一种永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流监测装置及应用研究.pdf

May2023Chinese Journal of Scientific Instrument2023年5月Vol.44 No.5第44卷第5期表仪器报仪学D0I:10.19650/ki.cjsi.J2311135一种永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流监测装置及应用研究*郝虎，陈晓玉12，孔德明”，孔德瀚4，孔令富1.2（1.燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004；2.燕山大学河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室秦皇岛066004；3.燕山大学电气工程学院秦皇岛066004；4.河北环境工程学院信息工程系秦皇岛066000)摘要：为了解决传统石油开发集中计量方式难以获取单口油井油气水三相流相关参数的难题，采用流体体积和有限元分析等方法在建立该测量装置的数值仿真模型基础上对其结构参数、气液分离效果等进行了深人研究与优化，从而确定了该监测装置的最优结构参数，并研制了可以在现有集中计量环境中长期、稳定与可靠使用的一种永置式石油生产多井组单井轮巡三相流监测装置。另外，还在搭建的永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流多参数监测平台上开展了实验研究，实验结果表明，所研制的装置在气、液相流量5 7 0 m/d，液相持水率50%90%等混合流体下持水率、气量测量误差均小于10%，流量测量误差小于4%。仿真和实验均证明了永置式监测装置具有良好的多分相测量性能关键词：永置式；气液分离；监测装置；多参数；优化设计中图分类号：TH89文献标识码：A国家标准学科分类代码：46 0.40Research on the use of a permanent multi-well group single-well patrolthree-phase flow multi-parameter measuring device for oil productionHao Hu,Chen Xiaoyu-2,Kong Deming,Kong Dehan,Kong Lingfu.?(1.Institute of Information Science and Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China;2.Hebei Key Laboratory of Computer Virtual Technology and System Integration,Yanshan University,Qinhuangdao066004,China;3.Institute of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China;4.Department of Information Engineering,Hebei University of Environmental Engineering,Qinhuangdao 066000,China)Abstract:The traditional centralized metering method for oil development is difficult to get the parameters linked to the oil-gas-waterthree-phase flow in a single oil well.To address this issue,the volume of fluid and finite element analysis are used in this study tooptimize the structural parameters and impacts of the gas-liquid separation on the basis of the numerical simulation model of themeasuring device.Therefore,the optimal structural parameters