CN110017873A - 一种基于界面波的气液两相流流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其主要包括以下步骤：1)获取气‑液界面的波动信息，得到两个特征参数，所述两个特征参数为平均液膜厚度δ和波速u_w；2)分别建立平均液膜厚度δ和波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl之间的关系式；3)联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl；4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q_l。本发明可以同时测量气相流量和液相流量，利用本发明的方法，只需获取气‑液界面的波动信息中的两个特征参数，便可得到气液两相流流量，方法简单，在得到同样结果的前提下，所需要设备更少，可以减少投入成本。

Description

一种基于界面波的气液两相流流量测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于界面波的气液两相流流量测量方法。

背景技术

油气能源是一个国家工业和经济发展的重要能源，关系着国家的经济命脉，其重要性不言而喻。我国是世界上石油生产和需求大国，据统计，2017年我国石油产量为1.92亿吨，天然气产量为1330.07亿立方米，位居世界前列。油气能源产量巨大，使得对油气能源的准确测量和高效管理显得愈发重要。实现智慧油田，对油田开采进行数字化管理，成为了时代发展的趋势，同时也给多相流测量技术带来了巨大的机遇和挑战。

目前，油田现场对于流量的计量仍然以传统的分离式方法为主，体积庞大、价格昂贵的弊端严重阻碍了该方法的使用和发展，因此研发成本低廉、安装方便、在线测量的不分离式多相流测量技术变得越来越紧迫。经过几十年的发展，现有的测量方法/设备是多种多样的，但是往往一种测量方法/设备只能测得一种流量，难以满足同时测量多相流量的需求，而将多种测量方法/设备加以组合来实现多相流量的测量又会导致设备体积庞大、成本高昂、安装困难等弊端，背离了不分离式测量方法的研发初衷。因此，研发能够同时测得多相流量的测量方法/设备，是不分离式多相流测量技术的发展趋势。

发明内容

本发明提出一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其解决了现有多相流测量方法难以同时测量气相流量和液相流量的技术问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)获取气-液界面的波动信息，得到两个特征参数，所述两个特征参数为平均液膜厚度δ和波速u_w；

2)分别建立平均液膜厚度δ和波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl之间的关系式；

3)联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl；

4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q_l。

进一步地，上述步骤1)中：

获取气-液界面的波动信息，是指通过界面波测量设备测得气-液界面的瞬时波动信息。

进一步地，上述步骤2)中：

平均液膜厚度δ与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl的关系式为：

Re_lf＝(1-E)Re_l (4)

其中D表示管道内径，Re表示雷诺数，ρ表示密度，μ表示粘度，E表示液滴夹带率，We表示韦伯数，σ表示表面张力，下标lf表示液膜，g表示气相，l表示液相；

波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl的关系式为：

其中，C表示权重系数。

进一步地，上述步骤3)中联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl具体为：

3.1)联立关系式(1)～(8)：

3.2)利用迭代算法求解：

3.21)根据经验设定u_sl的搜索范围[u_sl0，u_sl1]，令u_sl＝u_sl0；

3.22)通过关系式(1)～(6)迭代，求得u_sg收敛值u_sg1；

3.23)通过关系式(7)和(8)迭代，求得u_sg收敛值u_sg2；

3.24)根据测量精度选取步长，在搜索范围内遍历u_sl，重复3.22)和3.23)两个步骤，计算每一种u_sl对应的u_sg1和u_sg2；

3.25)找出u_sg1和u_sg2的所有组合中使得|u_sg1-u_sg2|最小的那一组，然后将二者的平均值作为u_sg的预测值，该组对应的u_sl作为u_sl的预测值。

进一步地，上述步骤4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q_l，具体为：

Q_g＝Au_sg (9)

Q_l＝Au_sl (10)

其中A表示管道的横截面积。

进一步地，上述步骤1)中：测量瞬时气液界面的仪器具体为超声波脉冲发射接收仪。

本发明的优点：

本发明提出一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，可以同时测量气相流量和液相流量，利用本发明的方法，只需获取气-液界面的波动信息中的两个特征参数，便可得到气液两相流流量，方法简单，在得到同样结果的前提下，所需要设备更少，可以减少投入成本。

附图说明

图1是本发明实施例中的基于界面波的气液两相流流量测量方法原理图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，包括以下步骤：

