一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法，包括：通过自发自收换能器向管道发送超声波并接收反射波，获得反射波的时域数据和幅值数据，对所述时域数据和幅值数据进行计算分析，得到气相和油相的高度数据，通过对所述高度数据进行计算分析，得到三相高度数据，基于所述三相高度数据获取三相分界线数据，通过对不同位置的自发自收换能器所获取的三相分界线数据进行分析结合，得到三相体积的预测数据。本发明专利技术所述技术方案能够实现油水气三相的体积的快速测量，同时保证了油水气三相体积的测量准确性，提高了操作的安全性，对油水气三相的测量具有非常的重要意义。油水气三相的测量具有非常的重要意义。油水气三相的测量具有非常的重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法


[0001]本专利技术属于工业测量领域，特别是涉及一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法。

技术介绍

[0002]油气水三相是石油化工行业中一种典型的多相流。在油田开采过程中，溶解在油井深储藏区的天然气随原油向上流动，当压力低于泡点压力后，气体逐渐析出，加上油层中存在着的大量地层水，导致在油井的开采过程形成油气水三相流。对多相流的本质物性理解、基本规律探究、物理模型建立以及相关机理研究等，都需要预先准确获取多相流中各相的体积。因此，多相流体积含量问题的研究具有重要的理论价值，对安全高效地开采石油和天然气有着重要意义。
[0003]目前，国内外对于多相流中单相体积的研究比较多，针对气相的光学多普勒
‑
反射波法、光纤探针法和x射线技术等；针对水相的电导探针法、阻抗法等；针对油相的质量流量计、压差法等。在测量油气水三相时主要采用光纤电导组合法，但是目前的光纤和电导组合方法(参见申请号为CN201910592048.9的专利)测量过程繁琐，原理复杂，在工业应用中有很大限制。亟需一种相较而言更加简单、便捷，具有较好的工业应用前景的超声测量方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法，包括以下步骤：
[0006]通过自发自收换能器向管道发送超声波并接收反射波，获得反射波的时域数据和幅值数据，对所述时域数据和幅值数据进行计算分析，得到气相和油相的高度数据，通过对所述高度数据进行计算分析，得到三相高度数据，基于所述三相高度数据获取三相分界线数据，通过对不同位置的自发自收换能器所获取的三相分界线数据进行分析结合，得到三相体积的预测数据。
[0007]可选的，获取气相高度数据的过程包括：
[0008]获取超声波传播速度数据c，对超声波传播速度数据c和反射波的时域数据t进行分析计算，得到液相高度数据H
液
：
[0009][0010]获取管道直径数据D，基于所述液相高度数据H
液
和所述管道直径数据D获取气相高度数据H
气
：
[0011]H
气
＝D
‑
H
液
。
[0012]可选的，获取油相高度数据X的过程包括：
[0013]获取超声波的声压数据P和发射幅值数据V0，对幅值数据V和发射幅值数据V0进行分析计算得到超声波的衰减系数数据α：
[0014][0015]基于超声波的衰减系数数据α和声压数据P进行反推，得到油相高度数据X：
[0016]P＝P0e
‑
αx
。
[0017]可选的，通过管道内径数据减去气相和油相的高度数据得到水相高度数据；
[0018]其中，气相和油相的高度数据以及所述水相高度数据即为三相高度数据。
[0019]可选的，基于所述三相高度数据，得到三相分界线数据，通过连接两个不同位置的自发自收换能器所获取的三相分界线数据，得到两个不同位置之间的三相分布数据。
[0020]可选的，获取管道的截面数据，基于扇形面积定理，对所述截面数据和所述三相分布数据进行分析计算，得到三相体积的预测数据。
[0021]本专利技术的技术效果为：
[0022]本专利技术与传统测量方法相比，在明显减小结构复杂性与装备造价的同时，利用超声阻抗和超声衰减的原理，实现了油水气三相的体积的快速测量，保证了油水气三相体积的测量准确性，同时，由于减去了复杂的装备，显著减少了操作复杂性，进而提高了操作的安全性，对油水气三相的测量具有非常的重要意义。
附图说明
