兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)關(guān)鍵部件的尺寸優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)關(guān)鍵部件的尺寸優(yōu)化方法，所涉及的兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)包括變徑絕緣插入體，分布式圓形電導(dǎo)陣列探針，鑲嵌在插入體上的相關(guān)測(cè)速電極，其中，分布式圓形電導(dǎo)陣列探針；對(duì)其中的分布式圓形電導(dǎo)陣列探針的尺寸優(yōu)化采用如下的方法：利用映射網(wǎng)格剖分法將豎直管道內(nèi)流體剖分為規(guī)則的六面體單元，然后，采用自由剖分方式對(duì)其余實(shí)體剖分；通過(guò)依次改變流體剖分單元的材料屬性，即將低電阻率改為高電阻率，獲得圓形電導(dǎo)陣列探針的靈敏度分布；對(duì)圓形電導(dǎo)探針的幾何尺寸作用最優(yōu)尺寸。本發(fā)明的尺寸優(yōu)化方法，可提供更合理更具有規(guī)律性的傳感器敏感場(chǎng)。
【專利說(shuō)明】?jī)上嗔鳝h(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)關(guān)鍵部件的尺寸優(yōu)化方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)關(guān)鍵部件的尺寸優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)油田儲(chǔ)集層中多為陸相碎屑巖沉積，其儲(chǔ)集層無(wú)論是縱向還是橫向非均質(zhì)性都比國(guó)外海相沉積為主的儲(chǔ)集層要復(fù)雜得多。從新投入開(kāi)發(fā)的油田狀況來(lái)看，新探明儲(chǔ)量品味降低，低滲、特低滲油田儲(chǔ)量所占比重較大。從已開(kāi)發(fā)油田現(xiàn)狀看，總體上已進(jìn)入高含水、高采出程度階段，主力老油田大多數(shù)已進(jìn)入或是接近特高含水的開(kāi)發(fā)后期，其油井低滲低產(chǎn)及高含水生產(chǎn)特性尤為顯著。
[0003]對(duì)于井內(nèi)局部流速及局部濃度分布非均勻流動(dòng)條件，國(guó)外開(kāi)始采用多個(gè)局部流量及含水率傳感器，并分布在流動(dòng)截面不同位置，通過(guò)分布式測(cè)量方法獲取油水分相流量。然而，國(guó)外油井產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)是以非集流連續(xù)測(cè)量為主，儀器直徑通常較大，僅適用于高產(chǎn)液自噴井，但在國(guó)內(nèi)大多機(jī)械采油井中難以推廣使用。國(guó)內(nèi)油井產(chǎn)液剖面測(cè)試技術(shù)主要采用集流型渦輪流量計(jì)與電容或電導(dǎo)傳感器組合測(cè)量方法及電導(dǎo)相關(guān)流量測(cè)量方法，通過(guò)組合儀在油水兩相流模擬井動(dòng)態(tài)試驗(yàn)響應(yīng)特性，建立總流量及分相流量測(cè)井解釋圖版。
[0004]然而，由于低流速高含水油水相間滑脫效應(yīng)非常嚴(yán)重，其分散相呈非均勻分布及隨機(jī)運(yùn)動(dòng)特征，致使目前環(huán)形電導(dǎo)式傳感器或過(guò)流式電容傳感器對(duì)含水分辨非常有限，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)對(duì)低流速稀相含率測(cè)量的精度要求，尚需對(duì)傳感器類型及其電極幾何特性進(jìn)行全新優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證傳感器對(duì)測(cè)量場(chǎng)域內(nèi)的油泡存在有較高測(cè)量分辨率。
[0005]要了解低產(chǎn)液高含水油井各層生產(chǎn)狀況，目前油井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)出剖面測(cè)井儀器尚未達(dá)到產(chǎn)出剖面測(cè)試精度要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)，并對(duì)其中的關(guān)鍵部件的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明設(shè)計(jì)的集總傳感系統(tǒng)基于電學(xué)敏感原理設(shè)計(jì)，針對(duì)垂直管內(nèi)兩相流非均勻分布及隨機(jī)運(yùn)動(dòng)特征，旨在利用環(huán)形空間內(nèi)分布式圓形電導(dǎo)陣列探針可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜流動(dòng)條件下的分相含率(即分相體積流量與總體積流量之比)測(cè)量，利用環(huán)形空間內(nèi)上下游相關(guān)測(cè)速電極可實(shí)現(xiàn)兩相流相關(guān)速度測(cè)量。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)關(guān)鍵部件的尺寸優(yōu)化方法，所涉及的兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)，用于測(cè)量豎直管道自下而上流過(guò)的兩相流，包括變徑絕緣插入體
(2)，分布式圓形電導(dǎo)陣列探針(I)，鑲嵌在插入體上的相關(guān)測(cè)速電極(3，4)，其中，變徑絕緣插入體(2)由三段構(gòu)成，自下而上依次為細(xì)徑段(8)，過(guò)渡段(9)及粗徑段(10)構(gòu)成；
[0008]在細(xì)徑段(8)內(nèi)部固定有4個(gè)環(huán)形的相關(guān)測(cè)速電極，兩個(gè)相關(guān)測(cè)速電極分布在上游，另外兩個(gè)相關(guān)測(cè)速電極分布在下游，E1和E2分別表示上游和下游激勵(lì)電極，M1和M2分別表示上游和下游測(cè)量電極；
[0009]分布式圓形電導(dǎo)陣列探針(I)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的局部探針構(gòu)成，各個(gè)局部探針均勻排布在所述豎直管道的同一截面上，均固定在所述豎直管道的管壁內(nèi)側(cè)，分別用于各自所處位置附近流體的分相含率信息檢測(cè)；
[0010]每個(gè)局部探針包括外部筒狀激勵(lì)電極(11)、內(nèi)部柱狀測(cè)量電極(12)及中間絕緣介質(zhì)組成，局部探針與管壁接合處采用弧形設(shè)計(jì)，貼合在管壁上。
[0011]對(duì)其中的分布式圓形電導(dǎo)陣列探針(I)的尺寸優(yōu)化采用如下的方法:利用映射網(wǎng)格剖分法將豎直管道內(nèi)流體剖分為規(guī)則的六面體單元，然后，采用自由剖分方式對(duì)其余實(shí)體剖分；通過(guò)依次改變流體剖分單元的材料屬性，即將低電阻率改為高電阻率，獲得圓形電導(dǎo)陣列探針的靈敏度分布；最后，將每個(gè)局部探針的正對(duì)扇形區(qū)域內(nèi)靈敏度之和除以總的靈敏度值，作為圓形電導(dǎo)探針有效信息量，當(dāng)有效信息量取得最大值時(shí)，對(duì)應(yīng)的圓形電導(dǎo)探針的幾何尺寸作用最優(yōu)尺寸。
[0012]作為優(yōu)選實(shí)施方式，檢測(cè)區(qū)域內(nèi)某位置處油相的出現(xiàn)引起的激勵(lì)電極上電壓的變化AUk表示為:AU(k) =U(k)-Uw，其中Uw表示檢測(cè)區(qū)域?yàn)槿畷r(shí)激勵(lì)電極上電壓，U(k)表示檢測(cè)區(qū)域內(nèi)第k個(gè)單元電阻率變?yōu)橛拖嚯娮杪屎?，激?lì)電極上電壓。
[0013]圓形電導(dǎo)陣列探針的單元靈敏度S (k)定義為:

