低流速高含水油水兩相流超聲傳感器測量特性研究.pdf

1、油水兩相流動廣泛存在于石油開采過程中,對其流動結構分析及流動參數(shù)測量對改善油井生產特性及優(yōu)化油藏管理具有重要意義。另外,國內外上大多數(shù)陸上油井處于高含水、低產液狀態(tài),這種油水兩相流流動狀態(tài)對檢測傳感器提出了更高的要求。在多相流流動參數(shù)的檢測方法中,聲學法具有不干擾流場,不存在流體腐蝕、磨損,適用于非透光性、非導電性介質等優(yōu)點,受到國內外眾多學者的關注。
　　本文開展了低流速高含水油水兩相流超聲波檢測方法研究。通過有限元分析方法,優(yōu)

2、化設計了兩種不同結構的超聲波傳感器: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中進行了超聲測量特性研究。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圓形管道內的聲場及敏感場分布特性,并提取平均靈敏度(avgS)及均勻性誤差(SVP)作為優(yōu)化指標,對超聲傳感器結構尺寸及

3、超聲頻率進行了優(yōu)化設計。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(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合材料貼片式超聲傳感器,在油水兩相流流動裝置上分別考察了貼片式及探頭式超聲傳感器響應特性,并比較了兩種傳感器接收端的最大值測量序列,發(fā)現(xiàn)探頭式超聲傳感器對低流速油水兩相流相含率具有更好的測量優(yōu)勢及較高的分辨率。此外,泡徑大小對超聲傳感器響應特性影響與數(shù)值模擬分析結