气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统及标定方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115930766A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202310057241.9(22)申请日2023.01.16(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人金宁德王天跃任卫凯唐子彦戴力(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201专利代理师程毓英(51)Int.Cl.G01B7/06(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图9页(54)发明名称气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统及标定方法(57)摘要本发明涉及一种气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统及标定方法。所采用的电导传感器，包括相同结构的激励电极和接收电极，每个电极包括圆环基座和均匀分布在圆环基座的多个叉指，两个电极的叉指相对且交错布置，内嵌在管道内壁，形成叉指电极型电导传感器。气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统，包括所述的叉指电极型电导传感器和测量电路，所述测量电路包括加载在激励电极上的交流信号源，电压跟随模块，加载在接收电极上的信号放大模块和有效值直流转换模块。CN115930766ACN115930766A权利要求书1/1页1.一种用于气液两相流周向非均匀液膜厚度测量的电导传感器，包括相同结构的激励电极和接收电极，每个电极包括圆环基座和均匀分布在圆环基座的多个叉指，两个电极的叉指相对且交错布置，内嵌在管道内壁，形成叉指电极型电导传感器。2.根据权利要求1所述的电导传感器，其特征在于，圆环基座的内径为20mm，叉指形激励电极和接收电极光滑内嵌在内径20mm管道内壁，圆环基座厚度为2mm，基座高度为5mm，叉指角度为25°，叉指高度为6mm，叉指个数为4；由叉指形激励电极和接收电极内嵌在管道内壁后形成的叉指电极型电导传感器的长度为20mm。3.由权利要求1或2任意一项电导传感器构成的气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统，包括所述的叉指电极型电导传感器和测量电路，所述测量电路包括加载在激励电极上的交流信号源，电压跟随模块，加载在接收电极上的信号放大模块和有效值直流转换模块。4.一种基于权利要求2所述的叉指电极型电导传感器的气液两相流液膜厚度测量物理模型建立方法，其特征在于：将直径为10mm～19.5mm区间的不同管径的不导电圆柱体玻璃棒分次放置于传感器管道，每次将不导电圆柱体玻璃棒的圆心位置或者放置于管道圆心的位置，或者放置于偏离管道圆心不同距离的位置；在不导电圆柱体玻璃棒与管道的空隙位置注入水，用来模拟对应的平均厚度为0.25mm～5mm区间的不同厚度液膜，进一步获得接收电极A的输出与接收电极A在全水状态下的输出比值与平均液膜厚度的关系，从而建立基于叉指电极型电导传感器的液膜厚度测量模型。5.一种权利要求3所述的气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统的液膜厚度测量精度标定方法，其特征在于，在利用气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统测量液膜厚度的同时，通过高速摄像仪获取平均液膜厚度，并与叉指电极型电导传感器获取的平均液膜厚度进行对比，方法如下：将高速摄像仪所拍摄的图像进行预处理，经过图像分割算法分离出水相和气相的分界面，从而计算液膜的平均液膜厚度，称之为图像法；将图像法所得的液膜厚度测量值与利用叉指电极型电导传感器获得的平均液膜厚度测量值进行比对，从而标定叉指电极型电导传感器测量液膜厚度的精度。2CN115930766A说明书1/5页气液两相流周向非均匀液膜厚度电导测量系统及标定方法技术领域[0001]本发明涉及石油工业领域中油气井气液两相流液膜厚度测量系统。背景技术[0002]气液两相流液膜厚度测量难题广泛存在于石油工业、核工程、医疗行业以及化工业等众多领域中。在气液两相流中，由于混合流体湍动能量较强，泰勒泡于液膜间的气液界面会发生剧烈波动，这给段塞流液膜厚度的准确测量带来了极大挑战。另一方面，受重力影响，流体在倾斜管道内流动时，段塞流中泰勒泡以及环状流气芯发生偏移，导致周向液膜厚度分布不均匀，传统液膜厚度测量方法以及局部测量方法会存在较大误差。[0003]基于不同物理原理，气液两相流液膜厚度有着不同的测量方法，例如电学法，光学法以及核辐射法等。光学法因受其井下测量环境复杂苛刻等影响，难以直接应用到油井现场实时测量。核辐射法由于采用放射性物质，存在严重的安全防护问题。电学法以其较快的响应速度，较为稳定的性能及易于实现等优点而被广泛应用于液膜测量中，其中，以电导法应用最为广泛。然而，基于电导法的液膜测量传感器通常采用局部测量方式，对于气液两相流，当管道内液膜周向分布不均匀时，即使采用分布式传感器布局方式，液膜厚度测量依旧会存在较大的测量误差。发明内容[0004]本发明的目的是提供用于气液两相流周向非均匀分布液膜