低流速高含水油水兩相流超聲傳感器測(cè)量特性研究.pdf

1、油水兩相流動(dòng)廣泛存在于石油開(kāi)采過(guò)程中,對(duì)其流動(dòng)結(jié)構(gòu)分析及流動(dòng)參數(shù)測(cè)量對(duì)改善油井生產(chǎn)特性及優(yōu)化油藏管理具有重要意義。另外,國(guó)內(nèi)外上大多數(shù)陸上油井處于高含水、低產(chǎn)液狀態(tài),這種油水兩相流流動(dòng)狀態(tài)對(duì)檢測(cè)傳感器提出了更高的要求。在多相流流動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)方法中,聲學(xué)法具有不干擾流場(chǎng),不存在流體腐蝕、磨損,適用于非透光性、非導(dǎo)電性介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。
　　本文開(kāi)展了低流速高含水油水兩相流超聲波檢測(cè)方法研究。通過(guò)有限元分析方法,優(yōu)

2、化設(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)的超聲波傳感器:貼片式超聲波傳感器(EPUS)和探頭式超聲波傳感器(PUS),并在垂直上升油水兩相流動(dòng)中進(jìn)行了超聲測(cè)量特性研究。論文工作取得了如下創(chuàng)新性成果:
　　1、利用多物理場(chǎng)耦合有限元仿真軟件COMSOL,建立了貼片式超聲傳感器和探頭式超聲傳感器的幾何模型,考察了兩種傳感器在直徑20mm圓形管道內(nèi)的聲場(chǎng)及敏感場(chǎng)分布特性,并提取平均靈敏度(avgS)及均勻性誤差(SVP)作為優(yōu)化指標(biāo),對(duì)超聲傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及

3、超聲頻率進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外,我們建立了水包油分散流型的超聲傳感器有限元模型,發(fā)現(xiàn)接收端聲壓級(jí)(SPL)均值敏感于持水率及泡徑大小變化。
　　2、加工制作了一種柔性壓電復(fù)合材料貼片式超聲傳感器,在油水兩相流流動(dòng)裝置上分別考察了貼片式及探頭式超聲傳感器響應(yīng)特性,并比較了兩種傳感器接收端的最大值測(cè)量序列,發(fā)現(xiàn)探頭式超聲傳感器對(duì)低流速油水兩相流相含率具有更好的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)及較高的分辨率。此外,泡徑大小對(duì)超聲傳感器響應(yīng)特性影響與數(shù)值模擬分析結(jié)