楊楊，胡海航，哈雯，楊斌，王棟

（1 上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093；2 上海市動(dòng)力工程多相流動(dòng)與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200093；3 西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）

隨著能源問(wèn)題成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)，石油作為世界三大主要能源之一，其儲(chǔ)量及生產(chǎn)能力具有越來(lái)越重要的戰(zhàn)略意義。由于長(zhǎng)期注水開(kāi)采，我國(guó)80%油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，其中含水率大于97%的油井?dāng)?shù)量超過(guò)一半，油井產(chǎn)液具有高含水特征[1]。因此研究高含水油水兩相流參數(shù)在線測(cè)量方法對(duì)于掌握油井產(chǎn)量及優(yōu)化油藏管理具有重要意義。

目前油田在測(cè)量精度上基本能滿足生產(chǎn)需要的油水總流量和含水率測(cè)量的主要方法有大罐量油法和人工取樣測(cè)量法，兩種方法均存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、人為因素大、無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量等缺點(diǎn)[2]，而廣泛使用的在線測(cè)量方法——電容法無(wú)法滿足在高含水情況下的測(cè)量精度[3]。傳統(tǒng)的兩相流在線測(cè)量研究方法有兩種。一種是沿用多個(gè)單相流量計(jì)的組合法，如Li等[4]使用橢圓齒輪流量計(jì)與文丘里流量計(jì)結(jié)合測(cè)量油水兩相流；馬龍博[5]提出了文丘里管和Coriolis 流量計(jì)相結(jié)合的油水兩相流雙參數(shù)測(cè)量方法；黃志堯等[6]提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)文丘里管與渦輪流量計(jì)的油水兩相流測(cè)量裝置，另外也提出了一種基于文丘里管和彈性刮板流量計(jì)的油水兩相流測(cè)量裝置[7]。另一種在線測(cè)量研究方法是單相流量計(jì)與相含率計(jì)的組合法，如Liu 等[8]采用文丘里流量計(jì)與電學(xué)層析成像技術(shù)結(jié)合測(cè)量油水兩相流；Tan 等[9]利用V 形內(nèi)椎流量計(jì)和電導(dǎo)法組合測(cè)量水平管油水兩相流；嚴(yán)正國(guó)等[10]利用電導(dǎo)傳感器并結(jié)合相關(guān)流量測(cè)量方法測(cè)量高含水油水兩相流；Liu 等[11]利用超聲多普勒測(cè)速儀和電學(xué)傳感器測(cè)量分散型油水兩相流等。傳統(tǒng)的測(cè)量方法精度一般會(huì)受到測(cè)量范圍或流型種類的影響，有些測(cè)量?jī)x表甚至在一定流型下無(wú)法工作。

電磁流量計(jì)具有不受流體密度、溫度、壓力、黏度等物理參數(shù)影響的優(yōu)點(diǎn)，在20 世紀(jì)80 年代，人們就開(kāi)始不斷探索其在兩相流中的應(yīng)用。在理論方面，Bernier 和Brennen[12]討論了使用電磁流量計(jì)進(jìn)行兩相流的測(cè)量方法。隨后Wyatt[13]和Bevir[14]通過(guò)研究認(rèn)為，Bernier 和Brennen[12]的結(jié)論只對(duì)于各向同性且均勻的懸浮液來(lái)說(shuō)嚴(yán)格有效。Krafft等[15-16]通過(guò)研究電磁流量計(jì)對(duì)氣液兩相泡狀流中非導(dǎo)電相的響應(yīng)來(lái)測(cè)量氣泡和水相的流速，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。Zhang[17-18]研究了在二維同心環(huán)域和偏心環(huán)域上非導(dǎo)電相的分布對(duì)電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)的影響以及氣泡在管道不同軸向位置時(shí)對(duì)電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)的影響。Deng等[19]提出了使用電磁流量計(jì)與電阻層析成像相結(jié)合來(lái)測(cè)量垂直管氣液兩相流彈狀流的方法，但由于流型的復(fù)雜性，文獻(xiàn)并沒(méi)有進(jìn)行兩相流實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)方面，Heineman等[20]首次實(shí)驗(yàn)研究了電磁流量計(jì)測(cè)量?jī)上嗔鞣椒?。Hori等[21]進(jìn)一步證明了該方法在一定范圍內(nèi)的可靠性。Cha 等[22]進(jìn)行了一系列使用電磁流量計(jì)測(cè)量垂直管泡狀流的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由于實(shí)際兩相流缺乏均勻性，測(cè)量結(jié)果與理論的偏差隨著相含率和折算液速的增加而增加。電磁流量計(jì)應(yīng)用于兩相流的難點(diǎn)是其對(duì)非軸對(duì)稱相分布場(chǎng)和速度場(chǎng)都很敏感。相分布的復(fù)雜多變，會(huì)不斷影響權(quán)重函數(shù)的分布，而非軸對(duì)稱的速度分布與復(fù)雜多變的權(quán)重函數(shù)分布又會(huì)最終影響電磁流量計(jì)的輸出電勢(shì)，當(dāng)非導(dǎo)電相接觸電極時(shí)，更會(huì)導(dǎo)致電磁流量無(wú)法正常工作。因此，如果能使兩相流內(nèi)速度場(chǎng)和相分布場(chǎng)軸對(duì)稱分布，那么電磁流量計(jì)測(cè)量?jī)上嗔鞯姆秶蜁?huì)大大增加。

