渦輪流量計(jì)在油水氣計(jì)量中應(yīng)用研究

油井三相流的分離分相計(jì)量精度主要是受氣液分離程度和含水率計(jì)精度的影響。上海上自儀公司提出利用同軸線相位法環(huán)空找水儀和渦輪流量計(jì)的響應(yīng)函數(shù)來(lái)控制氣液分離, 其控制是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自校正控制。含水率測(cè)量選用高精度的同軸線相位法含水率計(jì), 這滿足了油井三相流的精確計(jì)量要求。

在油田生產(chǎn)過(guò)程參數(shù) (如溫度、壓力等) 檢測(cè)中, 以流量和各相持率測(cè)量非常為復(fù)雜, 是較難測(cè)量的兩個(gè)參數(shù),引起了工程技術(shù)人員的興趣。隨著油田的發(fā)展, 被測(cè)對(duì)象不再局限于單相流, 而要對(duì)多相流、混合狀態(tài)的流量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量多相流的技術(shù)難度要比單相流體的精確測(cè)量大的多, 知道單相流體的密度、粘度及測(cè)量裝置的幾何結(jié)構(gòu), 便可以對(duì)單相流進(jìn)行定量分析。如果能利用多相流中每一相的上述各物理量對(duì)多相流進(jìn)行測(cè)量的話, 就很方便。但很遺憾的是, 多相流體的特性遠(yuǎn)比單相流體的特性復(fù)雜的多, 如各組分之間不能均勻混合、混合流體的異常性、流型轉(zhuǎn)變,相對(duì)速度、流體性質(zhì)、管道結(jié)構(gòu)、流動(dòng)方向等因素將導(dǎo)致渦輪流量傳感器響應(yīng)特性的改變。

在單相流的條件下, 渦輪的轉(zhuǎn)速和流經(jīng)它的體積流量成一單值線性函數(shù), 在油水兩相流中, 只要流量超過(guò)始動(dòng)流量, 在允許的誤差范圍內(nèi), 渦輪的響應(yīng)和體積流量也是成線性函數(shù)。

但在多相流動(dòng)中, 即使在總流量保持不變的情況下, 混合流體的密度發(fā)生變化, 也會(huì)引起渦輪轉(zhuǎn)速的很大變化?；旌狭黧w經(jīng)過(guò)氣液分離后, 利用成熟的單相流測(cè)量技術(shù)和相分率測(cè)量技術(shù)計(jì)量, 因此計(jì)量的不確定度主要受氣液分離程度的影響。基于此, 提出利用同軸線含水率計(jì)和渦輪流量計(jì)的響應(yīng)函數(shù)混合控制氣液分離器方法。

1 工作原理

渦輪流量計(jì)是一速度式流量計(jì), 它通過(guò)測(cè)定流體中渦輪的轉(zhuǎn)速來(lái)反映流量的大小。在管道中心放置一個(gè)渦輪,當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí)沖擊渦輪葉片, 對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩, 使渦輪克服阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定流量、黏度范圍內(nèi)的流體介質(zhì)中, 渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。因此, 流體的流速可以通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度求得, 進(jìn)而通過(guò)換算可得出通過(guò)管道的流體流量。氣液兩相流時(shí), 由于相比液相的速度高, 所以測(cè)量結(jié)果增大。同軸線相位法環(huán)空找水儀是通過(guò)測(cè)量電磁波在油水混合介質(zhì)中傳播的相位差來(lái)測(cè)量含水率。當(dāng)有氣的時(shí)候, 氣液混合介質(zhì)的介電常數(shù)的增大, 使得同軸線相位法環(huán)空找水儀的響應(yīng)值比液體的時(shí)候, 下降很多。當(dāng)氣液分離完全的時(shí)候, 它的響應(yīng)值就又上升到純液的時(shí)候的值, 據(jù)此判定, 氣液分離完全。

氣在氣液分離時(shí)利用渦輪流量計(jì)和同軸線相位法環(huán)空找水儀的響應(yīng)函數(shù)來(lái)控制氣液分離器將很好的減小測(cè)量的誤差。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自校正控制, 沒有參考模型, 而依靠在線遞推識(shí)別 (參數(shù)估計(jì)) 估計(jì)系統(tǒng)未知的參數(shù), 以此來(lái)在線控制設(shè)計(jì)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制。設(shè)單輸入單輸出線性系統(tǒng)為。

水氣模擬環(huán)路中, 以清水模擬油井產(chǎn)出液, 以空氣模擬油井的分離氣。通過(guò)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)流量渦輪獲得標(biāo)準(zhǔn)流量。標(biāo)準(zhǔn)流量的水和一定量的氣體混合, 即得到混合液?；旌弦和ㄟ^(guò)分離裝置, 經(jīng)分離, 即可得到分離后的水的流量。在試驗(yàn)中, 當(dāng)含水率計(jì)的響應(yīng)值為全水值時(shí), 即表示分離完全, 且實(shí)驗(yàn)選用的含水率計(jì)的全水值為4500Hz。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)選4-5-3, 學(xué)習(xí)速率ηk=0.78, μk=0.64, 加權(quán)系數(shù)初始值取區(qū)間[-0.5, 0., 5]上的隨機(jī)數(shù)。輸入指令信號(hào)為采樣得到的一路同軸線相位法找水率計(jì)信號(hào), 輸出信號(hào)取渦輪流量計(jì)的信號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)同軸線相位法含水率計(jì)和渦輪流量計(jì)的響應(yīng)函數(shù)來(lái)控制氣液分離, 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整, 基本達(dá)到完全分離的目的。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自校正控制, 上海上自儀公司可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液分離的實(shí)時(shí)控制。此方法效果好, 現(xiàn)已在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用, 前景廣闊。