水平油水两相流电导及电容阵列传感器组合测量新方法研究

本项目采用电导及电容式阵列传感器组合测量方法，研究水平油水两相流流量测量新方法。具体研究内容包括：考察电导及电容阵列传感器敏感场特性及在不同流型下的电导及电容阵列传感器输出仿真特性与相含率之间线性度关系，在此基础上，对电导及电容式阵列电导式传感器进行"几何特性"优化；通过水平油水两相流动态测量实验，分别测取电导及电容式阵列传感器在不同流型下的两相流相关测速，研究水平油水两相流运动波传播特性，研究相关测速与运动波传播波速之间的理论关系，建立总流量测量模型；基于快关阀实验技术获取不同流型下的水平油水两相流相含率，在此基础上，研究不同流型的相含率物理测量模型；以流型多尺度非线性分析及相含率测量为基础，建立基于流型的水平油水两相流分相流量测量模型。本项目旨在探索研究基于电学敏感原理的电导及电容式阵列传感器组合测量水平油水两相流流量新方法，为水平井产液剖面测井技术提供新的测量理论与方法。

水平油水两相流经常出现分层流及分散流，其流动结构随流动参数呈现复杂多变现象。在理论上，难以实现流动结构稳定性控制与流动参数准确预测。本课题针对水平油水两相流不同流型特征，提出了电导及电容传感器组合测量方法，其传感器系统包括环形电导阵列传感器、双螺旋电容传感器、平行线电容传感器及微型电导阵列探针。首先，基于有限元分析法优化设计了电导及电容传感器几何尺寸，研制了水平油水两相流测量系统；其次，在天津大学多相流流动装置上获取了不同流动参数下的电导及电容传感器测量响应特性，开展了水平油水两相流总流量、分相持率及分相流量测量方法研究。论文研究工作取得了如下创新性成果：. 1．依据水平油水两相流不同连续相导电特性及两类特殊分层流及分散流流动结构特征，提出了水平油水两相流流动参数电导及电容传感器组合测量方法。采用有限元分析方法考察了不同流型下的电导及电容相含率传感器检测场的灵敏度分布特性，并依据电导及电容传感器输出响应的灵敏度及线性度最优原则，优化设计了传感器几何尺寸，动态实验结果表明：优化设计的电导及电容传感器具有较好的相含率测量特性。. 2．采用双平行线电容传感器方法测取了液相持率标定值，采用径向8路电导阵列探针方法获取了局部流动结构；在此基础上，分别获得了环形电导阵列传感器及双螺旋电容传感器液相持率输出响应，并从油水流动结构角度合理地解释了电导及电容传感器相含率测量特性，取得了测量特性与流动特性的相互统一认识。此外，基于两相流密度波传播理论模型，结合上下游双环形电导传感器及双平行线电容传感器相关测速结果，实现了具有较高精度的水包油及油包水流型水平油水两相流总流量测量。