基于明渠流原理的多相计量装置研制

论文摘要

多相流计量技术被列为影响石油工业未来发展的关键技术之一,该技术不必分离出三相流的各个组成成份而同时对其各成份(油、气、水)的流量进行测量,可以替代由测试分离器及其控制系统、单相监控仪表、管汇等组成的巨大而笨重的传统测量系统,对于流程简化、减少油田开采成本具有重要意义。在已经开展的研究基础上,提出了对现有多相流计测系统的改造方案,改造后系统计量原理为:利用基于油气水混合流体在明渠内的流体力学原理建立的气液相计量模型进行计算,获得气液两相流量初始值,将模型计量的结果和所提取的液位差压、气体微差压和压力等参数特征值作为气液两相计测神经网络相应的输入信号。神经网络根据输入信号的数值特征,并通过流型的识别分类对气液两相的流动特征进行定量分析,找到相关的物理量与气、液分相流速之间的函数关系,从而对模型计量结果进行进一步补偿和修正而得出气液两相的流量。为了验证改造后多相流计测系统的性能指标,通过室内及现场实验对改造后的多相流计测系统进行了详细的研究。对采集到的数据的线性相关性进行了定量分析。根据分析结果,对不同的流型选取不同的特征参量对数据进行排序、分级和处理。处理过程采用了“交错叠盖区域拟合法”,实现了对状态参量的数值拟合。实验对比分析了改造前后装置结构以及测量程序的改进效果,对多相流量计测系统进行了现场测试,实验测试结果表明:得到修正后的计量系统的液相流量计量在90%的置信概率下相对误差小于10%,气相流量计量在90%的置信概率下相对误差小于15%,含水率相对误差小于5%,本计量装置的计量精度接近或达到当前油田多相流计量要求。针对多相流计测系统在现场实验中表现出的不足和缺点,对现有装置提出了新的改进方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 多相流量测量研究目的与意义
• 1.1.1 多相流量测量研究的意义
• 1.1.2 多相流测量的要求
• 1.1.3 多相流量计的优点
• 1.2 多相流检测技术研究发展现状
• 1.2.1 采用传统的单相仪表和多相流测试模型组合的测量方法
• 1.2.2 运用新技术进行不干扰流动的流量计量
• 1.2.3 采用新的信号处理技术和现有检测手段相结合的软测量方法实现多相计量
• 1.3 多相流量计国内外研究现状
• 1.4 常见的多相流量计
• 1.4.1 分离式多相流量计
• 1.4.2 基于均相化的多相流量计
• 1.4.3 不进行流动预处理的多相流量计
• 1.5 主要研究内容
• 第二章 多相流量计装置及测试系统原理简介
• 2.1 多相流量计装置简介
• 2.2 计量原理
• 2.3 数学计测模型的建立
• 2.3.1 液相计量模型
• 2.3.2 气相计量模型
• 2.3.3 液相含水率计测模型
• 2.4 神经网络设计
• 2.4.1 BP网络简介
• 2.4.2 气液相计量神经网络
• 2.5 实验数据采集处理方法
• 2.5.1 出现段塞流型时的数据处理方法
• 2.5.2 仅有层流流型时的数据处理方法
• 2.6 计测系统程序改进
• 第三章 计量装置室内性能测试
• 3.1 室内实验系统流程简介
• 3.2 对比实验
• 3.2.1 实验工况
• 3.2.2 实验数据分析
• 3.2.3 误差分析
• 第四章 计量装置现场性能测试
• 4.1 实验系统流程简介
• 4.2 实验工况
• 4.3 模型计量结果分析
• 4.4 网络计量结果分析
• 4.5 入口旋流分离器效果分析
• 4.6 装置改进建议
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