of the monitoring device are determined.Based on the afore-mentionedresearch,a permanent multi-well group single-well patrol three-phase flow multi-parameter measuring device is developed for long-term,stable and reliable utilization in the existing centralized metering environment.In addition,the experimental studies are conducted on apermanent multi-well group single-well patrol three-phase flow multi-parameter measuring platform built for oil production.Theexperimental results show that the developed device has less than 10%error in water holdup and gas holdup measurement and less than4%error in flow rate measurement under mixed fluids such as gas and liquid phase flow rate range(570 m/d)and liquid phase waterholdup range(50%90%).Both simulations and experiments demonstrate that measuring device performs well in water holdupmeasurement.Keywords:permanent type;gas-liquid separation;measuring device;multi-parameter;optimized design收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 5ReceivedDate:2023-03-05*基金项目：国家自然科学基金（6 2 17 32 8 9）、河北省高等学校科学技术研究项目（ZD2020118）、河北省教育厅在读研究生创新能力培养项目(CXZZBS2023063）资助表194仪仪报学器第44卷0引言随着我国大部分油田已进人了开发的中后期，油井产液部面采出液含水量逐渐增加，同时还伴有溶解气析出。现阶段一些中老油田油井剖面产出液多为油气水三相流。而在生产测井中流体参数是表征油井动态变化和评价油层生产状况的重要参数，可以有效地用来预测油井注人产出、油井剩余储量分布等一些重要生产信息2 。长期以来，油井井下测试是获取井下产能信息的主要途径之一3，但无法做到永置使用。而目前地面油田生产区域都是将多井产出液汇聚至计量站开展集中计量，这种集中计量方式还不能随时获取到单口油井三相流体各相含率、流量等井况重要的动态生产信息，更难以解读每口油井的实际生产状况。随着油田生产进人中后期，石油开采对地面单井永置式动态测试需求将越来越大，地面单井生产动态信息往往又是决定油田高产、稳产的重要因素4-5。永置式地面三相流监测装置主要针对石油生产区域油井的现场测试，可用于油井的生产测井任务，适用于不停产测井，能够通过长期连续监测、记录油井多参数信息数据，及时详细了解油井的生产动态。目前，关于地面油井三相流测试装置的研制引起了国内外学者的广泛关注。对此，ACAR公司研制的MPFM-400型6-7 、ACCUFLOW公司研制的MPFM型8-9 及TEXACO公司研制的SMS型10-1多相流测量装置均能够实现气液分离；叶卫东等12 研制了一种重力式气液分离器并成功实现了气液分离；Olaleye等13 研制了一种立式气液分离器并实现了不同气液两相流工况下的气液分离。但是，上述气液分离器均存在着故障率高、寿命短、维护复杂、集成度差及体积庞大等弊端。因此，本文开展的地面多井组单井轮巡测试是当前石油生产测井领域需的课题。