近年來(lái)，Wang等[23-26]提出了使用管內(nèi)相分隔改善兩相流測(cè)量的思路，即利用兩相流體物性差異對(duì)流體施加一定外力，實(shí)現(xiàn)相與相之間的隔離，從而使原本隨機(jī)分布的兩相分別聚集在管道特定的連續(xù)空間內(nèi)，形成相分布與速度分布軸對(duì)稱的流動(dòng)狀態(tài)，從而大大降低流型對(duì)測(cè)量的影響，提高測(cè)量方法的適用范圍。在高含水油水兩相流中，利用旋流法實(shí)現(xiàn)的管內(nèi)相分隔如圖1所示，可以看出原本細(xì)小而分散的油滴，全部聚集到了管道中心。尤其在特低含油工況，相分隔前幾乎不能觀察到油滴，而相分隔后能明顯看到油柱的存在。

圖1 高含水油水兩相流管內(nèi)相分隔現(xiàn)象[25]

本文提出了一種基于管內(nèi)相分隔的高含水油水兩相流雙參數(shù)在線測(cè)量方法，先將難以測(cè)量的分散細(xì)小油滴集中到管道中心，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)相分隔，再采用電磁流量計(jì)和差壓方法相結(jié)合，對(duì)油水兩相流中的總流量和含水率進(jìn)行測(cè)量，從而為高含水油水兩相流在線測(cè)量提供新的測(cè)量方法和理論指導(dǎo)。

1 測(cè)量裝置與原理

1.1 測(cè)量裝置

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測(cè)量裝置如圖2所示。實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的工作流程為：水箱中的水由水泵送入電磁流量計(jì)中進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合水路流量調(diào)節(jié)閥和變頻器將水的流量調(diào)至目標(biāo)值。油箱中的油經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，由油泵送入到科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合油路中的流量調(diào)節(jié)閥和變頻器將油的流量調(diào)至目標(biāo)值。水相和油相進(jìn)入混合器后充分混合，最終流經(jīng)內(nèi)徑為23.1mm 的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)段出口的油水兩相流體進(jìn)入油水分離器，通過(guò)波紋板的重力沉降和聚結(jié)分離作用，將密度不同的油水兩相分離至油箱和水箱循環(huán)利用。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)具體物理參數(shù)見(jiàn)表1，實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)如圖3 所示。旋流器由螺旋導(dǎo)流葉片組成，升角為30°，纏繞的圈數(shù)為0.5。分別取徑向差壓信號(hào)和軸向差壓信號(hào)，其中徑向差壓為旋流器下游截面處中心到壁面的靜壓差，主要由離心力產(chǎn)生；軸向差壓為旋流器上游和旋流器下游的壁面靜壓差，主要為旋流器的局部阻力壓降。電磁流量計(jì)采用電極不與流體直接接觸的電容式電磁流量計(jì)，其電極面積遠(yuǎn)大于點(diǎn)電極式電磁流量計(jì)，在油水兩相流測(cè)量中的表現(xiàn)更好[29]。實(shí)驗(yàn)中相對(duì)壓力范圍為19～104kPa，溫度范圍為16.4～17.7℃。

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖3 實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)

表1 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的物理參數(shù)（20℃、101325Pa）

1.2 測(cè)量原理

1.2.1 電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)測(cè)量液體流速的工作原理是法拉第電磁感應(yīng)定律[30]。液體在做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，壁面上的電極能夠感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，由電磁感應(yīng)定律可得式(1)。

式中，EAB為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；D為管道內(nèi)徑，m；為液體的平均速度，m/s。

在理想環(huán)狀流中，如果非導(dǎo)電流體分布在中心，導(dǎo)電流體分布在環(huán)域中，且速度為軸對(duì)稱分布時(shí)，有式(2)[13]。

