[发明专利]两相流体中分散相流量测量方法及其装置

说明书

本发明属于流量测量技术领域，是一种利用电场式相浓度传感器测量两相流体中分散相流速、相流量，特别是测量油井内油水两相流体中分散相流速、相流量的方法及相应的装置。在管子中流动的两相流体中，如果测出分散相的相流速、相浓度，而管子的内截面已知，就可以计算出分散相的相流量，本发明就是以这种方式计算流量的。

生产测井是油田提高产量、节能、提高采收率的基础工作。油井中油水两相流体中分散相通常为油相。井下分层油相流速、流量的测量是生产测井中的最重要内容之一，它用于确定井下的工作状况。但目前在油井的生产测井中还只能使用误差较大的间接方法来估算油相流速和流量，这是因为在现有的测两相流体中分散相流速、流量的测量方法中，主要由于结构方面的原因，还没有一种方法能用于油井中。例如公知的相关流速、流量测量方法（《相关流量测量技术》，徐苓安著，天津大学出版社，1988·7），它是利用两个相浓度传感器输出信号波形之间的相似性以确定分散相流过这两个传感器之间距离所需的时间进而确定分散相的流速，它需要两个独立的、性能一致的相浓度传感器及相应的输出通道，所需引线多，特别是下边传感器的引线需跨越过上边的传感器，这在井下很困难，这使得相关法在目前还没有用于油井中油相流速、流量的测量。

本发明的目的是要提供一种用一个传感器测量两相流体中分散相相流速、相浓度、相流量的方法和相应的装置。使它能适用于多种使用环境、特别是能在油井中使用。

本发明的目的是这样实现的：在被测流体中沿流体流动方向放置一个相浓度传感器，它的输出信号幅值直接反映了两相流体中分散相的相浓度大小。传感器测量探头检测空间内沿流体流动方向上依次设置一到数个敏感区，每个敏感区两边为非敏感区。在两相流体中一个分散相流体单元的流体位于测量探头的敏感区时，传感器的输出信号值与该流体单元位于测量探头的非敏感区时的输出信号值不一样。因此每当一个分散相单元从非敏感区经过敏感区时，传感器输出信号值也相应改变，输出波形中出现一个对应的脉动，也只有当分散相单元越过敏感区时，传感器输出信号波形中才有这样的脉动信号出现。若测量探头上有M个敏感区，则当分散相单元经过测量探头时，输出信号波形中就会出现M个相关的脉动，我们把由同一个分散相单元经过M个敏感区所产生的M个脉动称为相关的脉动，每一个分散相单元经过测量探头就会产生一组相关的脉动，这样当含有许多分散相单元的两相流体从测量探头上流过时，传感器输出信号波形中就有许多组相关的脉动穿插地混在一起。在每一组相关的脉动中，相邻的脉动在时间坐标轴上之间的间隔就是分散相单元通过对应的相邻敏感区之间距离所需的时间;波形中单个脉动在时间坐标轴上的宽度就是分散相界面通过测量探头上对应敏感区所需的时间。由于测量探头敏感区的宽度及相邻敏感区之间的距离是确定的，因此由单个脉动就可以计算出分散相界面通过测量探头的速度，由每组相关脉动中相邻脉动的间隔就可以计算出分散相单元通过测量探头的速度，这两种速度在实际使用上是一样的。由此就得到了流过测量探头的两相流体中分散相的相流速、相浓度及相流量。

由于只有相关脉动中相邻脉动的间隔才反映分散相单元流过测量探头的速度，因此要从传感器输出信号波形混在一起的脉动中区别出一组组相关的脉动。因为测量探头敏感区的排列是固定的，所以相关脉动中各个脉动的间隔之比等于测量探头各个敏感区的间距之比，由此就可以从输出信号波形中找出一组组相关的脉动从而计算出流过测量探头分散相的相速度，为此传感器测量探头至少需要三个敏感区。

如果传感器测量探头的敏感区是等距排列的，也可以不用找出一组组相关的脉动而直接找相关脉动中相邻脉动的间隔。因为在传感器输出信号波形中所有的任意两个脉动之间的、大小不同的间隔中，出现次数最多的间隔就是分散相单元经过测量探头相邻敏感区之间距离所需的时间，也就是相关脉动中相邻脉动的间隔，因此只要从传感器一段时间内输出信号波形中所有的任意两个脉动之间的间隔中找到这个出现概率最高的间隔，就可以得到流过测量探头分散相的相速度，为此传感器测量探头至少需要两个敏感区。