【摘要】：油氣水三相流是石油工業(yè)中非常典型的多相流,以油相、氣相和水相作為主要相的混合流體廣泛的存在于油田開采中。但由于油氣水三相流有較為復(fù)雜的流動(dòng)特性以至于其參數(shù)檢測的難度很大,目前尚沒有成熟地應(yīng)用于油氣水三相流流量測量的方法和設(shè)備。為了解決該難題,對電磁相關(guān)流量測量技術(shù)進(jìn)行了深入研究。首先,針對油井井下油氣水三相流流量測量難題,分析了電磁相關(guān)流量測量傳感器的測量模型,優(yōu)化得到了傳感器最佳形狀的勵(lì)磁線圈。將電磁流量測量方法和相關(guān)流量測量方法有效結(jié)合,提出了一種測量油氣水三相流的新方法。對傳感器矩形線圈,跑道形線圈和馬鞍形線圈的磁場分布進(jìn)行了計(jì)算,提出了評價(jià)勵(lì)磁線圈磁場分布的指標(biāo),進(jìn)而得到了電磁相關(guān)流量傳感器最佳形狀的勵(lì)磁線圈。其次,構(gòu)建了電磁相關(guān)傳感器測量管道內(nèi)流體流速的仿真模型,仿真得到了油氣水三相流總流量不同時(shí)不同電極間距下傳感器測量管道內(nèi)流體的流速。利用FLUENT仿真軟件對構(gòu)建好的仿真模型進(jìn)行流體流速的仿真計(jì)算,得到了電極橫向間距不同時(shí)流體的實(shí)際平均流速和電極縱向間距不同時(shí)上下游兩對檢測電極位置的流速,進(jìn)而定義了實(shí)際平均流速和相關(guān)流速誤差率的物理量。最后,建立了電磁相關(guān)傳感器電極間距的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,優(yōu)化得到了傳感器最佳結(jié)構(gòu)的電極間距,研制了電磁相關(guān)傳感器并對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用油氣水三相流實(shí)際流速和相關(guān)流速的誤差率作為評價(jià)電極間距性能的指標(biāo),建立了總流量不同時(shí)不同電極間距的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。定義了電極間距最佳結(jié)構(gòu)優(yōu)化因子,找到了不同權(quán)值時(shí)該因子的最優(yōu)解,得到了傳感器最佳結(jié)構(gòu)的電極間距。利用優(yōu)化后的傳感器結(jié)構(gòu),研制了電磁相關(guān)傳感器并在模擬裝置上驗(yàn)證了該傳感器測量儀的可行性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212;TE937
【圖文】：

a)電磁相關(guān)傳感器測量模型 b)相關(guān)流量測量示意圖圖 2-1 電磁相關(guān)傳感器測量模型和相關(guān)流量測量示意圖a)上游電極 b)下游電極圖 2-2 上下游電極截面剖視圖關(guān)傳感器測量模型和相關(guān)流量測量示意圖，如圖 2-1 所示。該模線圈磁場覆蓋的空間范圍內(nèi)有兩對檢測電極。本文設(shè)定先接觸測極 A1和 B1為上游電極，后接觸管道內(nèi)流體的電極 A2和 B2為下游 A1和 B1輸出的測量信號(hào)為 (t)tV ，下游電極 A2和 B2輸出的測量

a)上游電極 b)下游電極圖 2-2 上下游電極截面剖視圖傳感器測量模型和相關(guān)流量測量示意圖，如圖 2-1 所示。圈磁場覆蓋的空間范圍內(nèi)有兩對檢測電極。本文設(shè)定先接 A1和 B1為上游電極，后接觸管道內(nèi)流體的電極 A2和 B2為1和 B1輸出的測量信號(hào)為 (t)tV ，下游電極 A2和 B2輸出的游兩對電極間隔距離為 L。如圖 2-2 所示為上下游電極截和 B1位于同一截面上，A2和 B2位于另一截面上，兩個(gè)測生的磁場 E1E2中，因此具有相關(guān)性。 (t)tV 和 (t)lV 是兩個(gè)時(shí) (t)tV 和下游輸出信號(hào) (t)lV 進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，互相關(guān)函數(shù)表01( ) lim ( ) ( )t lTV V t lTR V t V t dtT ( )t lV VR 的峰值，可以得到兩對檢測電極輸出信號(hào)的渡越時(shí)極的間隔距離為 L，則相關(guān)流速 rv為：r L

a)矩形線圈 b)跑道形線圈 c)馬鞍形線圈圖 2-3 電磁相關(guān)傳感器勵(lì)磁線圈的結(jié)構(gòu)示意圖圖 2-3 所示為電磁相關(guān)傳感器勵(lì)磁線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示矩形，跑道形和馬鞍形勵(lì)磁線圈Ⅰ和Ⅱ的八條邊均記為 L1- L8，圖中箭頭的指向代表線圈上電流流動(dòng)的方向。矩形線圈是由直線段兩兩連接而成，因?yàn)橹本�段的計(jì)算相對簡單，因此本文首先對矩形勵(lì)磁線圈的磁場分布進(jìn)行計(jì)算。如圖 2-3 a)所示，矩形勵(lì)磁線圈與傳感器測量管道外切，設(shè)該線圈在 X，Y，Z 軸的坐標(biāo)范圍分別為 a，b，c。設(shè)矩形線圈上的電流元坐標(biāo)為 ( , , )，則矩形勵(lì)磁線圈上的一點(diǎn)到空間內(nèi)任意一點(diǎn)1 1 1P( x , y , z )的距離為：2 2 21 1 1r ( x ) ( y ) ( z )(2-14)結(jié)合式(2-13)根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加原理，可得到矩形勵(lì)磁線圈八條邊 L1- L8上的電流在 P 點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加和，由于本文只考慮線圈徑向截面的 Y 軸方向的磁場分布，則：8B B

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本文編號(hào)：2786037