式中，vW為導(dǎo)電相流體平均速度，m/s。

式(2)表明，在環(huán)狀流中電磁流量計(jì)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與導(dǎo)電相流體平均速度的關(guān)系和單相流相同。油水兩相流實(shí)現(xiàn)管內(nèi)相分隔后，油相集中到管道中心，水相分布在環(huán)域中，速度為軸對(duì)稱分布，且旋流對(duì)電磁流量計(jì)的影響可以忽略不計(jì)[23-24]，所以式(2)在油水兩相流管內(nèi)相分隔中仍然成立。另外由于油水密度差異較小，可忽略油水之間的滑移速度，即電磁流量計(jì)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與油水平均流速的關(guān)系和單相流相同，電磁流量計(jì)輸出的流速即為油水平均流速測(cè)量值，電磁流量計(jì)輸出的流量則為油水總流量測(cè)量值。

1.2.2 差壓測(cè)量方法

在旋流法實(shí)現(xiàn)的管內(nèi)相分隔中，旋流器本身會(huì)產(chǎn)生一定的局部阻力損失，增加了軸向壓降；另外，旋流器下游旋轉(zhuǎn)流動(dòng)中由于離心力的存在，使得同一截面上管道中心與壁面存在一定的徑向壓差。

對(duì)于單相流體，Wang 等[26]發(fā)現(xiàn)流量與旋流器下游某截面管壁到管中心的徑向壓差ΔpR的二次方根呈正比例關(guān)系，如式(3)所示。

式中，QS為單相流體的體積流量，m3/s；ΔpR為旋流器下游某一截面上管壁處和管中心之間的徑向壓差，Pa；C為流量系數(shù)；ρ為流體的密度，kg/m3；A為圓形管道流通截面，m2。

對(duì)于軸向差壓來(lái)說(shuō)，壓降包括旋流器的局部阻力損失壓降和旋流器前后直線流和螺旋流的摩擦壓降，如式(4)。

式中，ΔpZ為軸向壓差，Pa；L1為旋流器到其上游軸向差壓取壓點(diǎn)距離，m；L2為旋流器到其下游軸向差壓取壓點(diǎn)距離，m；λL為直線流的摩擦阻力系數(shù)；λX為旋流的摩擦阻力系數(shù)；ζ為局部阻力系數(shù)。

為了保持形式一致，可將軸向差壓改寫(xiě)成式(5)形式。

其中C可用式(6)表示。

考慮以上形式的差壓計(jì)算式，并假定兩相的流量系數(shù)相同，在分相流模型下，可得到式(7)[31]。

式中，ΔpTP為油水兩相流流過(guò)時(shí)的壓差，Pa；ΔpO為油相單獨(dú)流過(guò)時(shí)的壓差，Pa；ΔpW為水相單獨(dú)流過(guò)時(shí)的壓差，Pa；Δp'W為假定兩相流體全部為水時(shí)的壓差，Pa。

此外兩相流有如式(8)～式(10)的關(guān)系式。

式中，QO為油相的體積流量，m3/s；QW為水相的體積流量，m3/s；QTP為兩相流的體積流量，m3/s。ρO為油相密度，kg/m3；ρW為水相密度，kg/m3。

分相流模型只是一個(gè)理想的模型，通常將此模型直接應(yīng)用于兩相流后所得的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相差較多，但是它為解析方法研究提供了一個(gè)方向，因此有很多實(shí)用的測(cè)量關(guān)系式都是基于該理論模型發(fā)展的，通過(guò)一定的修正可以在一定范圍內(nèi)達(dá)到較高的精度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，可建立式(11)形式的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

式中，UM為油水平均流速，m/s；a、b、c為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)獲得。

式中，a'、b'、c'為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)獲得；βW為含水率。本研究首先利用電磁流量計(jì)測(cè)量得到油水平均流速，再結(jié)合差壓比實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，得到含水率。

2 數(shù)值模擬

為了得到徑向差壓與軸向差壓取壓的最優(yōu)位置，采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 數(shù)值模擬方法

采用ICEM 對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分，中部有旋流器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，旋流器及其所在直管段采用適應(yīng)性較強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，兩端直管段部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分。網(wǎng)格劃分如圖4所示。