1)获取气-液界面的波动信息，得到两个特征参数，所述两个特征参数为平均液膜厚度δ和波速u_w；

2)分别建立平均液膜厚度δ和波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl之间的关系式；

3)联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl；

4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q_l。

进一步地，上述步骤1)中：

获取气-液界面的波动信息，是指通过界面波测量设备测得气-液界面的瞬时波动信息。这里，界面波测量设备可以是任意一种用于测量瞬时气液界面的仪器，最常用的有电导探针、高速摄像头、超声设备等，优选的，为广东汕头超声电子股份有限公司生产的超声波脉冲发射接收仪，产品型号：CTS-8077PR。

进一步地，上述步骤2)中：

平均液膜厚度δ与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl的关系式为：

Re_lf＝(1-E)Re_l (4)

其中D表示管道内径，Re表示雷诺数，ρ表示密度，μ表示粘度，E表示液滴夹带率，We表示韦伯数，σ表示表面张力，下标lf表示液膜，g表示气相，1表示液相；

波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl的关系式为：

其中，C表示权重系数。

进一步地，上述步骤3)中联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl，具体为：

3.1)联立关系式(1)～(8)：

3.2)利用迭代算法求解：

3.21)根据经验设定u_sl的搜索范围[u_sl0，u_sl1]，令u_sl＝u_sl0；

3.22)通过关系式(1)～(6)迭代，求得u_sg收敛值u_sg1；

3.23)通过关系式(7)和(8)迭代，求得u_sg收敛值u_sg2；

3.24)根据测量精度选取步长，在搜索范围内遍历u_sl，重复3.22)和3.23)两个步骤，计算每一种u_sl对应的u_sg1和u_sg2；

3.25)找出u_sg1和u_sg2的所有组合中使得|u_sg1-u_sg2|最小的那一组，然后将二者的平均值作为u_sg的预测值，该组对应的u_sl作为u_sl的预测值。

进一步地，上述步骤4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q₁，具体为：

Q_g＝Au_sg (9)

Q₁＝Au_sl (10)

其中A表示管道的横截面积。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)获取气-液界面的波动信息，得到两个特征参数，所述两个特征参数为平均液膜厚度δ和波速u_w；

2)分别建立平均液膜厚度δ和波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl之间的关系式；

3)联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl；

4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q_l。

2.根据权利要求1所述的一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于：步骤1)中：

获取气-液界面的波动信息，是指通过界面波测量设备测得气-液界面的瞬时波动信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于：步骤2)中：

平均液膜厚度δ与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl的关系式为：

Re_lf＝(1-E)Re_l (4)

其中D表示管道内径，Re表示雷诺数，ρ表示密度，μ表示粘度，E表示液滴夹带率，We表示韦伯数，σ表示表面张力，下标lf表示液膜，g表示气相，l表示液相；

波速u_w与气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl的关系式为：

其中，C表示权重系数。

4.根据权利要求3所述的一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于：步骤3)中联立关系式求解，得到气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl，具体为：

3.1)联立关系式(1)～(8)：

3.2)利用迭代算法求解：

3.21)根据经验设定u_sl的搜索范围[u_sl0,u_sl1]，令u_sl＝u_sl0；

3.22)通过关系式(1)～(6)迭代，求得u_sg收敛值u_sg1；

3.23)通过关系式(7)和(8)迭代，求得u_sg收敛值u_sg2；

3.24)根据测量精度选取步长，在搜索范围内遍历u_sl，重复3.22)和3.23)两个步骤，计算每一种u_sl对应的u_sg1和u_sg2；

3.25)找出u_sg1和u_sg2的所有组合中使得|u_sg1-u_sg2|最小的那一组，然后将二者的平均值作为u_sg的预测值，该组对应的u_sl作为u_sl的预测值。

5.根据权利要求4所述的一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于：步骤4)通过气相表观流速u_sg、液相表观流速u_sl计算出气相体积流量Q_g、液相体积流量Q_l，具体为：

Q_g＝Au_sg (9)

Q_l＝Au_sl (10)

其中A表示管道的横截面积。

6.根据权利要求2所述的一种基于界面波的气液两相流流量测量方法，其特殊之处在于：步骤1)中测量瞬时气液界面的仪器具体为超声波脉冲发射接收仪。