一种结合激光射线光敏传感接收的多相流流型实时监控系统

1.本发明涉及多相流流型监测技术领域，特别是涉及一种结合激光射线光敏传感接收的多相流流型实时监控系统。


背景技术：

2.随着世界经济的发展，地下油气田的开采规模越发庞大，陆地油气资源与上世纪相比已经大幅减少，对于石油天然气的开采逐渐由陆地向浅海，从浅海到深海及远海区域发展。在油气田开采的过程中，原油的压力在达到泡点压力的情况下，原油中的气体会从油液中析出，形成气液两相流。另一方面，随着海底油气田开采工作的进行，到达后期阶段时，常常会出现产能不足的问题，从而海上采油技术以及海底混输技术逐步被社会关注。
3.海底油气田开采过程中的运输过程一般都是通过海底的混输管道进行运输的，混输海底管道又常常位于一些地形特殊的海底区域，混输的液体密度差较大，多为气液两相流，在气液达到某种特定的比例时，又或在某种特殊的地形时，会诱发段塞流的形成，大大降低混输管道的输送效率，如不及时有效地消除段塞流，还会对管道下游段地设备以及管道本身造成大幅地冲击和振动，会对设备和管道本身造成一定程度地损坏。而部分海底管线为了避免海底海水流动的影响，被埋藏在海底泥土之下。也存在直接暴露在泥土之上的管线，但也因其位于深海海底，且管线全封闭，两种情况都对管路中的流体流动状态的观测和监控造成困难。
4.因此发明一种可直接或间接观测盲通管道中多相流流型的仪器或系统是具有实际意义的，监控出流体的实时流动状态，可以进行预警和预先处理，以免形成严重的段塞流，堵塞管路中的重要输送管段，避免对下游设备以及管线本身造成损坏。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出一种结合激光射线光敏传感接收的多相流流型实时监控系统，以实现对盲通管道中流体实时流动状态的监测，进而进行预警和预先处理，以免形成严重的段塞流，堵塞管路中的重要输送管段，避免对下游设备以及管线本身造成损坏。
6.为此，本发明提供了以下技术方案：
7.一种结合激光射线光敏传感接收的多相流流型实时监控系统，所述系统主要包括：激光发射装置、激光接收装置、无线信号发射装置和陆地监控台；其中：
8.所述激光发射装置，成行成列布置在待测盲通管道内管壁，沿径向的一侧，用于向另一侧发射平行的激光；所述激光透过所述待测盲通管道内流过的不同相流，光线强度减弱程度不同；
9.所述激光接收装置，与激光发射装置的数量相同、排列方式相同，且关于管道轴界面对称布置在待测盲通管道内管壁，沿径向的另一侧，用于接收所述激光发射装置发射出的、并透过所述待测盲通管道内流过的不同相流的光信号；所述激光接收装置还用于将接收到的光信号转换出不同的电压值发送至所述无线信号发射装置；
10.所述无线信号发射装置，与所述激光接收装置位于同侧，包裹管道，用于将从所述激光接收装置接收到的电压值转换为不同频率的无线电信号，以无线传输的方式发送到陆地监控台；
11.所述陆地监控台，用于根据接收到的不同频率的无线电信号，在屏幕形成画面显示，以便直观的对盲通管道中的流体的流动状态进行监控和判断。
12.进一步地，所述待测盲通管道内流过的流体包括液相和气相。
13.进一步地，所述液相为原油，所述气相为天然气。
14.进一步地，在屏幕形成画面显示，包括：
15.屏幕上显示明暗不一的像素块，每个像素块都对应管内的一对激光发射和接收装置所传递的信号。
16.进一步地，所述激光发射装置和所述激光接收装置都是截面为边长2mm的正方形。
17.进一步地，所述激光发射装置和所述激光接收装置的数量根据所述待测盲通管道的实际内径和长度进行设置。
18.进一步地，所述激光接收装置包括光强度传感器；所述光强度传感器用于接收不同强度的光信号，并将接收到的光信号转换出不同的电压值发送至无线信号发射装置。
19.本发明的优点和积极效果：
20.(1)实时性强：由于激光的传递之快，接收和信号处理速度之快，在控制台能够实现延迟很小的实时性监控，能够对管内的流型进行快速的判断。
21.(2)灵敏度高：激光发射装置发射激光快速，接收装置是基于光敏接收的，对光强度的灵敏度较高，直接影响着最后在监控台的画面呈现，灵敏度高可以更清晰的呈现画面。
22.(3)占地小：系统设备的占地空间不大，可以在任意重要管段进行装设，对管路的装设长度可以根据需求定制。
23.(4)可实施性强：在深海海底，海底之下无光地带，不必增设透明管路使用高速摄像机，可在完全无光条件下工作，无需曝光拍摄。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例中流型监控系统的结构框图；
26.图2为本发明实施例中设置有流型监控系统的管截面处侧视图；
27.图3为本发明实施例中管内壁一侧激光发射示意图；
28.图4为本发明实施例中管内壁另一侧激光接收及无线信号发射装置示意图；
29.图5为本发明实施例中陆地监控台呈现画面概念图；
