基于Bragg光柵的井下流量在線檢測理論研究.pdf

1、流量是石油行業(yè)中的重要參數(shù)之一,從開采到運輸,乃至加工銷售,均需要檢測管道內(nèi)石油流量。檢測不同層段的流量可以確定各層產(chǎn)量,并能夠?qū)崟r識別產(chǎn)油層的生產(chǎn)異常。目前大慶油田井下流量檢測普遍采用電磁流量計、渦輪流量計及浮子流量計,但是由于相應的設備抗壓性能低,機械結(jié)構復雜,電纜沿井筒長距離傳輸信噪比較小,安裝不便等一系列缺點,使井下流量的準確檢測這一問題亟待解決。
　　本文基于Bragg光柵傳感原理和卡門渦街原理,為了檢測井下流體流量,將

2、 Bragg光柵埋入柱體中作為旋渦發(fā)生體,自主設計了光柵埋入式渦街流量計。建立光柵渦街流量檢測系統(tǒng)的數(shù)值模型,得到光柵波長變化與流量的關系,并分析各參數(shù)對檢測靈敏度及分辨率的影響情況。為了提高光柵流量計檢測靈敏度,利用質(zhì)量-彈簧-阻尼二階振動模型進行諧振分析,進而確定柱體尺寸。同時根據(jù)光柵解調(diào)儀分辨率及渦街產(chǎn)生的條件,確定流量計檢測范圍。
　　對比流量檢測數(shù)值模型與 Fluent仿真結(jié)果,并且搭建實驗平臺檢測單相流流量,利用精度較

3、高的電磁流量計標定光柵埋入式渦街流量計,正向線性度小于1.35％。對比標定實驗曲線與理論曲線,相對偏差最低為2.25%,證明流量檢測數(shù)值模型的可靠性,并且分析產(chǎn)生誤差的原因,提出改進措施。
　　在單相流流量檢測的基礎上,針對管道內(nèi)氣液兩相流,設計兩級串聯(lián)文丘里管用于檢測各相流量。利用光柵溫壓傳感系統(tǒng)檢測溫度及壓力,設計兩級文丘里管的結(jié)構并分析降壓,將光柵傳感器布設在后級文丘里管的喉部,通過氣相體積流量對壓力敏感的特性在短距離內(nèi)均勻

4、降壓以區(qū)分氣相和液相的體積流量,進而檢測各相流量。將得到的各相體積流量作為初值,利用文丘里管的壓降方程迭代確定穩(wěn)定的輸出流量,得到含氣率等參數(shù)。通過 Fluent對兩級文丘里管建模,采用 VOF方法仿真氣液兩相流管內(nèi)繞流流動,與理論模型對比分析。同時設計光柵流量檢測系統(tǒng)的布設方案,為現(xiàn)場試驗做準備。
　　本文根據(jù)設計的光柵埋入式渦街流量計結(jié)構建立流量檢測數(shù)值模型,單相流流量檢測精度可達12L/h。設計兩級串聯(lián)的文丘里管結(jié)構,區(qū)分氣