消除水的矿化度影响的油气水三相流微波持水率测量方法技术

本发明专利技术涉及一种消除水的矿化度影响的油气水三相流微波持水率测量系统，包括微波传感器，高频信号源，功分器，幅值衰减和相位移动检测模块、数据采集模块和计算机，所述的微波传感器包括矩形微带天线构成的传感器的发射端，以及由相同的矩形微带天线构成的传感器的接收端，二者夹持在测量管道的外管壁上，从而形成矩形微带天线微波传感器，每个矩形微带天线为矩形平面结构，包括介质基片，敷设于天线介质基片背部的参考地，敷设于介质基片正面的矩形辐射贴片以及设置在辐射贴片上的馈电点。形辐射贴片以及设置在辐射贴片上的馈电点。形辐射贴片以及设置在辐射贴片上的馈电点。

【技术实现步骤摘要】
消除水的矿化度影响的油气水三相流微波持水率测量方法


[0001]本专利技术涉及工业领域中的水矿化度影响下的油气水三相流持水率测量方法。

技术介绍

[0002]油气水三相流广泛存在于油气田开采开发过程中，其持水率动态监测对理解油井生产特性及优化油气储集层管理具有重要实际意义。然而，不同地区油气田地质构造的差异及开采时对地层水的改变等均会导致不同地层水溶液的矿化度有很大的差别，矿化度的不同会导致水相的电导率及介电常数发生变化，从而使以电学法(电导、电容和微波)为主的油气水三相流持水率测量产生偏差。
[0003]研究表明，电导测量技术(A novel online technique for water conductivity detection of vertical upward oil
–
gas
–
water pipe flow using conductance method,Measurement Science and Technology,2018,29:105302)，伽马辐射技术(Salinity independent measurement of gas volume fraction in oil/gas/water pipe flows,Applied Radiation and Isotopes,2000,53:595-601)及微波技术(United States Patent,Patent No.:US6831470B2,Date of Patent:Dec.14,2004)已被研究用于水电导率的监测及克服水的矿化度变化对多相流持水率测量的影响。电导测量技术需要设计全水捕获区以获取水电导率信息，捕获区存在堵塞风险，且在水电导率测量的实时性方面有所欠缺。伽马辐射技术存在放射性不易防护等问题。现有的微波技术包括采用一个终端开路的同轴探头等来获取混合液的介电常数和电导率，通过寻找水电导率与混合液的介电常数和电导率之间的关系来获取水的电导率信息，进而获取持水率。本专利技术提出的一种新的不受水矿化度影响的微波持水率测量方法。设计了容易制作的同轴馈电的矩形微带天线微波传感器，通过微波幅值衰减和相位移动同步感知混合液介电常数的变化，通过提出新的解耦方法实现水电导率的获取及不受矿化度影响的持水率测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种新的消除水的矿化度影响的油气水三相流微波持水率测量方法，设计同轴馈电的矩形微带天线微波传感器，通过微波幅值衰减和相位移动同步感知混合液介电常数的变化，通过提出新的解耦方法实现水电导率的获取及不受矿化度影响的持水率测量，技术方案如下：
[0005]一种消除水的矿化度影响的油气水三相流微波持水率测量系统，包括微波传感器，高频信号源，功分器，幅值衰减和相位移动检测模块、数据采集模块和计算机，所述的微波传感器包括矩形微带天线构成的传感器的发射端，以及由相同的矩形微带天线构成的传感器的接收端，二者夹持在测量管道的外管壁上，从而形成矩形微带天线微波传感器，每个矩形微带天线为矩形平面结构，包括介质基片，敷设于天线介质基片背部的参考地，敷设于介质基片正面的矩形辐射贴片以及设置在辐射贴片上的馈电点；高频信号源产生的高频信号通过功分器输出两路相同的激励信号，一路激励信号接至微波传感器发射端，透过流体
的微波由微波传感器接收端接收并与功分器分出的另一路激励信号同时接至幅值衰减和相位移动检测模块的两端，进行幅值衰减和相位移动的探测；幅值衰减和相位移动的信号通过数据采集设备被送入计算机存储。
[0006]优选地，矩形微带天线的介质基片的长度LG＝57mm，宽度WG＝76mm，厚度t＝1.6mm；矩形辐射贴片长度L0＝28.5mm，宽度W0＝38mm；馈电点处于矩形辐射贴片宽度方向的中心位置，且在长度方向距离辐射贴片的中心的距离L1＝6.9mm。