鉴于装备研制的限制，目前国内外尚没有可供长期、稳定、可靠使用的单井多相流固定在线测试的装备14-15本文基于气液分离16 17 、气相计量18-19、电导持水率2 0-2 1 及相关流量测量2 2 等技术，创造性地研制一种可以长期在现场使用且能连续可靠工作的接地气、易推广、无渗漏、高性价比的永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流多参数监测装置（permanentmulti-wellgroupsingle-well patrol three-phase flow multi-parameter measuringdevice foroil production，PM G SPT FM M D _O P），此装置既可分时轮巡全面测量又能分别测出每口油井产出液各相含率等参数，且能精准地在计量站内永置运行。决定此装置研制成功的关键在于具有多种精准传感功能的核心检测部件（coredetectionparts，CD P），此部件采用聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）新型材料把凝聚着课题组智慧的多项发明专利注塑在一个高强度、无渗漏的管件中。注塑管件的这种无泄漏、高强度、可靠性、稳定性决定了本文所研制装置的先进性与可长期使用的耐久性。另外，还采用流体体积（volumeof fluidmethod，VOFM）和有限元分析方法（finiteelementmethod，FEM）对装置的结构设计、参数及气液分离效果等问题进行了研究与优化设计1PMGSPTFMMD_OP组成结构及原理1.1PMGSPTFMMD_OP组成结构研制的永置式石油生产地面多井组单井轮巡口多参数监测装置结构及实物如图1、2 所示。装置主要包括主管道，电磁阀1、2、3，液位计1、2，排气阀，气液分离罐及CDP等。CDP由下至上包括电导式持水率与流量两种传感器，电导式流量传感器由激励电极环FE，和FE，、测量电极环FM,FM4组成；电导式持水率传感器主要包括激励电极环WE，和WE2、测量电极环WM,WM4；CDP采用不锈钢（IRON）材料制作而成并嵌人到PEEK绝缘管中。电磁阀3出液口管道FEi主管道FMi电导式流量传感器iFM7液位计2 一FHiFM3电磁阀1排气阀FM4FEFE2液位计1HWER进液口上WM剖面图管道H.WM主管道WMRiWMWEHp电导式持水电磁阀2工率传感器气液分离罐截面图WmdPMGSPTFMMD_OPCDP图1PMGSPTFMMD_OP组成结构示意图Fig.1Composition structure diagram of PMGSPTFMMD_OP将PMCSPTFMMD_OP与送往计量站内不同油井的输送管道采用轮巡切换的方式对每口油井产出液参数进行分时测量。以实现地面每口单井三相流多参数的测试功能。该永置式石油生产地面多井组单井轮巡多参数监测装置具备如下永置式测试特点1）工作周期长，可在计量站内连续工作半年以上，实时监测油井生产动态信息2）应用范围广，既可分时轮巡全面测量又能分别测出每口油井产出液各相含率等参数。195郝虎等：一种永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流监测装置及应用研究第5期出液口管道排气阀液位计2电磁阀1液位计1气液分离进液口管道电磁阀2FMOSPTFMMDOP图2PMGSPTFMMD_OP实物Fig.2Photo of PMGSPTFMMD_OP3）总体费用低，不需要现场长期施工，降低了人工成本，提高了测试效率。4)智能化水平高，可实时监测油井动态生产信息，不需要认为干预与常规装置相比，该技术不用通过复杂的测试工艺，也不用关井测试。结构、测井技术简单，满足了石油生产区域长期、稳定、可靠使用的工作要求。本文研制的用于传统计量站中实现多井组轮巡测试单井三相流装置实际应用如图3所示计量站PMIGSPTFMOP图3地面多井组单井轮巡计量示意图Fig.3 Diagram of single well metering with multi-wellcentralized patrol on the surface1.2PMGSPTFMMD_OP测量原理装置开展测量工作时，油井产出液从进液口进人PMGSPTFMMD_OP中，流体在重力及冲击振荡作用下实现气液分离。位于气液分离罐内室上端的液位计1、2 可对气量进行测量；分离罐中混合液体受压力作用使其进人测量通道，由设置在此的电导式持水率传感器和流量传感器进行持水率及流量测量。