圖4 旋流器附近網(wǎng)格

本文模擬的工況是高含水工況，含水率在85%～100%之間，兩者互不相融。在相分隔前，水相為連續(xù)相，油相為離散相，油水兩相混合流動(dòng)。流經(jīng)旋流器后，油滴聚集到管道中心，水相分布在環(huán)域處，形成相分隔狀態(tài)。但由于油水密度差較小，油水分界面比較模糊，油芯邊界有一定含水，水環(huán)邊界有一定含油。同時(shí)，在旋流器下游隨著旋流的衰減，相分隔后的兩相流有重新混合的趨勢(shì)，逐步趨向于混合流。Fluent 提供的多相流模型有3種，其中VOF模型適用于分層流、自由面流動(dòng)等；Mixture模型適用于如重力、離心力及其他體積力作用下的液滴或者粒子分離計(jì)算，適合流動(dòng)中有相混合或分離的流動(dòng)；相比于歐拉模型，Mixture模型簡(jiǎn)化了一部分方程，在求解較少變量的情況下，其性能與歐拉模型接近，若對(duì)精度要求很高，歐拉模型是更好的選擇，但是歐拉模型的計(jì)算穩(wěn)定性更差。Wang 等[25]用Mixture 模型模擬了油水兩相流相分隔過(guò)程，當(dāng)管中心的含油率超過(guò)90%的時(shí)候，假設(shè)為全部是油相，研究了油水密度差、油相黏度、體積含油率等參數(shù)對(duì)油水相分隔的影響，并對(duì)旋流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化選擇；林剛等[32]選用Mixture模型進(jìn)行模擬，研究了操作參數(shù)對(duì)柱形油水分離器性能的影響，得到了合適的分流比是提升油水相分離性能的關(guān)鍵；劉慶超[33]運(yùn)用Mixture模型研究了高黏度原油對(duì)井下旋流器分離性能的影響規(guī)律，為同井注采技術(shù)在高含水稠油工況的應(yīng)用提供參考?；谝陨希疚倪x用Mixture模型。入口邊界條件選用的是速度進(jìn)口，入口的湍流參數(shù)采用水力直徑和湍流強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行約束。選擇RSM 模型作為其湍流模型，Wang等[26]在對(duì)垂直裝有旋流器的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行不同湍流模型的仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，雷諾應(yīng)力模型（RSM）更適合葉片式旋流器的數(shù)值模擬。

分別劃分了3組網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，網(wǎng)格數(shù)量見(jiàn)表2。比較旋流器下游5 倍管徑處徑向位置的含油率，如圖5所示。從圖中可以看出隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，管中心含油率也在不斷增加。相比于Mesh1 和Mesh3，Mesh2 在運(yùn)用較少的計(jì)算量下保證管中部含油率波動(dòng)較低。因此選取Mesh2作為最佳網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行研究。一共進(jìn)行了16 個(gè)不同工況的模擬，各工況參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各工況參數(shù)

圖5 旋流器下游5倍管徑處徑向含油率

表2 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性的驗(yàn)證

2.2 模擬結(jié)果分析

以流量為1m3/h、含水率為85%時(shí)的工況為例，管道縱截面上的壓力和軸向速度分布云圖如圖6所示，旋流器下游5倍管徑處的截面壓力和軸向速度分布曲線如圖7所示。從圖中可以看出，當(dāng)流體流經(jīng)旋流器后，壓力分布和軸向速度分布軸線對(duì)稱。由于旋流器產(chǎn)生的局部阻力，旋流后壓力大幅下降。從圖6(a)和圖7(a)中可以看出，旋流后管道中心壓力最小甚至出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，壓力從管道中心到管壁逐漸增加。同時(shí)隨著旋流的衰減，管壁壓力與管道中心壓力的差距逐漸縮小。從圖6(b)和圖7(b)中可以看出，旋流后管道中心速度較低，截面流速分布從管中心到管壁先上升后下降，呈M 形。同時(shí)隨著旋流的衰減，管道中心流速沿著軸向方向逐漸增加。

圖6 管道縱截面壓力和軸向速度分布云圖

圖7 旋流器下游5倍管徑處橫截面壓力和軸向速度分布曲線

為了研究不同取壓位置差壓對(duì)含水率的敏感度，定義壓差變化率S，如式(13)。

各工況下徑向差壓變化率S的模擬結(jié)果如圖8所示。可以看出含水率相同時(shí)，流量越小，S越大；油水總流量相同時(shí)，含水率越小，S越大。沿著流向方向，即離旋流器越遠(yuǎn)，各工況下徑向壓差的變化率整體上是越來(lái)越高的，表明其對(duì)含水率的變化越來(lái)越敏感。但考慮到離旋流器越遠(yuǎn)，相分隔效果越來(lái)越差，流型越不穩(wěn)定，測(cè)量波動(dòng)較大。同時(shí)隨著旋流的衰減，差壓變化的絕對(duì)值越來(lái)越小。因此，綜合考慮測(cè)量精度和徑向壓差的敏感度，選取旋流器下游10D處作為徑向壓差的測(cè)量位置。

