油井井口三相计量技术的研究

论文摘要

油、气、水三相流的在线计量在油田开发,尤其是边际油田和海上油田具有特别重大的经济价值。由于多相流在流动过程中具有流型复杂、成分多变等原因,使得多相流量计的开发极其困难,到目前为止很少有实用性好的多相流量计。本文以油、气、水三相流的在线计量为研究方向,在参阅国内外相关文献的基础上,对多相流的计量方法和国内外现有的几种多相流量计进行了归纳和比较。通过对现有方法以及国内外各种流量计的基本原理、应用范围和优缺点等的分析,提出了一种组合运用分离器、水分分析仪、密度计和孔板流量计的新的测量方法;同时提出了一种基于计算流体动力学软件进行流体仿真分析的方法。提出并设计了以T型三通管作为分离器的设计方案;采用了科里奥利质量流量计作为密度计来测定多相流的密度和各组分的流量;分析和推导了流体流经孔板流量计时的差压信号与流体流量的关系,以及差压信号与流体流速的关系;设计了更适合气液两相流流量测量的槽式孔板;对测量系统进行了大量的实验。基于计算流体力学理论,应用计算流体力学软件ICEM CFD和CFX 11.0对流体流经孔板前后的流动状态进行了仿真,得到了压力和速度的流线以及压力的分布曲线。基于此方法实现的多相流测量系统具有体积小、结构紧凑、维护方便、测量范围广、精度高、无放射性、成本低等优点,充分体现了今后多相流量计发展的方向。该方法为计算流体动力学软件在流体测量领域上的应用提供了方向,同时也对孔板流量计的开发起到了一定的指导和借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 多相流计量的难点
• 1.3 国内外多相流计量的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 多相流量计的特点
• 1.5 多相流量计的发展趋势
• 1.6 研究工作
• 1.6.1 研究目标
• 1.6.2 主要工作
• 1.7 本章小结
• 第二章 测量方案
• 2.1 测量方法
• 2.1.1 将油、气、水三相视为气、液两相进行总量测量
• 2.1.2 相分率测量
• 2.2 常见的测量装置
• 2.2.1 分离型多相流量计
• 2.2.2 不分离型多相流量计
• 2.3 测量方案的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 三相计量装置的硬件设计
• 3.1 系统组成框图
• 3.2 分离器
• 3.3 水分分析仪
• 3.3.1 含水率测量方法
• 3.3.2 含水率测量原理
• 3.4 密度计
• 3.4.1 科里奥利质量流量计的优点
• 3.4.2 密度测量原理
• 3.4.3 二组分流体的测量
• 3.5 孔板流量计
• 3.5.1 孔板流量计的结构
• 3.5.2 流量测量原理
• 3.5.3 标准孔板流量计的主要特性
• 3.6 槽式孔板流量计
• 3.6.1 结构特点和工作原理
• 3.6.2 槽式孔板的流量公式
• 3.6.3 槽式孔板的主要特性
• 3.7 本章小结
• 第四章 计算流体动力学软件CFX
• 4.1 计算流体动力学概述
• 4.1.1 CFD的含义
• 4.1.2 CFD的历史
• 4.1.3 CFD的特点
• 4.1.4 CFD的控制方程
• 4.1.5 CFD的计算流程
• 4.2 CFX软件
• 4.2.1 CFX的发展
• 4.2.2 CFX的启动界面
• 4.2.3 CFX的计算过程
• 4.2.4 CFX的数学基础
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统实验
• 5.1 硬件装置部分
• 5.1.1 实验设备
• 5.1.2 实验内容及方法
• 5.1.3 实验数据及分析
• 5.2 软件仿真部分
• 5.2.1 仿真内容及方法
• 5.2.2 仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