槽式孔板气液两相流差压信号的时间序列分析

《槽式孔板气液两相流差压信号的时间序列分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中国石油大学(华东)硕士学位论文1．1课题研究背景及意义第1章绪论油井的产出物常常是原油、水和天然气的混合物，为确定各井产量或观测地层中油、气含量的变化，需要在线测量管线中原油、天然气和水的体积流量或质量流量uj。因此，石油多相流的输送和计量就成为现代石油工业开发的关键技术之一。凝析天然气计量技术属于多相流计量技术的一个分支。一般认为，凝析天然气是一种气液两相流，体积含气率一般在90％以上，大部分在95％以上，液相主要由水和液态烃构成。普通的多相流检测仪表不适用于凝析天然气的计量，研究开发凝析天然气的计量技术是当前石

2、油天然气工业生产所迫切需要的【2】【3】。气液两相流动过程中，由于气相流体可以压缩、气液两相间存在滑移和两相界面复杂多变，其流动过程是一种复杂的多变量随机过程，其流动规律的探索和参数的准确检测依然是目前尚未解决的问题。近年来，随着检测技术与信号处理技术的发展，通过对测量信号进行处理来估计流动参数成为两相流参数检测的一种重要方法【4】。研究表明：气液两相流差压与压力信号的随机波动蕴涵着两相流体系中流型、分相流量等参数的变化信息。不少学者应用小波、分形、混沌、Hilbert．Huang变换和高阶谱分析等信号处理方法对差压

3、、压力信号进行处理，研究了信号的时频域、非线性和非高斯特征。如：陈珙【5】等分析了气液两相流流过水平管道时的沿程差压信号，提取了各频带的能量特征用于辨识流型；杨靖【6】等利用分形插值对两相流差压信号的非线性特性进行了较好的拟合；白博峰‘71等证明了压力波动信号的混沌特性与流型有关；Sun[8】和Ding【9】应用Hilbert．Huang变换分别对两相流流过文丘里管和水平管道产生的差压信号进行处理，提取了能够辨识流型的特征；Ding[1o】对差压信号进行7"x2谱分析提取了用于流动状态监测的非高斯特征。时间序列分析【

4、11】是数理统计的一个分支，是对有序随机数据进行分析和处理的一种重要方法。研究人员将时间序列分析方法应用于两相流信号处理中，通过对动态数据建立时间序列模型，分别由模型参数来获取动态数据的时频特性，由模型阶数获取两相流的流型信息。如：BegN．A．等【12】将标准孔板作为测量多相流的节流元件，对孔板前压力与孔板差压信号建立了四阶自回归(AR)模型，研究了模型参数、残差与气液折算速度之间的关系，但由于其所建立的AR模型的阶次固定，难以保证所有工况条件下模型l第1章绪论参数都能够准确反映真实的信号特征；任杰【131和厉燕新

5、‘141以气液两相流流过水平管道产生的差压信号为研究对象，分别建立了AR模型和自回归滑动平均(ARMA)模型，将模型阶次与两相流流型进行了关联。本文应用时间序列分析方法对槽式孔板的差压信号进行建模研究。分别从时序建模条件与测量信号的平稳化、模型类型与模型阶次的确定、模型参数的变化规律等方面研究槽式孔板的气液两相流测量信号特征以及两相流流动规律，并应用神经网络映射模型参数与气液分相流量之间的关系，为基于槽式孔板的气液两相流流量计量算法的开发进行了有益的尝试。1．2气液两相流概述异质物体或系统中，各存在分界面的独立物质称

6、之为相。自然界中常见的物质有三相：即固相、液相和气相。因此，由任意两种存在分界面的独立物质组成的物体或系统都称之为两相物体或两相系统【15】。两相物体的流动称为两相流。在两相流中，两相之间不仅存在分界面，而且分界面是随着流动在不断变化的。因此，两相流可定义为存在变动分界面的两种独立物质组成的物体的流动。两相流大致分为3类：气液两相流、气固两相流和液固两相流。此外，两种不同组分液体的共同流动也属于气液两相流的范畴‘161。1．2．1基本参数定义[16-1811．流型气液两相流体在绝热或受热管路内流动时，因压力、流量、热

7、负荷和管道几何形状等不同会形成各种流动结构形式，简称流型。两相流相界面的复杂多变导致流型多种多样，而且不同的气液两相流流型具有不同的动力学和传热特性，因此，流型这一参数是多相流所特有的。目前流型还没有一个统一的分类标准，但它对气液两相流的理论研究与参数测量十分重要。2．分相含率包括截面含气率仅(管道内气相所占截面积和总流通截面积之比，又称空隙率或空泡份额)，体积含气率∥(管道内气相体积流量和两相体积流量之比，又称为流动体积份额)和质量含气率x(气液两相流体中气相质量流量所占两相质量流量的份额，又称为干度)。由于气液两

8、相之间存在速度滑差，所以截面含气率仅与体积含气率∥通常并2中国石油大学(华东)硕士学位论文不相等，有时甚至相差很大。3．流量包括质量流量形(定义为单位时间流过任一流道截面的流体的质量，单位为kpJs)和体积流量Q(定义为单位时间内流经任一流道截面的流体的体积，单位为m3／s)。对于气液两相流，则可以用相应的分相流量表示。由定义可以看出，气液两相