1)气量测量气液分离过程中，在气-液界面累积的最初时刻，液位计1、2 均输出低电平，排气阀处于关闭状态；当气-液界面累积到液位计1、2 之间时，液位计1仍输出为低电平、但液位计2 已输出为高电平，此时排气阀仍处于关闭状态；当气-液界面位于下端液位计1时，液位计1、2 均输出高电平，此时排气阀处于开启状态，将累积的已测完气体排放到下游输出管道中。控制排气阀工作的液位计输出状态满足式（1）。1,液位计(x,y,z）处为气相o,液位计（,y,z）处为液相2i=1,2测气工作周期的排气时间可以表示为：2(s(1),=1,(0),=1,i+)i=0（2)t二Fkz式中：Fk为液位计1、2 的采样频率；i为其采样点数。结合排气时间、气液分离罐内室直径及液位计1、2的高度差等可以获取气相流量：2mdXd-H,1Xt(3)2式中：Wmd、H md 为PMGSPTFMMD_OP气液分离罐内室的宽度和高度；H，为液位计1的高度。排气阀由开启状态转变为关闭状态时，监测装置又从最初积累气体开始了下一个新的气相计量周期。依据气体周期测量结果并综合流体的流量、密度、压力等参数进而求得三相流体持气率。2)持水率测量如图1所示，PMGSPTFMMD_OP开始测量工作时，主管道电磁阀1关闭，涉及测量工作的电磁阀2 和3开启。当多相流流经测量管道，此时电导式持水率传感器开始采集数据。由于激励电极环WE，与压控恒流源相连接，激励电极环WE，接地。当持水率发生变化时，油气水混合电导率也会发生变化，所以测量电极环WM1,3输出电压也随之变化。可表示为：3Vm=K.gmlI.=K(4)m2Ydug,式中：K。为校正系数;I。为施加在WE，上的激励电流；为电导式持水率传感器测量区域混合流体的电导率；为水相电导率；Yd为持水率测量结果。当管道内充满油气水混合流体时，持水率Yd与测量电极环WM13输出电压的关系为：3VYa(5)2Vm+Vm10196表仪学仪器报第44卷由此可通过混合流体中测量电极环WM1.3的电压Vm与纯水相测量电极环WMi.3的电压V确定油气水三相流持水率。3）液相流量测量当液相混合流体流经测量管道时，电导式流量测量传感器开始采集数据。由于激励电极环FE，与压控恒流源相连接，激励电极环FE2接地。上游测量电极环FM2、FM4和下游测量电极环FM、FM，获得上下游输出信号x（t）y（t t r），由于上下游检测信号具有相关性。因此，可对信号（t）、（t+）做互相关运算，互相关函数R(-)可表示为：1TR.,(T)=limx(t)y(t+T)dt(6)T-00T0式中：T为积分时间。对上下游信号做互相关运算获取流体从上游测量电极环FM2、FM 4到下游测量电极环FM,、FM，的渡越时间To。进而求出相关流速U为：U=L/To(7)CC式中：L为下游测量电极环FM,、FM，和上游测量电极环FM2、FM 4的间距。进而得到液相流量Q为：R.2Q=TXUXt(8)2CC式中R,为CDP内径。2PMGSPTFMMD_OP结构参数优化研究2.1PMGSPTFMMD_OP仿真模型为优化PMGSPTFMMD_OP结构参数，本文对图2 所示的PMGSPTFMMD_OP组成结构及参数利用流体体积和有限元分析方法建立了仿真模型如图4所示。图4中结构参数与图2 中的各参数是相互一一对应的。本文通过求解流体各相含率的连续方程来跟踪不同分散相之间的界面变化进而获取气液分离过程中流体各相含率的变化情况。针对第相,建立守恒方程2 3 可表示为：mpqP(9)式中：p为第q相的密度;。为第q相体积分数;S。为第q相在单元中所占的面积;mg为第p相到第q相的质量输送;ma为第相到第p相的质量输送;u。为第相流体的速度。其约束条件可表示为：rnlet=VinH,+H,=1H,H,E 0,1(10)loutlet=Pout式中：HH,分别表示气、液相含率；Vi为混合流体的流速；Pou为出液口处的压力。出液口LemA!FEIFM,电导式JFM2H流量传气相mdFM3ID:感器FM4iFE20.mAHWEHHIWEIWMi进液口液相WM2电导式WMIDi持水率WM4传感器FWE2-01.mAH.LeYWma图4PMGSPTFMMD_OP仿真模型Fig.4The simulation model of PMGSPTFMMD_OP电导式持水率传感器测量管内电极环WM1.3与流量传感器测量管内电极环FM14间的电势u均可用二维坐标系（r,z）下的Laplace方程2 4 表示：au(r,z)1du(r,z)auVu(r,z)=T,z)十0dr(11)其边界条件可以表示为：u=0(OzLe,L+S,zL,+WH,-S。,RL.