垂直上升油水及油氣水多相流流動參數(shù)測量方法研究.pdf

1、為了研究集流型兩相流測井儀器不可視集流通道內(nèi)的油水兩相流流動結(jié)構(gòu)及流動參數(shù)測量,本文首先設(shè)計了集快關(guān)閥、電導式探針、縱向多極陣列電導式傳感器、雙螺旋電容式傳感器和超聲傳感器于一體的油水兩相流測量系統(tǒng),在內(nèi)徑為20 mm管道內(nèi)進行了垂直上升油水兩相流動態(tài)實驗,建立了實驗流型圖,標定了兩種電學傳感器測量響應(yīng),并分析了油水相間滑脫特性,研究了分相流量及油水總流量測量模型,此外利用符號動態(tài)濾波方法,從超聲傳感器波動信號中提取了持油率信息。為了研

2、究油井內(nèi)大管徑垂直上升油氣水三相流流動特性,以為油氣水三相流測井資料解釋方法提供流型研究基礎(chǔ),本文利用縱向多極陣列電導式傳感器和電導式探針組合測量方法在內(nèi)徑為125 mm管道內(nèi)進行垂直上升油氣水三相流動態(tài)實驗,繪制了四種油水總流量下流型圖,并對水為連續(xù)相的五種流型VMEA傳感器電導波動信號進行了時頻域和非線性(混沌吸引子形態(tài)學和復(fù)雜性測度包括Lempel-Ziv復(fù)雜性、近似熵和多尺度熵)的處理與分析,表征了流型轉(zhuǎn)化的非線性動力學特性。論

3、文研究工作取得了創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.基于微型電導探針測量方法,首先開展了小管徑垂直上升油水兩相流流型實驗及流型物理模型研究,實驗發(fā)現(xiàn)小管徑油水流動時向油包水流型轉(zhuǎn)化邊界基本發(fā)生在Yw=0.25,向水包油流型轉(zhuǎn)化邊界基本發(fā)生在 Yw=0.35,且流型實驗結(jié)果與兩相流流型轉(zhuǎn)換邊界模型甚為吻合。基于相含率快關(guān)閥實驗結(jié)果,在油水兩相流動態(tài)測量條件下實際標定了所設(shè)計的電導式及螺旋電容式傳感器測量響應(yīng)特性,發(fā)現(xiàn)在集流條件下,兩種傳感

4、器測量響應(yīng)均與標定相含率之間具有較高靈敏度的線性相關(guān)關(guān)系。基于兩相流運動波理論模型及漂移模型,建立了垂直上升油水兩相流總流量及分相流量測量模型,取得了較高精度的總流量及分相流量測量結(jié)果。
　　 2.為了探討高含水時的油水兩相流持水率測量問題,開展了超聲傳感器油水兩相流相含率測量方法研究。為解決分散相對超聲多次反射造成的測量信號與相含率之間關(guān)系模糊問題,本課題將符號動態(tài)濾波方法引入超聲信號處理與分析,并提取了與持率值密切相關(guān)的流動

5、測度特征量,發(fā)現(xiàn)超聲信號流動測度與持油率具有良好的高分辨率線性相關(guān)關(guān)系,為高含水時的油水流型相含率測量提供了一種新思路。
　　 3.通過垂直上升油氣水三相流流型實驗與電導傳感器信號測量分析,發(fā)現(xiàn)液相中含油率的增加使得水包油段塞流在較低的氣相表觀速度產(chǎn)生,且在大管徑低流速下,液液兩相流中由水為連續(xù)相到油為連續(xù)相的逆轉(zhuǎn)發(fā)生在油液比為0.9左右,氣體攪拌作用使得相態(tài)逆轉(zhuǎn)點向含油率較低的方向偏移。發(fā)現(xiàn)五種流型波動信號的相空間吸引子形態(tài)能