低流速油水两相流水包油流型局部流动特性研究 控制工程专业论文.docx

国家自然科学基金资助项目（资助号41174109） 十二五国家科技重大专项课题资助（资助号：2011ZX05020-006） 低流速油水两相流水包油流型 局部流动特性研究 Local Flow Characteristics In Oil-in-Water Two-Phase Flow Pattern At Low Velocity 领 域：控制工程 研 究 生：谷明 指导教师：金宁德 教授 企业导师：马文衡 高级工程师 天津大学电气与自动化工程学院 二零一二年十二月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘 要 油水两相流广泛存在于石油生产过程中。油水两相流流动特性对于了解油 井生产特性及优化油藏管理有着重要意义。但由于油水相界面间的复杂运动及 不同的流动结构，其流动参数测量难度极大。 本文在综合国内外对于流动特性研究方法的前提下，从测量垂直水包油流 型的局部流动特性入手，优化设计了 5 路电导探针阵列传感器，在油水总流量 0.5 方/天至 6 方/天，含水率 80%至 98%的范围内进行了动态实验测量。观察到 了水包油段塞流、水包油泡状流和水包油细小泡状流三种典型流型，提取了每 路探针的局部持油率、局部流速、局部泡径，论文取得如下创新性成果： 1. 优化设计了双头电导探针阵列传感器，通过电场和流场分析，确定了双 头电导探针的左右间距和前后间距最佳值。动态试验测量结果表明：双头电导 探针阵列传感器可有效测量垂直管中水包油流型局部流动特性。 2. 基于 5 路双头电导探针阵列传感器的波动信号，验证了采用自调整双阈 值法可有效地计算局部持率，采用相关测速法测量了每路探针处的分散相局部 流速；在此基础上，计算给出了水包油流型的局部瞬态泡径大小分布，为揭示 水包油流型泡群流动结构特征提供了一种可行途径。 3. 采用计算流体力学中的数值模拟方法提取了截面不同位置处的局部持 率，并与 5 路电导探针阵列传感器测量得到的局部持率进行了对比，发现数值 模拟与实际测量结果较为吻合，指出了数值模拟方法可以作为分析油水两相流 流动特性的辅助有效工具。 关键词： 油水两相流 电导探针阵列传感器 局部持率 局部流速 局部泡径 CFD 数值模拟 ABSTRACT Oil-water two-phase flow widely exists in the process of oil production. The flow characteristics of oil-water two-phase flow are of great significance to understanding oil well production performance and optimizing oil reservoir management. However, due to the complicated flow structure as well as the complex motion in the interface between the oil and water phases, it caused a certain degree of difficulty to measure flow parameters. Based on research methods of flow characteristics home and abroad, we start to measure the local flow characteristics of vertical oil-in-water flow pattern, optimize the design of the 5-channel conductance dual-probe array sensor and conduct a dynamic