30.图6为本发明实施例中系统工作流程示意图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.如图1-2所示，其示出了本发明实施例提供的一种结合激光射线光敏传感接收的多相流流型实时监控系统(后文简称为流型监控系统)的结构框图，该流型监控系统主要包括：激光发射装置100、激光接收装置200、无线信号发射装置300和陆地监控台。
34.激光发射装置100，布置在待测盲通管道内管壁，沿径向的一侧，在具体布置时，尽可能多且成行成列布置，用于发射激光，如图3所示。设置依据：激光发射和接收装置都是截面为边长2mm的正方形，所以具体数量要根据管道的实际内径和长度进行设置，例如管内径48mm，长度1m的管段，就要铺设12000个激光发射装置和12000个激光接收装置。“尽可能多”的意义：激光发射和接收装置以及最终屏幕上的像素点是组合配套的，激光装置越多，屏幕上对应的像素点就越多，所呈现出的图像画面的像素分辨率就越高，图像越清晰。激光发射装置100发射出的激光有着穿透性强，集中性强，不容易散射的特点，且穿过不同介质，如天然气和原油两种介质时，光强度减弱的程度不同。
35.激光接收装置200，布置在待测盲通管道内管壁，沿径向的另一侧，在具体布置时，与激光发射装置的数量相同，排列方式相同，且关于管道轴界面对称，用来接收激光发射装置100发射出的激光。激光接收装置200基于光敏传感原理，接收到不同强度的光时，会传递给无线信号发射装置不同的信号。
36.无线信号发射装置300，与激光接收装置位于同侧，包裹管道，对激光接收装置200接收到的信号进行处理，如图4所示，然后发送到陆地监控台。无线信号发射装置300能够实时处理激光接收装置传递的信号，并且远距离发送给陆地监控台。激光接收装置中的光强度传感器接收到不同强度的光，然后经传感器转换，转换出不同的电压值，不同的电压值经过无线信号发射装置，产生不同频率的无线电信号，并发射到陆地监控台，陆地监控台根据接收到的不同频率的无线电信号，在屏幕上呈现出不同亮度的像素点。
37.陆地监控台，能够收到由无线信号发射装置300处理过后发出的信息，在屏幕形成画面显示，可直观的对盲通管道中的流体的流动状态进行监控和判断。
38.如图6所示，流型监控系统的实现原理如下：在海底管线的重要管段部分，管内壁一侧铺设的激光发射装置向另一侧发射平行的激光，激光穿透性强，集中性强。由于管内流过的流体为两相流，分别为液相和气相，对应的为原油和天然气。激光在透过液相和气相后，光线强度减弱的程度是不同的，激光穿透原油之后光强度减弱的更多，激光穿过天然气之后光强度减弱的少，因此，在管壁另一侧的激光接收装置接收到的激光信号强度是不同
的。激光接收装置接收到激光信号之后，将光信号转换成电压值并传递给无线信号发射装置，无线信号发射装置将不同的电压值转换成不同频率的无线信号，远程发送给陆地监控台，陆地监控台会将接收到的信息在屏幕上可视化，屏幕上显示的是明暗不一的像素块，每个像素块都对应管内的一对激光发射和接收装置所传递的信号，例如，激光穿过原油部分，像素块表现的即为亮度较弱；相反地，激光穿过天然气部分，对应的像素块即表现为亮度较强，因此，在监控台的可视化屏幕上会呈现出由众多像素块集合成的画面，可以由此直接判断流体的流动状态，如图5所示。由此流型监控系统判断出流体在管内的流动状态，可以对多相流的流型进行充分判断和危害预防，采取相应的应对措施。
39.下面以具体实例对本发明实施例中的流型监控系统进行详细说明：
40.为管径为48mm、长度为1m的管段铺设本发明中的流型监控系统，激光发射和接收装置都是边长为2mm的正方形点，所以在竖直方向上，激光发射装置和激光接收装置能各铺设24个，鉴于管道顶部和底部的激光发射装置和接收装置接近于重合，无实际意义，所以不进行铺设，进而在管道内部竖直方向的一侧铺设22个激光发射装置，在另一侧铺设22个激光接收装置，在水平方向的长度为1m的管段内，管道两侧各铺设500个激光发射装置和500个激光接收装置，因此，在此管段内，一共铺设了11000个激光发射装置和11000个激光接收装置。激光发射装置是可见光半导体激光发射器(激光二极管)，光束的发散角小，接近于理想平行光，光束透过天然气时光强度减弱程度很微小，几乎不变；光束穿过原油时光强度减弱程度较大，并且有可能透不过原油，这就在激光接收装置端造成了光强度的差异，最终能够在屏幕的像素点上以不同亮度的形式表现出来。
41.激光发射装置和激光接收装置能够覆盖几十米或几百米的海底重要管段，对管路内部的流体流型进行监控，能够对足够长的管段中的流型进行正确判断，避免出现覆盖范围较小，产生局部的特殊流型，进而对重要管段的流型出现误判的情况。流型监控系统具有实时性强，灵敏度高的特点。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。