[发明专利]基于单截面阻抗式长腰内锥传感器的多相流测量方法

摘要

本发明属于流体测量技术领域，涉及基于单截面阻抗式长腰内锥传感器的多相流测量方法，采用的传感器包括锥体节流件、收缩压降差压变送器、永久压损差压变送器，电学敏感传感器。本发明根据连续相的性质不同，提出两种具有同样发明构思的测量方法，包括下列步骤：采集由锥体节流件产生的两对差压信号；利用电学敏感传感器采集电信号；按照单节流件的双差压模型，计算总质量流量、各相质量流量及各相质量含率；根据连续相是否导电选择相应的电学方法计算各相截面含率；选取相应的计算模型，计算油气水三相流的过程参数。本发明具有测量精度高、可靠性高、可获取测量信息多、成本低等特点，可广泛应用于石油、化工、能源动力、冶金等行业。

主权项

1.一种基于单截面阻抗式长腰内锥传感器的多相流测量方法，用于连续相为非导电相的多相流测量，采用的传感器包括锥体节流件、收缩压降差压变送器、永久压损差压变送器，电学敏感传感器，所述的锥体节流件为一种长腰内锥节流装置，由前段圆锥体、作为锥体腰部的中段柱状体、后段圆锥体三段构成，通过支架同轴固定于管道中心，与管道的管壁形成环形流通空间；所述的收缩压降差压变送器的两个取压孔，一个设置在锥体节流件上游处，另一个设置在环形流通空间处或锥体尾部；所述的永久压损差压变送器的两取压孔分别设置在锥体节流件上游和下游压力恢复处；所述的电学敏感传感器包括一组分布在环形流通空间且处于管道相同截面位置的电极，该组电极由一个或一个以上的内电极和一个或一个以上的外电极构成，内电极为锥体节流件本身或固定在锥体腰部表面的电极，外电极固定在管道内壁；当选通内电极中的一个和外电极中的一个作为一个电极对时，选通的这两个电极，一个为激励电极和测量电极，一个为接地电极，该测量方法包括下列步骤：1)采集由锥体节流件产生的两对差压信号：收缩压降差压信号Δp和永久压损差压信号δp；2)利用电学敏感传感器采集电信号；3)按照下面的单节流件的双差压模型，得到总质量流量、各相质量流量、各相质量含率与相含率之间的关系式：a.根据公式和计算出等效质量流量W_mtp1、W_mtp2，式中，ε为可膨胀性系数，C₁为收缩压降Δp为差压信号标定出的流出系数、C₂为永久压损δp为差压信号标定出的流出系数，A₀为环形流通空间的流通面积，A为管道流通面积，β为流通截面的等效直径比，ρ_g为气相密度；b.将公式相比，计算L-M参数χ，式中，为两相流乘子，W_mg为气相质量流量，a₁，b₁，a₂，b₂为标定试验参数；c.根据公式得到气相质量含率x、液相质量含率1-x与截面含油率α_o、截面含水率α_w、截面含气率α_g之间的关系式，式中，为两相流乘子，ρ_g为气相密度，ρ₁为液相密度，α_o为截面含油率、α_w为截面含水率、α_g为截面含气率，ρ_o为油相密度，ρ_w为水相密度；d.根据公式计算气相质量流量W_g、液相质量流量W_l、总质量流量W_m与截面含油率α_o、截面含水率α_w、截面含气率α_g之间的关系式；4)按照下列的计算模型计算油气水三相流的过程参数：a.根据电学敏感传感器采集的电压信号，计算混合流体的介电常数ε_m；b.多相流中将截面含油率α_o、截面含水率α_w、截面含气率α_g分别等效为油、水、气的体积含率，已知油相介电常数ε_o、水相介电常数ε_w及气相介电常数ε_g，根据公式和φ_o+φ_w+φ_g＝1计算出油相体积含率φ_o、水相体积含率φ_w和气相体积含率φ_g，式中ρ_o、ρ_w、ρ_g为油相密度、水相密度、气相密度；c.将上一步求出得各相截面含率代入步骤3)的c步和d步所确定的两个关系式，计算总质量流量、各相质量流量及各相质量含率；d.根据公式计算出混合流体的总体积流量Q_v，式中，ρ_m为流体混合密度；e.根据公式计算油相体积流量Q_vo、水相体积流量Q_vw和气相体积流量Q_vg；f.根据公式计算油相流速V_o、水相流速V_w和气相流速V_g，式中，A₀为环形流通空间的流通面积，α_o为截面含油率，α_w为截面含水率，α_g为截面含气率。