試論頻率分析法用于兩相流體的流量測量-文庫吧
2025-06-07 19:49 本頁面
【正文】 ta引 言 由于油井內(nèi)液體多為汽—液相及非均勻分布的油—水混合液，這種流體的含水信號是一種分散相介質(zhì)的調(diào)制信號，其中含有反映平均持水率的油水密度信息和處于分散相的油珠流速信息。通過對含水信號的脈動分量進行頻率分析可以將這種流速信息取出，并換算成流體的流量。隨著井下含水傳感器工藝和數(shù)據(jù)處理方法的進一步完善，這種頻率分析處理方法將使目前井下持水率計具有一定的流量測量能力。含水傳感器的探頭結(jié)構(gòu) CDB型井下找水儀傳感器主要用于井下高持水率的測量，它的檢測探頭是一根長金屬棒，金屬棒外部覆蓋有一層非金屬材料絕緣層，整體呈圓柱型。為了使含水信號中的擾動信號更加明顯，在長圓柱形探頭上設(shè)置有若干個等間距排放的敏感縫，形成測量敏感區(qū)；敏感區(qū)暴露在油水介質(zhì)中(見圖1)。為了保護天線探頭、束流及屏蔽電磁波不外泄，在與探頭相距一定距離處同軸加有一個金屬保護罩，金屬保護罩接地。油水混合液在檢測探頭和保護罩之間流動，形成一個可變介質(zhì)電容。當油水液中處于分散相的油珠經(jīng)過敏感區(qū)時，會顯著改變介質(zhì)電容的電容量，從而在傳感器的信號輸出端得到一系列的擾動電壓脈沖，且油相運動速度越快，脈沖頻率越高。 圖1 含水傳感器探頭結(jié)構(gòu)流量計算 1． 流體特性 設(shè)油水混合液是水基的，即水呈連續(xù)相，油呈分散相。根據(jù)油珠在水中的受力分析，當油珠受力平衡后，其相對于水相的滑脫速度為勻速。在水溫20℃時，104 N／。經(jīng)過計算得到該溫度下油珠的滑脫速度為 ?。?）式中，d為油珠直徑，單位為m?！ ∮捎谒杏椭橹睆绞请S機變化的，故油珠的滑脫速度也是隨機的。當許多油珠相對于水相作相對運動時，由于直徑的不同，使各油珠的運動狀態(tài)處于不同的阻力系數(shù)區(qū)，遵循不同的滑脫速度公式，使得油珠的運動狀態(tài)在微觀上變得十分復(fù)雜，因此我們只能在宏觀上找出描述其滑脫速度的方法?！ ?． 含水信號的擾動頻率 由于滑脫速度vo是油珠相對于水流的運動速度，其絕對流速應(yīng)為 ?。?）由此可以解出單個油珠經(jīng)過含水傳感器敏感區(qū)時產(chǎn)生的擾動脈沖頻率為 ?。?）式中 Q——油水混合液流體流量； S——井筒截面積； L——探頭敏感區(qū)長度； N——敏感縫數(shù)； t——油珠經(jīng)過敏感區(qū)所用時間； T——傳感器信號周期。 由于vo是一個隨油珠直徑變化的隨機變量，故(N－1)vo／L是頻率f的隨機分量。在眾多油珠依次經(jīng)過傳感器探頭敏感區(qū)時，某段時間內(nèi)傳感器輸出信號的擾動脈沖平均頻率為?。?）式中 n——tM時間內(nèi)M個油珠產(chǎn)生的有效脈沖數(shù)； Δti——單個油珠經(jīng)過敏感區(qū)所用時間； fi——單個油珠經(jīng)過敏感區(qū)時產(chǎn)生的擾動脈沖頻率。 將式(3)代入式(4)，并且令經(jīng)整理得到tM時間內(nèi)M個油珠依次經(jīng)過傳感器敏感區(qū)時產(chǎn)生的擾動脈沖平均頻率為 （5）
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