+S.zL,+WH,+HwF,2L+WH,+Hwr+S,zL,+WH,+Hwp+FH,-S.,L.+WH.+Hw+FH,+Sz2L,+WH,+HwF)u=0(z=0,z=H);(12)QuR,L.+WH,-S,zL+WHarSR2L.+WH,+Hwp-S,zL.+WH,+Hw+FH.L+WH,+HwrzL,+WH,+Hw+S,+FH.L+WH,+HwFzL.WH,+HwF+S.,L.zL.+S.式中：u为CDP内部电势分布；l。为施加到CDP激励电极的直流恒流电流；SR是CDP激励电极的表面积。197郝第5期虎等：一种永置式石油生地面多开组单开轮巡测装置及应用研究不在考虑优化设计结果具有普遍代表性的情况下，式（9）（12）中所涉及的参数如下：进液口流速为0.22m/s，混合流体持气率为40%，出液口压力为0.1MPa,电极FE4、W E，输人的直流电流为0.1mA,电极FE，、W E4接地。PMGSPTFMMD_OP仿真模型中除上述做出参数说明外的其他参数表示的量值参考文献2 5-2 6 。2.2PMGSPTFMMD_OP参数优化PMGSPTFMMD_OP结构参数的设计直接影响其测量效果。因此，本文对PMCSPTFMMD_OP的气液分离罐内室宽度Wmd、高度Hmd、进液口位置His、液流管内径Rtp、液位计1位置H,及FM,3FM2,4电极间距L等参数进行优化研究。参数优化研究涉及的各项度量性能指标如下。液流管内携气量K，指标如下：4.2TTK(0,r,z)rdodr(13)式中：（,r,z）为液位管位置（,r,z）处的携气量;R,为液流管内径。分离罐中气液分离效率可表示为：K100%(14)1一K,式中：K，表示液流管内携气量；K，表示进液口气量。进出液口压力降P。可表示为：P,=P,-P,(15式中：P，和P，分别表示进液口和出液口压力值。电导式流量传感器的相对灵敏度S为：NAVm(x,y,z)1S100%AV.(x,y,z)augNmaxm=1,2,.,N(16)式中：V（,y,z）ma x 为设定范围内油气粒子遍历所有位置获取的输出电压差Vm（x,y,z）的最大值；N为测量区域内单元体积总数。电导式流量传感器的均匀性误差S，为：(2(*(*,y,)-.1/2avgSSaugm=1,2,.,N(17)式中：m(x,y,z）为位置（x,y,z)处的灵敏度。电导式流量传感器的有效信息比C，为：AVm(x,y,z)duAV.(x,y,2)maxC 100%(18)AVm(x,y,z)duAV.(x,y,z)max式中：为单位体积；为测量区域的空间体积。有效信息比就是用于表征获取有用信息的性能1）宽度优化分析宽度Wmd系指气液分离罐内室直径的大小，其作用就是通过影响介质冲击振荡及沉降的径向空间进而决定了PMCGSPTFMMD_OP的气液分离性能，本文考虑了PEEK注塑水平及监测装置小型化要求。获取WmdE40mm,160mm范围内的优化结果，Wmd与分离罐中气液分离效率m、液流管内携气量K，和进出液口压力降P。的关系曲线如图5所示。100Q口95908580O-W=160mm75-O-W=140mmAW=121 mm70-W=100mmW=80mm95Wmd=40,mm0100200300400气相累积程度/mm(a)n随Wm变化曲线(a)VariationcurveofnwithWmc14W=160 mm-O-W=140 mm12F-W=121mmW=100mm10W80mmWmd=40mm8d64?2V口00100200300400气相累积程度/mm(b)K,随Wm变化曲线(b)Variationcurve ofK,withw,7.000-OWm=160 mmO-W=140mm6.900口-Wmdmd=i21 mm6.800口6700.6600Q6.500文6.400V-W=100 mm6.300-W=880mm6200W=40mmmd0100200300400气相累积程度/mm(c)AP,随Wm变化曲线(c)Variation curve of P,w i t h Wmd图5PMGSPTFMMD_OP宽度优化结果Fig.5The width optimization of PMGSPTFMMD_OP由图5(a）（c)可知,随着宽度Wmd增加,分离罐中气液分离效率n、进出液口压力降P。呈现逐渐增大的趋势，而液流管内携气量K，逐渐减小。同时，随着气相的逐渐累积，分离罐中气液分离效率、进出液口压力降表仪198第44卷报学器仪P，逐渐降低，液流管内携气量K，逐渐增加。