[0007]本专利技术同时提供采用所述的测量系统实现的油气水三相流微波持水率测量方法，包括如下步骤：
[0008](1)利用微波传感器发射端的同轴馈电的矩形微带天线发射微波，经过流体后由微波传感器接收端接收，通过测量系统获得微波经过流体后的微波的幅值衰减ΔA(dB)和相位移动Δθ(degree)；
[0009](2)微波幅值衰减ΔA(dB)和相位移动Δθ(degree)与三相混合介电常数ε
m
有关，而ε
m
是持水率Y
w
及水的电导率σ
w
的函数，即：ΔA＝F
a
(Y
w
,σ
w
)，且Δθ＝F
p
(Y
w
,σ
w
)，为求解出水的电导率及持水率，在水的电导率变化范围内选定n个能覆盖水电导率变化范围的值σ
w1
,σ
w2
,σ
w3
,...σ
wn
，建立在固定水电导下的微波传感器的幅值衰减与真实持水率之间的关系，即及相位移动与真实持水率之间的关系，即对于同一水电导率下的流体，采用幅值衰减和相位移动获取的持水率应该相同，定义P＝f
pn
(Δθ)-f
an
(ΔA)，遍历水的电导率的可能取值，当选取的电导率为真实的电导率的时候，计算得到的P值应该是最小值，即P取最小值时，对应的电导率为所要获得的水的电导率，此时求得的持水率为不受矿化度影响的真实的持水率。
[0010]本专利技术由于采取以上技术方案，具有以下优点：
[0011](1)本专利技术的测量系统基于微波法，具有灵敏度高，响应速度快，性能稳定，无放射性等一系列优点。
[0012](2)本专利技术为非接触式测量，且无需设置全水捕获区域，可在三相流动过程中实时的获取水的电导率及持水率信息。
[0013](3)本专利技术的测量方法可以适用于较高水电导率的油气水三相流情况，测量精度高，水电导率适用范围较广。
附图说明
[0014]图1是同轴线馈电矩形微带天线结构图，(a)是立体示意图，(b)是侧视图。
[0015]图2是基于矩形微带天线的微波传感器结构图。
[0016]图3是矩形微带天线微波传感器测量系统结构图。
[0017]图4是类泡状流结构部分的幅值衰减和相位移动在不同持水率下的扫频测量结果，(a)是类泡状流结构部分的幅值衰减在不同持水率下的扫频测量结果，(b)是类泡状流结构部分的相位移动在不同持水率下的扫频测量结果。
[0018]图5是2.34GHz激励频率下，类泡状流结构部分的幅值衰减和相位移动与持水率的关系，(a)是2.34GHz激励频率下，类泡状流结构部分的幅值衰减与持水率的关系，(b)是2.34GHz激励频率下，类泡状流结构部分的相位移动与持水率的关系。
[0019]图6是类段塞流结构部分的幅值衰减和相位移动在不同持水率下的扫频测量结果，(a)是类段塞流结构部分的幅值衰减在不同持水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除水的矿化度影响的油气水三相流微波持水率测量系统，包括微波传感器，高频信号源，功分器，幅值衰减和相位移动检测模块、数据采集模块和计算机，所述的微波传感器包括矩形微带天线构成的传感器的发射端，以及由相同的矩形微带天线构成的传感器的接收端，二者夹持在测量管道的外管壁上，从而形成矩形微带天线微波传感器，每个矩形微带天线为矩形平面结构，包括介质基片，敷设于天线介质基片背部的参考地，敷设于介质基片正面的矩形辐射贴片以及设置在辐射贴片上的馈电点；高频信号源产生的2.34GHz高频信号通过功分器输出两路相同的激励信号，一路激励信号接至微波传感器发射端，透过流体的微波由微波传感器接收端接收并与功分器分出的另一路激励信号同时接至幅值衰减和相位移动检测模块的两端，进行幅值衰减和相位移动的探测；幅值衰减和相位移动的信号通过数据采集设备被送入计算机存储。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，矩形微带天线的介质基片的长度LG＝57mm，宽度WG＝76mm，厚度t＝1.6mm；矩形辐射贴片长度L0＝28.5mm，宽度W0＝38mm；馈电点处于矩形辐射贴片宽度方向的中心位置，且在长度方向距离辐射贴片的中心的距离L1＝6.9mm。3.一种采用权利要求1所述的测量系统实现的油气水三相流微波持水率测量方法，包括如下步骤：(1)利用微波传感器发射端的同轴馈电的矩形微带天线发射微波，经过流体后由微波传感器接收端接收，通过测量系统获得微波经过流体后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宁德，王大阳，翟路生，任英玉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：