电磁相关流量测量传感器结构优化方法研究

发布时间：2020-08-08 19:54

【摘要】：油气水三相流是石油工业中非常典型的多相流,以油相、气相和水相作为主要相的混合流体广泛的存在于油田开采中。但由于油气水三相流有较为复杂的流动特性以至于其参数检测的难度很大,目前尚没有成熟地应用于油气水三相流流量测量的方法和设备。为了解决该难题,对电磁相关流量测量技术进行了深入研究。首先,针对油井井下油气水三相流流量测量难题,分析了电磁相关流量测量传感器的测量模型,优化得到了传感器最佳形状的励磁线圈。将电磁流量测量方法和相关流量测量方法有效结合,提出了一种测量油气水三相流的新方法。对传感器矩形线圈,跑道形线圈和马鞍形线圈的磁场分布进行了计算,提出了评价励磁线圈磁场分布的指标,进而得到了电磁相关流量传感器最佳形状的励磁线圈。其次,构建了电磁相关传感器测量管道内流体流速的仿真模型,仿真得到了油气水三相流总流量不同时不同电极间距下传感器测量管道内流体的流速。利用FLUENT仿真软件对构建好的仿真模型进行流体流速的仿真计算,得到了电极横向间距不同时流体的实际平均流速和电极纵向间距不同时上下游两对检测电极位置的流速,进而定义了实际平均流速和相关流速误差率的物理量。最后,建立了电磁相关传感器电极间距的神经网络模型,优化得到了传感器最佳结构的电极间距,研制了电磁相关传感器并对其进行了实验验证。利用油气水三相流实际流速和相关流速的误差率作为评价电极间距性能的指标,建立了总流量不同时不同电极间距的神经网络模型。定义了电极间距最佳结构优化因子,找到了不同权值时该因子的最优解,得到了传感器最佳结构的电极间距。利用优化后的传感器结构,研制了电磁相关传感器并在模拟装置上验证了该传感器测量仪的可行性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TE937
【图文】：

剖视图,相关流量,电磁,电极

a)电磁相关传感器测量模型 b)相关流量测量示意图图 2-1 电磁相关传感器测量模型和相关流量测量示意图a)上游电极 b)下游电极图 2-2 上下游电极截面剖视图关传感器测量模型和相关流量测量示意图，如图 2-1 所示。该模线圈磁场覆盖的空间范围内有两对检测电极。本文设定先接触测极 A1和 B1为上游电极，后接触管道内流体的电极 A2和 B2为下游 A1和 B1输出的测量信号为 (t)tV ，下游电极 A2和 B2输出的测量

剖视图,电极,剖视图,截面

a)上游电极 b)下游电极图 2-2 上下游电极截面剖视图传感器测量模型和相关流量测量示意图，如图 2-1 所示。圈磁场覆盖的空间范围内有两对检测电极。本文设定先接 A1和 B1为上游电极，后接触管道内流体的电极 A2和 B2为1和 B1输出的测量信号为 (t)tV ，下游电极 A2和 B2输出的游两对电极间隔距离为 L。如图 2-2 所示为上下游电极截和 B1位于同一截面上，A2和 B2位于另一截面上，两个测生的磁场 E1E2中，因此具有相关性。 (t)tV 和 (t)lV 是两个时 (t)tV 和下游输出信号 (t)lV 进行互相关运算，互相关函数表01( ) lim ( ) ( )t lTV V t lTR V t V t dtT ( )t lV VR 的峰值，可以得到两对检测电极输出信号的渡越时极的间隔距离为 L，则相关流速 rv为：r L

磁场分布,励磁线圈,电磁,结构示意图

a)矩形线圈 b)跑道形线圈 c)马鞍形线圈图 2-3 电磁相关传感器励磁线圈的结构示意图图 2-3 所示为电磁相关传感器励磁线圈的结构示意图。如图所示矩形，跑道形和马鞍形励磁线圈Ⅰ和Ⅱ的八条边均记为 L1- L8，图中箭头的指向代表线圈上电流流动的方向。矩形线圈是由直线段两两连接而成，因为直线段的计算相对简单，因此本文首先对矩形励磁线圈的磁场分布进行计算。如图 2-3 a)所示，矩形励磁线圈与传感器测量管道外切，设该线圈在 X，Y，Z 轴的坐标范围分别为 a，b，c。设矩形线圈上的电流元坐标为 ( , , )，则矩形励磁线圈上的一点到空间内任意一点1 1 1P( x , y , z )的距离为：2 2 21 1 1r ( x ) ( y ) ( z )(2-14)结合式(2-13)根据磁感应强度叠加原理，可得到矩形励磁线圈八条边 L1- L8上的电流在 P 点产生的磁感应强度叠加和，由于本文只考虑线圈径向截面的 Y 轴方向的磁场分布，则：8B B

【相似文献】