气水/油气水多相流流动过程中，当含气率较高时，混合流体中的气泡逐渐聚并为体积较大的气塞，由于气相与液相之间的滑脱效应显著，气塞周围形成脱落的液膜，为确定此时持气率，需准确测得气塞周围液膜厚度。传统液膜厚度测量主要针对环状流时流体流动过程中气芯周围的液膜(The use of wire probes for the measurement of liquid filmthickness in annular gas-liquid flows.Canadian Journal of ChemicalEngineering,2010,56(6):754-757)，由于段塞流及混状流呈现为气塞与液塞交替出现的拟周期运动，伴随气塞运动会形成不稳定的液膜运动。目前，少有的对段塞流液膜厚度测量的装置(Experimental study of the falling film of liquid around a Taylorbubble.International Journal of Multiphase Flow,2017,88:133-141.)，也仅仅监测了单一位置处气塞周围液膜厚度的变化，尤其是，对于极不稳定的混状流流动结构气塞周围液膜厚度测量装置未见公开报导。众所周知，气水/油气水多相流段塞流及混状流气塞周围液膜厚度在周向方向呈非均匀分布，单一位置处的测量结果不足以反映液膜的平均厚度信息。

发明内容

本发明提出一种分布式超声传感器气水/油气水多相流段塞流及混状流液膜厚度测量装置。通过每个超声传感器超声反射回波时间提取液膜厚度信息，实现多相流液膜厚度分布式平均测量。

本发明提供了一种气水/油气水多相流段塞流及混状流液膜厚度的分布式超声测量装置，具有测量精度高、适用范围广、成本较低等优点，可实现液膜厚度的实时动态监测。技术方案如下：

一种多相流段塞流及混状流液膜厚度分布式超声测量装置，所采用的分布式超声传感器，在集流后小管径测量管壁内开设三个相互之间成120°夹角，深度为2.5mm，直径为6mm的超声探头安装孔，用于放置三路双晶超声探头，将安装孔前方的管壁打穿，形成深度为h＝2.5mm，直径r＝6mm的测量拓延区，以提高气液界面超声反射时间测量的准确性；测量电路包括脉冲激励模块、高速采集模块、信号调理模块、网络传输模块与FPGA控制模块，在FPGA的控制下，脉冲激励模块以频率为1KHz的高压脉冲激励超声探头，在超声脉冲发射后，超声探头将接收到的回波信号转换为电信号，经调理模块进行放大后，利用高速采集模块以40MHz的频率对超声回波信号进行单元采样，最后在FPGA的控制下通过千兆网络传输到上位机。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明设计的分布式超声传感可减小液膜周向非均匀性对平均液膜厚度测量的影响，提高液膜厚度测量准确度。

(2)本发明设计的液膜厚度测量装置适用于小管径内(20mm)气水/油气水多相流段塞流及混状流条件下液膜厚度的有效测量。

(3)本发明设计的分布式超声传感系统采用单元采样方式，在不丢失有效信息的前提下，缩减了传输数据量，降低了数据传输成本。

(4)本发明设计的分布式超声传感系统可实现井下液膜厚度的实时在线测量，具有精度高、响应速度快、适用范围广等优点。