因此，宽度Wmd越大其分离效率m越高、液流管内携气量K，越小、进出液口压力降P。越大，越有利于气液分离。通过综合考虑PMGSPTFMMD_OP的实际加工、现场安装等问题，最终确定传感器宽度Wma=160mm。2）高度优化分析高度Hma决定了介质冲击振荡及重力沉降的轴向空间，而轴向空间的大小对PMCSPTFMMD_OP气液分离性能具有重要影响。本文考虑了PEEK注塑水平及装置小型化要求。将获取Hmd=50 0 m m，8 0 0 m m 范围内的优化结果,Hmd与分离罐中气液分离效率n、液流管内携气量K，和进出液口压力降P，的关系曲线如图6 所示。由图6（a）（c)可知,随着高度Hmd的增加,分离罐100F-0-Hma=800mm-0-H/=700mm99.54Hm=600mm-Hm=500mm99.0口98.5二口日98.097.597.0只7口0100200300400500气相累积程度/mm(a)n随Hm变化曲线(a)Variation curve of n with Wmd1.2口1.00.8Q口口口0.6口-OHmd=800mm0.40Hm-700mmHm=600mm0.2VHm=500mm00100200300400500气相累积程度/mm(b)K,随Hm变化曲线(b)Variation curveofK,withW,66006400620060005.8005600口5.400-O-Hmdu=800mm5200-0-Hma=700mmAHmd=600mm5000Hmd=500mm548000100200300400500气相累积程度/mm(c)AP随Hm变化曲线(c)VariationcurveofP,w i t h Wmd图6PMCSPTFMMD_OP高度优化结果Fig.6The height optimization of PMGSPTFMMD_OP中气液分离效率逐渐升高，进出液口压力降P液流管内携气量K，逐渐降低。同时，随着气相逐渐累积，其气液分离效率呈现下降趋势，液流管内携气量K，和进出液口压力降P，均呈现上升趋势。因此，高度Hmd值越大，其气液分离效率越大，进出液口压力降P。液流管内携气量K，越低，越有利于提高其气液分离性能。综合考虑PMGSPTFMMD_OP的实际加工、现场安装等问题，最终确定装置高度Hmg=700mm。3）进液口位置优化分析进液口管道位置H，影响监测装置内气相的流动方向及气液分离空间，同时本文考虑了PEEK注塑水平及装置小型化要求。将获取H，12 1mm,52 1mm 范围内的优化结果，进液口管道位置H，与分离罐中气液分离效率m、液流管内携气量K，和进出液口压力降P，的关系曲线如图7 所示1009590口85-O-H=121 mm-0H,=221mmH=32imm80-H,=421mmH,=521mm750100200300400气相累积程度/mm(a)n随H,变化曲线(a)Variationcurveof nwith H10H121mmH221mm8H=321mmH421mmH=521mm口200100200300400气相累积程度/mm(b)K随H,变化曲线(b)VariationcurveofK,withH8.000口7500口口70006500600055005000-H121 mmH2211mm4500-H32imm4000文H4211mmH=52i1mm3.5000100200300400气相累积程度/mm(c)P随H,变化曲线(c)VariationcurveofPw i t h HP图7PMGSPTFMMD_OP进液口管道位置优化结果Fig.7Inlet pipe location optimization of PMGSPTFMMD_OP199郝第5期虎等：一种永置式石油生产产地面多井组单井轮巡三相流监测装置及应用研究由图7（a）（c）可知，当进液口管道位置H由121mm升高至2 2 1mm时，分离罐中气液分离效率m逐渐增大，进出液口压力降P。、液流管内携气量K，逐渐减小；当进液口管道位置H，由32 1mm升高至52 1mm时，其气液分离效率、液流管内携气量K,分别在99%和0.5%上下波动，进出液口压力降P，逐渐减小。随着气相的逐渐累积，气液分离效率n、液流管内携气量K,基本不受其影响，而进出液口压力降P。呈现波动上升的趋势；因此，当进液口管道位置H，=32 1m m，其气液分离效率m最大，液流管内携气量最低，进出液口压力降P。=6000Pa，此时更有利于气液分离。因此,最终选定进液口管道位置H,=321mm。