井下油氣水三相流陣列電磁相關(guān)流量測(cè)量方法研究
發(fā)布時(shí)間:2017-12-15 06:13
本文關(guān)鍵詞:井下油氣水三相流陣列電磁相關(guān)流量測(cè)量方法研究
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【摘要】:多相流廣泛存在于石油、化工、制藥、環(huán)保、城市供排水等工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和日常生活領(lǐng)域。隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入,油、氣、水三相流動(dòng)成為油田測(cè)井中越來(lái)越常見(jiàn)的現(xiàn)象,流量是必須測(cè)量和控制的參數(shù)。但是油井井下流體的流動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜,致使流量的測(cè)量難度很大,在線測(cè)量油氣水三相流的流量是目前油田開(kāi)發(fā)中面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。本文以在油田開(kāi)發(fā)測(cè)井中的應(yīng)用為背景,針對(duì)油井井下油氣水三相流流量測(cè)量問(wèn)題,開(kāi)展的研究工作如下:首先,在油井內(nèi)特定測(cè)量環(huán)境下,對(duì)于油氣水三相流流量測(cè)量問(wèn)題,有機(jī)結(jié)合電磁測(cè)量技術(shù)、相關(guān)測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù),提出了一種基于陣列電磁相關(guān)流量傳感器的新方法,建立了陣列電磁相關(guān)流量傳感器的結(jié)構(gòu)模型,設(shè)計(jì)的陣列電磁相關(guān)流量傳感器具有體積小、非侵入式、無(wú)放射性、無(wú)可動(dòng)部件、測(cè)量范圍廣和低成本等優(yōu)點(diǎn)。提出了磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行程度和大小均勻程度2個(gè)指標(biāo),并依據(jù)指標(biāo)對(duì)多種形狀勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真分析,為陣列電磁相關(guān)流量傳感器勵(lì)磁線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。第二,權(quán)重函數(shù)是電磁流量測(cè)量的一個(gè)重要概念,它反映了傳感器管道內(nèi)液體介質(zhì)單元在感應(yīng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)流量測(cè)量信號(hào)貢獻(xiàn)能力的大小,采用有限元方法,研究了多電極電磁流量計(jì)在管道橫截面上權(quán)重函數(shù)的分布特性以及離散的非導(dǎo)電相對(duì)傳感器權(quán)重函數(shù)的影響。然后對(duì)多電極電磁流量傳感器的響應(yīng)特性進(jìn)行分析。為陣列電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。第三,采用有限元數(shù)值分析方法,對(duì)陣列電磁相關(guān)流量傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。依據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)分布的均勻性,研究設(shè)計(jì)傳感器的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)參數(shù),主要包括磁芯角度、線圈的角度、磁芯的厚度以及磁芯的軸向長(zhǎng)度;依據(jù)傳感器測(cè)量區(qū)域內(nèi)權(quán)重函數(shù)分布的均勻性,研究設(shè)計(jì)傳感器的電極結(jié)構(gòu)參數(shù),主要包括電極數(shù)目、尺寸和上下游電極之間的距離。進(jìn)行傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)提高油氣水三相流流量測(cè)量精度具有重要的意義。第四,為提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,研究陣列電磁相關(guān)流量傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)。提出了一種基于支持度和自適應(yīng)加權(quán)的陣列傳感器數(shù)據(jù)融合方法,先采用支持度方法計(jì)算每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的綜合支持度和加權(quán)因子,對(duì)單個(gè)傳感器測(cè)量信號(hào)序列進(jìn)行加權(quán)融合,再利用自適應(yīng)加權(quán)方法,進(jìn)行陣列傳感器多組測(cè)量信號(hào)序列之間的數(shù)據(jù)融合,使得陣列傳感器系統(tǒng)總均勻誤差最小。提出了一種基于多尺度主成分分析和自適應(yīng)加權(quán)的陣列傳感器數(shù)據(jù)融合方法,該方法通過(guò)前期的消除噪聲處理,獲得了比前一種方法更好的融合效果。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)這兩種融合方法的有效性分別進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,設(shè)計(jì)了能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量油氣水三相流流量的陣列電磁相關(guān)流量測(cè)量系統(tǒng),介紹了測(cè)量系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路、分析軟件和研制的流量計(jì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī);搭建了能夠模擬油氣水三相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái);利用設(shè)計(jì)的陣列電磁相關(guān)流量測(cè)量系統(tǒng),在三相流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)流實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
【學(xué)位授予單位】:燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類(lèi)號(hào)】:TE31;O359
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,本文編號(hào):1290907
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