圖8 不同工況下徑向壓差變化率隨軸向位置的變化

本文選取旋流器上下游的軸向壓差作為軸向壓差的取壓段，確定上游取壓點(diǎn)為旋流器上游2.4D，下游取壓點(diǎn)不同位置下軸向差壓變化率S的模擬結(jié)果如圖9 所示。從圖中可以看出，含水率相同時(shí)，流量越小，S越大；油水總流量相同時(shí)，含水率越小，S越大。隨著下游取壓點(diǎn)位置的變化，S變化并不大，當(dāng)軸向壓差下游取壓點(diǎn)位于旋流器下游2.4D～2.6D時(shí)軸向壓差變化率相對(duì)較大，因此本文取旋流器下游2.6D處作為軸向壓差的下游取壓點(diǎn)。最終實(shí)驗(yàn)段測(cè)量裝置布置的位置如圖2所示。

圖9 不同工況下軸向壓差變化率隨軸向位置的變化

3 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)中油水兩相流的總流量范圍為1.0～2.6m3/h，含水率范圍為84%～100%，共出現(xiàn)兩種流型，一種是水包油和水層分散流（D&W），另一種是水包油分散流（DO/W），如圖10所示。

圖10 實(shí)驗(yàn)流型

3.1 油水兩相流總流量

電磁流量計(jì)測(cè)量油水兩相流總流量QTP的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。由圖可以看出，總流量QTP測(cè)量的相對(duì)誤差都在±5%以內(nèi)，其平均絕對(duì)誤差為1.8%，說(shuō)明在油水兩相流管內(nèi)相分隔下電磁流量計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)總流量的測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)幾乎不受含水率和總流量大小的影響。

圖11 油水兩相流管內(nèi)相分隔中總流量QTP的測(cè)量誤差

總流量誤差主要由以下兩個(gè)因素產(chǎn)生。第一，Yang等[24]利用電磁流量計(jì)測(cè)量了氣水兩相流中的水速，發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)的輸出流速小于水速，故引入了大于1的儀器因子進(jìn)行校正。在本文的研究中未引入儀器修正因子，因此會(huì)引起負(fù)誤差。第二，在旋流下，橫截面速度分布會(huì)由倒U形變?yōu)镸形，即中心速度偏低，油芯速度會(huì)小于水環(huán)速度（相分隔后產(chǎn)生明顯油柱的原因，除了旋流的聚集作用，還有油速降低的原因），從而引起正誤差。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，絕大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生正誤差，可能是因?yàn)橛退倨鸵鸬恼`差占主導(dǎo)作用。

3.2 油水兩相流含水率

圖12 實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式(14)的擬合曲面

通過(guò)電磁流量計(jì)得到兩相流總流量QTP，進(jìn)而可以得到油水平均流速UM，油水兩相流流過(guò)時(shí)的徑向壓差ΔpTP,R和軸向差壓ΔpTP,Z可直接用差壓表測(cè)得，再根據(jù)上述關(guān)聯(lián)式，得到含水率測(cè)量值，測(cè)量結(jié)果如圖13所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高含水油水兩相流中，此方法測(cè)量含水率βW的平均絕對(duì)誤差為2.2%，相對(duì)誤差幾乎都在±5%以內(nèi)，測(cè)量精度幾乎不受流型影響。誤差的產(chǎn)生一方面取決于擬合曲面的精度，另一方面，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)計(jì)量?jī)x表的不確定度及試驗(yàn)臺(tái)的不穩(wěn)定性也可能帶來(lái)系統(tǒng)誤差。

圖13 雙參數(shù)測(cè)量中體積含水率βW的測(cè)量結(jié)果

4 結(jié)論

本文提出了一種基于管內(nèi)相分隔的高含水油水兩相流雙參數(shù)測(cè)量方法。利用旋流器實(shí)現(xiàn)管內(nèi)相分隔，將分散的油滴集中到管道中心后，再采用電磁流量計(jì)與差壓方法相結(jié)合，測(cè)量高含水油水兩相流總流量和含水率。在管內(nèi)相分隔下引入軸向差壓與徑向差壓，建立了軸向差壓與徑向差壓比實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，并通過(guò)數(shù)值模擬方法優(yōu)化了兩種差壓的取壓位置。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在油水兩相流實(shí)現(xiàn)管內(nèi)相分隔后，利用電磁流量計(jì)可以測(cè)量油水兩相流總流量，誤差在±5%以內(nèi)。通過(guò)建立軸向差壓與徑向差壓比實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，結(jié)合總流量測(cè)量結(jié)果，可以得到含水率，測(cè)量誤差幾乎都在±5%以內(nèi)。