4）液流管内径优化分析液流管内径R，只影响装置内的压力变化。本文考虑了PEEK注塑水平及监测装置小型化要求。将获取Rip=15mm,35mm范围内的优化结果，液流管内径Rip与进出液口压力降P，的关系曲线如图8 所示。7600口口7.400口7200口7000ed/6800dV66006.4000R,=15 mm-VR,=30mm6200-Rf-26mm-0-R-20mmoR-35mm6000P0100200300400气相累积程度/mm图8PMGSPTFMMD_OP液流管内径优化结果Fig.8Liquid flow pipe inner diameter optimizationdesign results of PMCSPTFMMD_OP由图8 可知，PMCSPTFMMD_OP进出液口压力降P。随着R，的减小逐渐增大。同时，随着气相的逐渐累积，进出液口压力降P。呈现波动变化并趋于稳定。因此，液流管内径越小则装置的压力降越大，考虑到装置的实际加工、现场安装等问题，本文选定液流管内径R=26mm，这样也能保证装置的测量安全性。5）液位计位置优化分析液位计2 安装在PMGSPTFMMD_OP的气液分离罐内室顶部。而液位计1位置H，决定了气体计量周期以及气液分离空间的大小，本文考虑了PEEK注塑水平及监测装置小型化要求。将获取H,=30 0 mm,7 0 0 mm范围内的优化结果，液位计1位置H，与分离罐中气液分离效率、液流管内携气量K，和进出液口压力降P的关系曲线如图9所示。由图9(a）（c）可知,随着液位计1位置H,逐渐增大，分离罐中气液分离效率逐渐增大，液流管内携气量100F992.09897K1.09695094300400500600 700300400500600700液位计1位置/mm液位计1位置/mm(a)n随H,变化曲线(b)K,随H,变化曲线(a)Variation curve of n with H(b)Variation curveofK,with H,70006.500300400500600700液位计1位置/mm(c)AP随H,变化曲线(c)Variation curve of P,w i t h H,图9PMGSPTFMMD_OP液位计位置优化结果Fig.9Liquid level gauge position optimization designresults of PMGSPTFMMD_OPK,逐渐降低，进出液口压力降P。逐渐降低。因此，液位计1的安装位置越接近气液分离罐内室顶部越有利于气液分离。综合考虑PMGSPTFMMD_OP的实际加工、现场安装、排气周期等问题，本文选定H，=40 0 m m。6）相关测速电极间距FM1.3-FM2.4电极间距L决定了电导式流量传感器的灵敏度分布以及输出信号的相关性，它将影响流量测量精度。本文在郝虎等2 7 研究成果的基础上，同时考虑到PEEK注塑水平及监测装置小型化要求，开展参数L优化设计研究。获取Le4m m,2 2 m m 范围内电极间距优化结果如图10 所示。1.00.8S0.60.40.20146810 1214161820 22L/mm图10FM1.3FM2.4电极间距L参数优化结果Fig.10 Parameter optimization results of theFM,3 FM2.4 electrode distances L由图10 可知，当L=15mm时，S值最小，SagC，值最大。因此，本文最终确定L=15mm。综上所述，本文最终确定图2 中Hma=700mm、W ma=160 mm、H,=32 1 mm、R t,=2 6 mm、H,=40 0 mm L=15 mm。表200仪仪报学器第44卷3PMGSPTFMMD_OP性能分析3.1PMGSPTFMMD_OP气液分离过程在上述参数优化结果基础上，本文对PMGSPTFMMD_OP气液分离过程进行仿真分析，气液分离结果如图11所示。10080%相相相相60相液相液相20液租03.779.6.s5.754.s7.0516s9.2602s10.8562s13.448 s图11POPSMWCPSWMPD_MD内气液分离结果Fig.11Gas-liquid separation results within PMGSPTFMMD_OP由图11可知，密度较小的气体聚集在PMGSPTFMMD_OP上部最后由可控排气阀进行排出，密度较大的液体进人液流管传输。同时，PMGSPTFMMD_OP上部基本没有液体存在，而液流管中的液体携气量很低可以忽略不计。