基于Bragg光柵的井下流量在線檢測(cè)理論研究.pdf

1、流量是石油行業(yè)中的重要參數(shù)之一,從開(kāi)采到運(yùn)輸,乃至加工銷售,均需要檢測(cè)管道內(nèi)石油流量。檢測(cè)不同層段的流量可以確定各層產(chǎn)量,并能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別產(chǎn)油層的生產(chǎn)異常。目前大慶油田井下流量檢測(cè)普遍采用電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)及浮子流量計(jì),但是由于相應(yīng)的設(shè)備抗壓性能低,機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電纜沿井筒長(zhǎng)距離傳輸信噪比較小,安裝不便等一系列缺點(diǎn),使井下流量的準(zhǔn)確檢測(cè)這一問(wèn)題亟待解決。
　　本文基于Bragg光柵傳感原理和卡門渦街原理,為了檢測(cè)井下流體流量,將

2、 Bragg光柵埋入柱體中作為旋渦發(fā)生體,自主設(shè)計(jì)了光柵埋入式渦街流量計(jì)。建立光柵渦街流量檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)值模型,得到光柵波長(zhǎng)變化與流量的關(guān)系,并分析各參數(shù)對(duì)檢測(cè)靈敏度及分辨率的影響情況。為了提高光柵流量計(jì)檢測(cè)靈敏度,利用質(zhì)量-彈簧-阻尼二階振動(dòng)模型進(jìn)行諧振分析,進(jìn)而確定柱體尺寸。同時(shí)根據(jù)光柵解調(diào)儀分辨率及渦街產(chǎn)生的條件,確定流量計(jì)檢測(cè)范圍。
　　對(duì)比流量檢測(cè)數(shù)值模型與 Fluent仿真結(jié)果,并且搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)檢測(cè)單相流流量,利用精度較

3、高的電磁流量計(jì)標(biāo)定光柵埋入式渦街流量計(jì),正向線性度小于1.35％。對(duì)比標(biāo)定實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線,相對(duì)偏差最低為2.25%,證明流量檢測(cè)數(shù)值模型的可靠性,并且分析產(chǎn)生誤差的原因,提出改進(jìn)措施。
　　在單相流流量檢測(cè)的基礎(chǔ)上,針對(duì)管道內(nèi)氣液兩相流,設(shè)計(jì)兩級(jí)串聯(lián)文丘里管用于檢測(cè)各相流量。利用光柵溫壓傳感系統(tǒng)檢測(cè)溫度及壓力,設(shè)計(jì)兩級(jí)文丘里管的結(jié)構(gòu)并分析降壓,將光柵傳感器布設(shè)在后級(jí)文丘里管的喉部,通過(guò)氣相體積流量對(duì)壓力敏感的特性在短距離內(nèi)均勻

4、降壓以區(qū)分氣相和液相的體積流量,進(jìn)而檢測(cè)各相流量。將得到的各相體積流量作為初值,利用文丘里管的壓降方程迭代確定穩(wěn)定的輸出流量,得到含氣率等參數(shù)。通過(guò) Fluent對(duì)兩級(jí)文丘里管建模,采用 VOF方法仿真氣液兩相流管內(nèi)繞流流動(dòng),與理論模型對(duì)比分析。同時(shí)設(shè)計(jì)光柵流量檢測(cè)系統(tǒng)的布設(shè)方案,為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)做準(zhǔn)備。
　　本文根據(jù)設(shè)計(jì)的光柵埋入式渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)建立流量檢測(cè)數(shù)值模型,單相流流量檢測(cè)精度可達(dá)12L/h。設(shè)計(jì)兩級(jí)串聯(lián)的文丘里管結(jié)構(gòu),區(qū)分氣