优化电容电极在油气段塞流测量中的应用.pdf

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1、化工设计通讯ChemicalEn咖eermDesignCommunications化工装备ChemicalEquipment第42卷第1期2016年1月优化电容电极在油气段塞流测量中的应用张晓凌，王鑫(中国石油大学储运与建筑工程学院储运系，山东青岛266580)摘要：基于电容法测量相舍率、速度的多相流量计已在油田投入使用，研究发现电容电极尺寸可直接影响测量精度，且目前国内尚未见以电容电极技术进行段塞流动参数的测量。为优化电容电极，采用COMSOL对电容电极尺寸进行了仿真，结果表明，厚度0．1mm，张角150

2、。，宽20mm，加保护电极与屏蔽层的电极具有最优测量效果；利用两组优化的电容组以互相关法获得了液塞速度、液塞长度、液塞频率参数，得到滑脱系数："-3Frs3．5时，c0=o．83，当Fr兰3．5时，C0=1．28，平均液塞长度为21．7D，同时拟合了Strouhal数随皿的变化的关联式。关键词：多相流；电容电极；COMSOL；互相关；液塞参数中图分类号：TE83文献标志码：A文章编号：1003--6490(2016)014)097-03AppficationofOptimizedCapacitanceSen

3、sorinOil-GasSlugFlowMeasurementzhangm口o-Ling，WangXinAbstract：Multiphaseflowmeterbasedoncapacitancemeasuringspeedandphasevolumefractionhasbeenputintouseinoilfield．TheresearchhasshowedthattheaccuracyofmeasurementcallbedirectlyaffectedbyCapacitanceelectrodesi

4、zeandslugparametermeasuredbycapacitorelectrodehasnotbeenfoundinland．TheperformanceofelectrodesizeofcapacitancesensorwassimulatedbyCOMSOLtooptimizethe8e11S01"S，itshowsthatcapacitancesensorofthicknessO．1mm，angle150。，wide20mmwithguardelectrodeandshieldinglaye

5、risbest；slugvelocity，sluglengthandslugfrequencyweremeasuredbytwosetsofoptimizedcapacitancesensorbycross-correlationmethod．ItshowsthatwhenFr_<3．5，c0=0．83andc0=1．28if丹兰3．5，averagesluglengthis21．7DandSt-XLcorrela五onisfitted．Keywords：multiphaseflow；capacitance

6、sensor；COMSOL；mutualcorrelation；slugparameter目前现场使用伽马射线进行油田多相计量，说明开发安全可靠的油气段塞流液塞参数测量手段对于石油开发具有重要意义。电容法优势在于廉价高速、无辐射，可测非导电介质。例如2012年英国曼彻斯特大学联合斯伦贝谢剑桥研究中心与英国国家工程实验室，论证了当含水率低于40％时，电容技术可对液相中的多相流动比率WLR测量达5％的精度Ⅲ，Fluenta1900VI型多相流量计采用文丘利管差压和电容信号互相关的方式测定油为连续相时的速度。然而

7、目前国内关于电容电极的应用研究尚少，电容电极用于段塞流流动参数的计算属于较新的进展。Xie等【2】、Wael【31研究表明电极张角，电极长度及屏蔽层均能影响测量精度。故确定最优电容电极尺寸对提高测量的准确性具有重要意义。本文根据祁雷[41初步探索改进了凹面电容电极，并利用COMSOL有限元仿真软件，模拟确定了最优电极尺寸；然后本文仅采用两组优化电容，利用互相关法实现了液塞速度、液塞长度、液塞频率等参数的测量，测量前无须标定，这为油田现场含油段塞流的监测与参数测量提供了一种新思路。1双凹面电容电极基本构成及实

8、验系统1．1电极基本构成对祁雷的双凹面电容电极进行改进，在测量电极外加保护电极后的基本形态如图l所示。包覆在有机玻璃管外部的部件分四部分：电极、绝缘层、铜外壳及保护电极。电极为张角a，宽度吐，厚度b的紫铜片，保护电极为紫铜材质，与电极间隔2mm，紧密围绕在电极四周，绝缘层由一定厚度的聚四氟乙烯圆柱体构成，黄铜外壳包覆在绝缘层外侧，用于固定电极及绝缘层，对装置起保护作用。1．3动态液塞参数测量装置实验采用MS311