专利名称：一种两相流分相含率的测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及油气领域的测量技术领域，特别涉及一种用于测量油水或者气水两相流分相含率的测试装置及方法。
背景技术：
油水和气水两相流在石油工业中普遍存在，而气水或者油水两相流检测已经成为生产测井的一大难题，准确测量油、气、水的比例对于确定分层产量，调整开采策略和控制方案具有非常重要的意义。目前油、气、水三相流的测量方法主要有射线法、电容法、层析成像法、电导法、声波法等。射线法计数统计误差较大，取样范围小，使用过程中存在安全问题。电抗法，包括电容法、电导法、层析成像法，能够适用的油水比例范围较窄，如电容法和ECT不适用于多相流中导电介质为连续相的情况，电导法和ERT不适用于不导电介质为连续相的情况。因此在实际生产中，为了适应流型的变化，通常将电导法和电容法结合使用，造成了生产过程中测量设备和控制程序的繁琐。为了解决上述问题，国内外学者也在探索新的多相流测量方法。Abdullah A. Kendoush等人也采用自耦变压器，施加高频谐波信号测量油水两相流中的相含率。作者也曾在2009年尝试采用感应线圈系进行多相流中含水率的测量。但上述测量系统均采用谐波发射信号，测量过程易受到直耦信号的影响，使得测量信号的后续处理和校正过程比较复杂。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种两相流分相含率的测试装置及方法，是一种能克服感应线圈一次场影响同时能克服电导法和电容法缺陷的两相流相含率测试装置及计算方法，其在两相流无论连续相为导电相还是不导电相的情况下都可以测量，同时从时间上可以很好的去除一次场的影响。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种两相流分相含率的测试装置，包括一测量管道1，测量管道1内壁上镶嵌有线圈系2，线圈系2由两组发射线圈3和一组接收线圈4组成，接收线圈4位于两组发射线圈 3之间，两组发射线圈3串联后连接瞬变信号产生电路5，接收线圈4连接瞬态信号采集和预处理电路6，瞬态信号采集和预处理电路6和计算机7相连。测量管道1的管壁为非金属绝缘材料。所述线圈系2为三线圈系，所述接收线圈4居中设置，所述发射线圈3包括两个线圈，对称间隔设置在接收线圈4的外两侧。所述的瞬变信号包括单极性和双极性方波、梯形波、半正弦形波或三角形波。一种两相流分相含率的测试方法，包括以下步骤步骤一、当油水两相流的混合流体流过测量管道1时，发射线圈3的线圈Tl和线圈T2通以脉冲电流，当发射电流突然降为零时，在发射线圈3周围的油水两相流中将产生急剧变化的磁场和电场；在脉冲关断期间，通过接收线圈4接收测量管道内油水两相流产生的二次感应电动势，接收线圈4上的响应经过瞬态信号采集和预处理电路6进行放大、滤波、数据采集输入到计算机7进行计算；步骤二 计算接收线圈4上的差分响应AEMF AEMF = EMF(a o = x)-EMF(aw = 100)(1)式中EMF为接收线圈4的感应电动势，α。为含油率的百分比，a w为含水率的百分比，X为任意值(X为实际场合的含油率)。步骤三计算差分响应AEMF的二磁场有效信息值Semf Semf = J: AEMF -dt⑵式中，t工、t2分别为瞬态信号的开始和结束时刻。步骤四计算两相流中的分相含率含油率a。，含水率aw。a w = · (Semf)^1 · (Semf) 2+Cl · Sa^d1(3)a。= · (Semf) 3+b2 · (Semf) 2+c2 · SEMF+d2(4)式中的a^bpCpdi和 、b2、c2、d2为标定系数，通常在实际测量之前，通过标定实验确定。本发明与现有技术相比具有如下优点1、本发明可对油水两相流、气水两相流、油气两相流进行相含率测量，不受流体中各相比例及流型的影响。2、本发明采用瞬变信号作为发射信号，可从时间上去除直耦信号的影响，后续的信号处理和校正程序相对简单。3、本发明所提供的测试装置可与输油管道直接相连，其接收信号经过采集和预处理后由计算机处理和显示，可实现在线测量。
图1是本发明的测量管段结构示意图。图2是本发明的相含率测试装置示意图。图3是本发明的仿真曲线。图4是本发明的实验曲线。图5是本发明的标定实验曲线；其中图fe为含水率的标定实验曲线，图恥为含油率的标定实验曲线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。如图1、图2所示，一种两相流分相含率的测试装置及计算方法，包括一测量管道 1，测量管道1内壁上镶嵌有线圈系2，保证了测量管道1内壁的平整，对测量管道内两相流的流型不会产生影响，线圈系2由两组发射线圈3和一组接收线圈4组成，接收线圈4位于两组发射线圈3之间，两组发射线圈3连接发射信号的瞬变信号产生电路5，接收线圈4连接处理线圈系接收的包含两相流体电导率信号的瞬态信号采集和预处理电路6，瞬态信号采集和预处理电路6和计算两相流分相相含率的计算机7相连。测量管道1的管壁为非金属绝缘材料，用于隔离线圈系2的电信号。本发明的线圈系2由3组单独的间隔分布的线圈Tl、线圈T2和线圈R组成，其中线圈R为接收线圈4，位于整个线圈系2的居中位置。