轴线位置含一柱状油泡时电导传感器敏感场分布特性.pdf

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1、检测与仪表化工自动化及仪表，2010，37(3)：55-57ControlandInstrumentsinChemicalIndustry轴线位置含一柱状油泡时电导传感器敏感场分布特性于莉娜，李英伟(燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004)摘要：对应用于油井井下油水两相流含水率测量的电导传感器敏感场分布特性进行了研究。建立了传感器管道轴线位置含一柱状油泡时敏感场分布的理论模型，利用Schwartz交替迭代法求解了敏感场内的电势分布和电流密度分布，分析了不同油泡大小和所处位置对传感器输出结果的影响。为进一步深入

2、研究电导传感器的响应特性奠定了基础。关键词：电导传感器；敏感场分布；油水两相流；交替迭代法中图分类号：TE937文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)03-0055-031引言中国多数陆上油田属多层系开发，并已步入高含水阶段，此时准确可靠地测量油井产出液的含水率非常重要。目前，最常用的方法是测量出两环形电极之间流体的等效电阻抗，并通过电阻抗与相含率之间的理论模型间接测出含水率。电阻抗测镀法具有结构简单、非阻流、响应速度快、抗干扰性强等优点，已被广泛应用于大庆、吉林等油田的产出剖面测井中。针对油水两相流含水

3、率测量问题，金宁德⋯提出一种纵向八电极电导传感器，并利用有限元法对环形金属电极的结构进行了优化。刘兴斌拉·提出一种集流型四电极电导传感器，并利用数学物理方程法求解了传感器内部充以单一均匀媒介时的敏感场分布；李英伟∞1进一步计算了简单非均匀媒质时传感器敏感场域内各点电压的数学理论值，并建立了油水两相环状流型下传感器的含水率测量模型。电导传感器检测的实质是利用绝缘油泡移动引起传感器内部敏感场不断变化，从而导致测量电极输出电压不断随之波动。但目前关于油泡与传感器之间相互作用的机理还不十分清楚，因此研究含油泡时传感器敏感场的分布

4、特性，对实现含水率的准确测量具有重要意义。本文建立了电导传感器管道轴线位置含一柱状油泡时敏感场分布的理论模型，利用Schwartz交替迭代法H1求解了敏感场内的电势分布和电流密度分布，并得到了传感器对不同大小柱状油泡的响应特性。2含柱状油泡时传感器的敏感场分布电导传感器的结构如图1(a)所示，由安装在绝缘管壁上按一定距离排列的四个圆环不锈钢电极组成。其中，El和E2作为激励电极，M1和M2作为测量电极。激励电流，i通过电极E1和E2施加到被测区域，建立敏感电流场。当流体从传感器内流过时，M1和M2将检测到流体电导率的变化

5、，并输出与之成反比的电压信号。E2S，●M25。：Tf●叫D，I，●竹MlEl,o------2R·--‘(a)结构示意图(b)含柱状油泡模型图图图1四电极电导传感器结构图l(b)所示为传感器管道内充以均匀、线性、各向同性且电导率为盯。的连续相流体水，且在其轴线位置含一柱状油泡时的二维模型。图中，一个底面直径为g、高为h的柱状油泡位于电导传感器轴线上，其上底面至传感器轴向中心处的距离为L。此时传感器内部电势u仍可用Laplace方程V2“=0来描述，由于轴对称性，该问题在二维直角坐标系下求解，此时电势“所满足的边界条件是

6、：收稿日期：2010-02-02(修改稿)基金项目：国家科技蘑大专项(2008ZX05020-005)；秦皇岛市科学技术研究与发展计划项目(200901A029)·56·化工自动化及仪表第37卷=0(茗E(一月，月))=以，，)(ye(一芋，丁H))詈II一，=到0yI一，．=o(聋E(一2，曼2”a，，，。．‘y。．￡．^‘、。⋯’77(1)式中：弘一电导传感器的长度以Y)——电势u在传感器管壁处所满足的边界条件，且其仅在激励电极表面处不为零，定义如下：州：J志吣c学，学"㈤【一志⋯c竿，半”式中：D。——传感器两激励

7、电极的间距；S，——激励电极的宽度。令“=M。+n’，其中u。为不含油泡即传感器内部仅充以连续水相时，敏感场内的电势分布；H‘为加入绝缘油泡后，所引起的电势变化。对于‰，由于传感器管道模刷的轴对称惟，该问题只需在0≤戈≤R且0≤Y≤11／2区域内求解即可，由式(1)和式(2)得“。所满足的边界条件为：Ⅱl，。。=0，au面l一2=0，ⅡI，。。≠*tl且吃(，，E(毕，毕))‘(3)(，，∈(o，学”cy∈c警，和该问题可用分离变量法进行求解，可得U0为：“Ⅵ，=蕃cos[半H竽)㈩热n。2私=【笔觜】o将“=“。+Ⅱ’

8、和式(3)代人边界条件式(1)，可得H‘所满足的边界条件为：斛OU’。-o¨(-孚，芋”㈤i等

9、，=±。一o(，，E(坷㈣)誓l：一等l：“，，)(，，E(一L吨圳)if刚一百I州2g。‘y’‘yE卜卜^’屯’)芷l：一誓

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