γ射线原油含水率检测系统的分析

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1、第一章绪论11多相流概述“相”通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质部分、“，如固态、液态、气态等，各相颁有明显可分的界面，可以用物理方法分离。单相物质的流动称为单相流”。。所谓两相流或多相流，是指同时存在两种或多种小同相的物质的流动，如气液固三相流，气液液三相流等，几种相态同处于～个系统内流动，町以看成为多相流。与单相流计量相比，精确计量多相流的难度要比精确计量单相流大得多。单相计量可通过铡得压力、流动黏度、班缩性和测量装置的几何尺寸来测得流量。在多相流中．如果每相的变化都是相同的，处理起来要方便一些。多

2、相流计量在以下JL个方面与单相流计量相比有其自身的复杂性：l、各相并非混合均匀。如水与油混合得不好，气体与液体处于分离状态。2、各相以不同的速度流动。各相之间存在着界面效应和柑对速度，相界面在时间和空间上变化比较大，液相和气相咀不同的速度流动。3、混合是不规则的。各相混合时，黏度和总量都会发生变化。4、相与相之1日J相互作用。如气体能从溶液中析出或者溶解在液体中，蜡和水合物会在流体中沉淀。5、流动状态非常复杂，特征参数比单相流系统多。它取决于各相之间的相对速度、流体特性、管路结构及流动方向”’。在石油、化工、电力以及原子能等工业

3、生产和科研领域当中，存在着大量的多相流体测量问题，准确进行多相流各分相的计量，具有卜分重要的意义。1．2多相流的主要参数了解并掌握多相流的各相特性是很有意义的，为此就必须对多相流的参数进行测量”1。多相流的主要参数有：的参数进行测量“1。多相流的主要参数有：第一章绪论1．2．1流型流型是流体流动的形式或结构哺1。各相间存在的随机可变的相界面致使多相流流动形式十分复杂。流型是影响多相流压力损失和传热特性的重要因素。1．2．2流量包括质量流量(单位时间流过任一流道截面的流体的质量)和体积流量(单位时间流过任一流道截面的流体的体积)。

4、对于各相流量，用分相容积流量、分相质量流量描述：对于混合物的流量，用平均容积流量和平均质量流量来描述。1．2．3速度由于各相流动中相问存在速度差，所以除了以混合流体的平均速度描述外，还必须用分相速度来表示。分相速度参数包括各相真实速度(分相体积流量与管道内该相所占截面积之比，又称为相速度)和各相表观速度(分相体积流量与管道总截面面积之比，又称为折算速度)“¨”。1．2．4压力降压力降是多相流的基本参数之一。多相混合物压力降和各分相压力降之f哪己建立了很多理论的、经验的和半经验的关系式。对流动过程中压力降信号进行检测并作适当的分析

5、和处理，可以作为其他多相流动参数检测的重要手段。1．2．5相含率包括质量榴含率(各相质量流量与总质量流量之比)，容积相含率(各相容积流量与总容积流量之比)，截面相含率(某相的流动在任意流通截面上所占通道截面积与总的流通截面积之比，又叫真实相含率)⋯。相含率参量是表征多相流的重要参量，但该参量的测量是多相流测试的难点。由于多相流漉型复杂多变，不同的流型形成不同体积分数的相分布，各相问存在的相对速度形成不同的速度分布，因此要进行多相流量计量，必须测量油气水三相的相含率和分相速度”1。本课题的主要目的是解决相含率的测量问题，即是进行原

6、油含水率、含气率的实时在线测量。第一章绪论1．3多相流含率检测技术发展现状国外在线测量多相流的发展较早，并且已经提出了多种解决方案”3。射线法、电学法、微波法、脉冲电子激活法、核磁场共振法等“”⋯””3。在1964年应用y射线衰减法确定空隙率的思想被提出来，1979年Calgary大学电机工程系的研究人员就已经用Y射线衰减法测量多相流分相含率。有很多科研人员建立了双能射线测量分相含率的系统，包括Kendall(1980)、Roach等人(1994)、VanSanten等人(1995)和Hewitt等人(1995)”⋯。1996年

7、Scheer和Letton等人用三种能量的，射线测量多相流的分相含率““。目前，国外测量多相流已经开始利用光纤探头检测分相含率”⋯。Asali等人””首次应用了环行探针；同时AndreuSS一”和TsochatZidiS等人””研究了关于探针结构灵敏度的理论基础。Koskie等人“”研究了平行线状探针测量液膜厚度的应用和标定。Kang和Kim””通过实验和理论比较了环行和线状探针的性能，确定了探针浸在波动液膜中的空间分辨率。在三相流测量方面，某些多相流测量系统已达到了进行工业性在线测量的水平[2】][z2l[蚰1传统的原油含水率

8、测量方法主要是蒸馏法和电脱法，它们的缺点是人工误差大，测量时间长。国内多相流的在线测量研究开发相对较晚。西安交通大学、浙江大学、清华大学、大庆油嗣先后开展了这方面的研究。近几年来兰州近代物理研究所，北京石油大学等已经开展了油、气、水无分离在线计量研究，取得了一定