因此，采用上述优化后的PMGSPTFMMD_OP能较好实现气液分离3.2PMGSPTFMMD_OP压力分布进一步获取PMCSPTFMMD_OP气液分离过程中压力变化结果，如图12 所示。9.121038.211037.301036.381035.471034.56103力3.6510出2.741031.821039.12102101023.7796S5.754s7.0516s9.2602s10.8562s13.448s图12PMGSPTFMMD_OP内压力变化云图Fig.12Cloud map of pressure change withinPMGSPTFMMD_OP由图12 可知，气量对PMGSPTFMMD_OP内的压力变化具有重要影响。随着PMGSPTFMMD_OP上部气相逐渐累积，气液分离罐内压力逐渐增加，而液流管内压力基本不受影响,且最大压力不超过912 0 Pa。因此，在气液分离过程中，其压力变化在安全范围内3.3PMCSPTFMMD_OP内速度场分析流速变化对于流体之间的冲击振荡作用具有重要影响，获取PMGSPTFMMD_OP气液分离过程中流体速度变化信息如图13所示1.381001.241001.101009.651018.27101s.W)/6.8910-15.51104.131012.7610-11.3810-1010-13.7796s5.754s7.0516s9.2602s10.8562s13.448s图13PMGSPTFMMD_OP内速度变化云图Fig.13Cloud map of velocity change withinPMGSPTFMMD_OP由图13可知，随着PMCSPTFMMD_OP内上部气相逐渐累积，PMGSPTFMMD_OP内相扰动速度逐减小，而液流管内的相流速逐渐增大。在气-液界面处流体扰动显著，而在PMGSPTFMMD_OP气相累积区及液相沉降区相流速接近0。因此，此种分布特性有利于PMGSPTFMMD_OP更好的进行气液分离及气相排出。综上所述，PMGSPTFMMD_OP具有较好的气液分离效果、较低的压力变化分布和较弱的相流速扰动，因此PMGSPTFMMD_OP可较好的完成多参数测量。4实验结果与分析4.1实验环境与数据采集为了验证PMCSPTFMMD_OP的实际测量性能，在大庆石油测井试井检测实验中心进行了不同多相流工况下的实验研究，多相流实验平台如图14所示。排气阀液位计2止逆阀电磁阀1液位计1手动阀电磁阀2储水城螨动泵（OPMGSPTFMMD_OP浮子流量动泵(Water)计(Gas)气泵FE换器转换器M多通道信号直流电源FM采集系统F区FRAC区-OOFMFE2USB电缆直流电源聚糕VE转RSPC蜜漆放大电路WEIWMi电随E换盟转换器童露蜜路WM2-ACIDOWMWM4WE2PC图144多相流实验平台示意图Fig.14Diagram of multi-phase flow experimental platform201郝虎等：一种永置式石油生产地面多井组单井轮巡三相流监测装置及应用研究第5期平台主要包括储水罐、储油罐、混合罐、气泵、浮子流量计、蠕动泵、输送管道和PMCSPTFMMD_OP等。实验流体采用工业柴油和水，实验气体为空气。气体由气泵供气，水、工业柴油分别储藏在储水罐和储油罐中。随着油气水混合流体流人PMGSPTFMMD_OP中，其中CDP、液位计等输出随时间连续变化的波动信号。最后混合流体经由PMCSPTFMMD_OP流人混合罐中，经重力沉降进行油气水相分离，再使其循环使用。PMCSPTFMMD_OP外接2 4V直流电源，而此装置核心检测部件由CDP、激励源、信号处理电路以及其他部器件组成。其中，核心检测部件CDP包括持水率传感器和流量传感器，两种传感器激励及信号处理电路主要由直流恒流源、放大滤波调制电路、RMS-DC转换器、V/F转换器、2 4V直流电源；射随电路、放大电路、分压电路、加法电路、限幅电路、RMS-DC转换器、V/F转换器等组成，CDP与PC计算机系统相连。测试时，多通道信号采集系统同步采集CDP信号，其采样频率为16 kHz,采样时间设置为10 s。本文针对气、液相流量5 7 0 m/d、液相持水率50%90%等多相流工况在多相实验平台基础上进行多相流持水率数据采集及处理结果如图15所示。90Yw=90%Yw=80%8070Yw=70%/率料60Yw=60%50Yw=50%40日Q.=5m/dQ.=40m/d日Q=50m/d30VQ.=30m/dO.=70m/d01020304050607