[0023]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0024]图1为本专利技术实施例中的系统结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中的油相含量不同的液相中衰减情况示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例中的油相含量变化对衰减系数的影响示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例中的气相高度的获取过程图；
[0028]图5为本专利技术实施例中的三相体积的确定过程图；
[0029]图6为本专利技术实施例中的分析流程图。
具体实施方式
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0031]实施例一
[0032]如图1
‑
6所示，本实施例中提供了一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法，包括以下步骤：
[0033]通过自发自收换能器向管道发送超声波并接收反射波，获得反射波的时域数据和幅值数据，对所述时域数据和幅值数据进行计算分析，得到气相和油相的高度数据，通过对所述高度数据进行计算分析，得到三相高度数据，基于所述三相高度数据获取三相分界线数据，通过对不同位置的自发自收换能器所获取的三相分界线数据进行分析结合，得到三相体积的预测数据。
[0034]本实施例中的双通道脉冲信号发生器用于控制两个自发自收换能器发射并接收脉冲信号，其中两自发自收换能器分别布置在圆形管道的上下游。两束脉冲信号分别穿过管道壁面进入水相，而后进入油相，并在遇到气相后被反射回来，反射回去的信号被自发自收换能器接收到，并经由信号采集卡采集到上位机软件，通过分析接收信号的时域和幅值信息确定三相的体积含量。基本原理在于：油水两相物性参数十分接近，因此超声在油水两相(统称为液相)的界面并无明显反射现象，但是由于超声在油水两相中的衰减特性不同，因此可以通过回波信号的幅值确定油相的高度；由于油气两相的声阻抗差异较大，超声在穿越油相遇到气相后会在油气界面发生反射，不同的气相高度对应着不同的反射时间，因而可以根据反射信号的时域信息确定气体体积。
[0035]实现该测量方法的测量系统主要由自发自收换能器A和B、圆形管道、双通道脉冲信号发生器、信号采集卡及计算机组成，参见图1。
[0036]利用两只自发自收换能器分别发射并接收油气水分层流中两不同位置处的超声波，基于超声波在声阻抗差别较大的两个介质截面会发生反射的原理确定气相高度，再基于超声在油相含量不同的油水两相流中衰减系数不同的原理确定油相高度。换能器A和B在两不同位置处分别会获得两组气油和油水相分界点，最终就可以确定气油两相和油水两相的分界面连线，进而预测油气水分层流中三相体积含量。
[0037]双通道脉冲信号发生器用于产生强度、周期、占空比可变的脉冲信号，其两个通道分别控制两个自发自收换能器发射一定强度的超声进入直径为D的圆形管道；超声在管道中分别通过油水两相，并在油气界面发生发射，反射回去的信号被自发自收换能器接收到，并经由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：通过自发自收换能器向管道发送超声波并接收反射波，获得反射波的时域数据和幅值数据，对所述时域数据和幅值数据进行计算分析，得到气相和油相的高度数据，通过对所述高度数据进行计算分析，得到三相高度数据，基于所述三相高度数据获取三相分界线数据，通过对不同位置的自发自收换能器所获取的三相分界线数据进行分析结合，得到三相体积的预测数据。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波测量的多相流体含量预测方法，其特征在于，获取气相高度数据的过程包括：获取超声波传播速度数据c，对超声波传播速度数据c和反射波的时域数据t进行分析计算，得到液相高度数据H
液
：获取管道直径数据D，基于所述液相高度数据H
液
和所述管道直径数据D获取气相高度数据H
气
：H
气
＝D
‑
H
液
。3.根据权利要求1所述的一种基于超声波测量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，范金惠，王文苑，崔海滨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：