线圈Tl和线圈T2对称分布于接收线圈4两侧构成了发射线圈3，线圈Tl和线圈T2串联连接，用于发射瞬变信号发生电路5产生的激励信号，本发明中设计两个发射线圈Tl和T2，且对称位于接收线圈4的两侧，一是用于增强接收线圈4的接收信号，二是使接收线圈4敏感的管内两相流体的区域增大，接收信号中包含的流体信息更多。线圈系2的各个线圈之间相隔一定的距离，在本实施例中，测量管段内径为50mm，发射线圈11的两线圈T1、T2的中心位置相距380mm，匝数都为700匝。 接收线圈居中，匝数为1100匝。各线圈之间的距离和匝数根据测量管道管径的不同，间隔的距离和匝数也不相同，在实际应用中根据具体的管径数据设置各线圈之间的间距、匝数， 并通过试验加以调整，以达到最佳的效果。如图2所示，本发明测量两相流相含率的机理是瞬变电磁法。瞬变电磁法是在发射线圈上施加一恒定电流，持续一段时间后关断发射电流，此时测量接收线圈上的响应。本实施例中瞬变信号产生电路5用于产生双极性矩形瞬变信号，作为发射线圈3的发射信号。 当油水两相流的混合流体流过测量管道时，发射线圈3的的线圈Tl和线圈T2通以脉冲电流，当发射电流突然降为零时，在发射线圈3周围的油水两相流中将产生急剧变化的磁场和电场。在脉冲关断期间，通过接收线圈4接收测量管道内油水两相流产生的二次感应电动势。接收线圈4上的响应经过瞬态信号采集和预处理电路6进行放大、滤波、数据采集等， 输入到计算机7进行处理。计算机7根据接收线圈上的响应，计算出测量管道内油水两相流中的含油率和含水率。瞬变信号产生电路5和瞬态信号采集和预处理电路6为本领域的成熟技术，在此不再详述。本发明的测试理论如下根据麦克斯韦方程组可求出管内流体中产生的频域磁场强度
权利要求
1.一种两相流分相含率的测试装置，其特征在于，包括一测量管道(1)，测量管道(1) 内壁上镶嵌有线圈系0)，线圈系O)由两组发射线圈(3)和一组接收线圈(4)组成，接收线圈(4)位于两组发射线圈(3)之间，两组发射线圈(3)串联后连接瞬变信号产生电路 (5)，接收线圈⑷连接瞬态信号采集和预处理电路(6)，瞬态信号采集和预处理电路(6)和计算机(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种两相流分相含率的测试装置，其特征在于，测量管道⑴ 的管壁为非金属绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的一种两相流分相含率的测试装置，其特征在于，所述线圈系 (2)为三线圈系，所述接收线圈(4)居中设置，所述发射线圈(3)包括两个线圈，对称间隔设置在接收线圈的外两侧。
4.根据权利要求1所述的一种两相流分相含率的测试装置，其特征在于，所述的瞬变信号包括单极性和双极性方波、梯形波、半正弦形波、三角形波。
5.一种两相流分相含率的测试方法，包括以下步骤步骤一、当油水两相流的混合流体流过测量管道(1)时，发射线圈(3)的线圈Tl和线圈T2通以脉冲电流，当发射电流突然降为零时，在发射线圈(3)周围的油水两相流中将产生急剧变化的磁场和电场；在脉冲关断期间，通过接收线圈(4)接收测量管道内油水两相流产生的二次感应电动势，接收线圈(4)上的响应经过瞬态信号采集和预处理电路(6)进行放大、滤波、数据采集输入到计算机(7)进行计算； 步骤二 计算接收线圈(4)上的差分响应AEMF AEMF = EMF(ao = x)-EMF(aw = 100)(1)式中EMF为接收线圈(4)的感应电动势，α。为含油率的百分比，α ￥为含水率的百分比，χ为实际场合的含油率。步骤三计算差分响应AEMF的二磁场有效信息值Semf SEMF=\:^EMF.dt⑵式中，、、、分别为瞬态信号的开始和结束时刻。步骤四计算两相流中的分相含率含油率a。，含水率aw。a w = · (Semf) ^b1 · (Semf) '+C1 · Sffl^d1(3)a。= · (Semf) 3+b2 · (Semf) 2+c2 · SEMF+d2(4)式中的％、bp Cpd1和 、b2、c2、d2为标定系数，通常在实际测量之前，通过标定实验确定。
全文摘要
一种两相流分相含率的测试装置及方法，在测量管道内壁上镶嵌有线圈系，线圈系由两组发射线圈和一组接收线圈组成，两组发射线圈串联后连接瞬变信号产生电路，接收线圈连接瞬态信号采集和预处理电路，瞬态信号采集和预处理电路和计算机相连，当混合流体流过测量管道时，发射线圈通脉冲电流，当发射电流突然降为零时，在发射线圈周围产生急剧变化的磁场和电场；在脉冲关断期间，通过接收线圈接收测量管道内油水两相流产生的二次感应电动势，接收线圈的响应经过瞬态信号采集和预处理电路输入到计算机进行计算；本发明在两相流无论连续相为导电相还是不导电相的情况下都可以测量，并能去除一次场的影响。
文档编号G01N27/74GK102375024SQ201110269088
公开日2012年3月14日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者党瑞荣, 李利品, 殷光, 赵东升, 高国旺 申请人:西安石油大学