【權(quán)利要求】
1.一種兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)關(guān)鍵部件的尺寸優(yōu)化方法，所涉及的兩相流環(huán)形空間集總傳感系統(tǒng)，用于測(cè)量豎直管道自下而上流過(guò)的兩相流，包括變徑絕緣插入體(2)，分布式圓形電導(dǎo)陣列探針(I)，鑲嵌在插入體上的相關(guān)測(cè)速電極(3，4)，其中，變徑絕緣插入體(2)由三段構(gòu)成，自下而上依次為細(xì)徑段(8)，過(guò)渡段(9)及粗徑段(10)構(gòu)成； 在細(xì)徑段(8)內(nèi)部固定有4個(gè)環(huán)形的相關(guān)測(cè)速電極，兩個(gè)相關(guān)測(cè)速電極分布在上游，另外兩個(gè)相關(guān)測(cè)速電極分布在下游，E1和E2分別表示上游和下游激勵(lì)電極，M1和M2分別表示上游和下游測(cè)量電極； 分布式圓形電導(dǎo)陣列探針(I)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的局部探針構(gòu)成，各個(gè)局部探針均勻排布在所述豎直管道的同一截面上，均固定在所述豎直管道的管壁內(nèi)側(cè)，分別用于各自所處位置附近流體的分相含率信息檢測(cè)； 每個(gè)局部探針包括外部筒狀激勵(lì)電極(11)、內(nèi)部柱狀測(cè)量電極(12)及中間絕緣介質(zhì)組成，局部探針與管壁接合處采用弧形設(shè)計(jì)，貼合在管壁上。 對(duì)其中的分布式圓形電導(dǎo)陣列探針(I)的尺寸優(yōu)化采用如下的方法:利用映射網(wǎng)格剖分法將豎直管道內(nèi)流體剖分為規(guī)則的六面體單元，然后，采用自由剖分方式對(duì)其余實(shí)體剖分；通過(guò)依次改變流體剖分單元的材料屬性，即將低電阻率改為高電阻率，獲得圓形電導(dǎo)陣列探針的靈敏度分布；最后，將每個(gè)局部探針的正對(duì)扇形區(qū)域內(nèi)靈敏度之和除以總的靈敏度值，作為圓形電導(dǎo)探針有效信息量，當(dāng)有效信息量取得最大值時(shí)，對(duì)應(yīng)的圓形電導(dǎo)探針的幾何尺寸作用最優(yōu)尺寸 。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺寸優(yōu)化方法，其特征在于，檢測(cè)區(qū)域內(nèi)某位置處油相的出現(xiàn)引起的激勵(lì)電極上電壓的變化AUk表示為:AU(k) =U(k)-Uw，其中比表示檢測(cè)區(qū)域?yàn)槿畷r(shí)激勵(lì)電極上電壓，U(k)表示檢測(cè)區(qū)域內(nèi)第k個(gè)單元電阻率變?yōu)橛拖嚯娮杪屎螅?lì)電極上電壓。


100ΔΙ/(Λ) I 圓形電導(dǎo)陣列探針的單元靈敏度s(k)定義為=---，其中[AUOO].ΙΔ,υ IA jJmiix Uk



Y為電勢(shì)差變化的最大值，Uk為第k個(gè)六面體單元的體積補(bǔ)償因子，可表示為，其中







minv(k)為第k個(gè)單元的體積，Vmin為圓形電導(dǎo)陣列探針?biāo)诮孛媪黧w剖分單元中最小單元的體積。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104077455SQ201410323820
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】翟路生, 金寧德, 邊鵬, 張夢(mèng)璘 申請(qǐng)人:天津大學(xué)