【摘要】：兩相流是油氣井生產(chǎn)過程中常見的流動形式,其流量的準確測量是觀測油氣井生產(chǎn)狀況,評價油氣井產(chǎn)能和分析儲層動態(tài)變化情況的重要依據(jù),對調(diào)整開采和優(yōu)化生產(chǎn)具有重要意義。由于兩相流在管道內(nèi)的流動是一個非平穩(wěn)過程,流動形態(tài)復雜多樣,致使兩相流參數(shù)的準確測量難度增加。鑒于超聲波在流量測量方面的諸多優(yōu)勢,本文采用超聲波測量體制,重點研究通過多聲道測量方法,解決兩相流流量測量不確定度大的問題。要實現(xiàn)高精度流量測量,需要對超聲波傳感器的特征參數(shù)進行優(yōu)化設計,針對不同的測量環(huán)境,選擇合適的特征參數(shù)來提高超聲波的穿透能力。根據(jù)不同的超聲波測量方法,設計恰當?shù)亩嗦暤纻鞲衅鹘Y(jié)構(gòu),建立相適應的多聲道流量測量數(shù)學模型。使用FLUENT軟件對氣液、固液兩相流的流動特性進行仿真研究,為多聲道測量提供依據(jù)。仿真結(jié)果顯示兩相流管內(nèi)流動速度分布不均勻,不同流層的流速不同,且隨管徑的增大分層現(xiàn)象越明顯,表明了多聲道測量的必要條件。多聲道測量方法通過分別測量不同聲道的流速信息,來準確描述管內(nèi)的整體流速,同時對各聲道測量結(jié)果之間進行互相補償。相比單聲道的測量提高了測量精度,并且降低了設備對流場狀況的苛刻要求。本文根據(jù)相同頻率的超聲波在不同流體介質(zhì)中的幅度衰減特性,在氣液分層流動情況下研究了利用超聲波測量相比例的理論和方法。超聲波信號經(jīng)過管內(nèi)不同液面高度的流體后,通過峰值檢波采集回波信號的幅值,得到檢波幅值與液面高度呈線性關(guān)系,且擬合程度較高。已知液位高度,便可根據(jù)建立的水平管道相比例識別數(shù)學模型計算對應的液體相含率,進而得到氣、液各相的體積分數(shù)。分析液體相比例測量結(jié)果,它的絕對誤差小于2.5個百分點,相對誤差小于5.2%,測量精度較高,達到了預期效果。在理論計算、仿真研究的基礎上,針對正在開展的氣液兩相流研究,設計了基于時差法的三聲道超聲波流量測量硬件電路,進行了調(diào)試并搭配相應的軟件程序,在實驗室搭建簡易實驗平臺對整體的設計方案進行了實驗驗證。分別在不同含氣率的情況下,測量了氣液混合流體不同流速的實驗數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析,測量結(jié)果達到了課題考核指標對測量精度的要求。當含氣率為10%時,對比與單聲道測量結(jié)果的相對誤差,繪制誤差曲線,實驗測量誤差降低2%~8.2%,體現(xiàn)了多聲道測量方法的優(yōu)越性。研究成果具有很強的實用性,解決了多年來兩相流測量的許多疑難和現(xiàn)實問題。
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE312
【圖文】：

適用于管內(nèi)流態(tài)復雜，流速隨流動發(fā)生變化的流體，然進行平均計算來測得流體的流量[7]。圖 2-2 為四聲道傳感器看，每對傳感器軸向距離為 120mm，所以要確保安裝傳感器 2-3 為設計的測量管道三維效果圖。傳感器A1 傳感器A2聲道A圖 2-2 四聲道對角式布置

圖 3-1 管道幾何模型劃分SYS Meshing 進行網(wǎng)格劃分，它在后面的計算中具有重要的作著計算結(jié)果的精度和計算時間。從流體域和固體域?qū)卧貢r間等方面考慮，來選擇合適的單元類型。網(wǎng)格劃分部分劃分的精確與否，決定了 FLUENT 軟件結(jié)算結(jié)流動，所以需要對流體域進行邊界層劃分，流體域部分采用通過控制單元格個數(shù)來調(diào)整模型計算的精確度。并且網(wǎng)格劃征的保留。首先抑制固體域，對流體域進行網(wǎng)格劃分，由于因此要在 Detail of “Mesh”操作界面準確設置相關(guān)參數(shù)，包括格過度快慢、跨度中心角后，得到流體域網(wǎng)格劃分如圖 3-2 所

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