多相流测量技术的研究进展

多相流性能测试技术的研究及其应用多相流是指两种或两种以上的不同物质同时存在于同一空间中，并且彼此之间的相互作用使它们不呈现出单一的运动状态。

通常可以分为气-液、固-液、液-液和气-固-液等情况。

在许多工业和科学领域，多相流的运动及其特性是十分重要的，因此研究多相流性能测试技术是十分必要的。

一、多相流性能测试技术研究的现状多相流性能测试技术是一个相对较新的领域，目前国内外关注度高，相关研究成果得到了很好的实践应用和推广。

可以确定的是，多相流的监测和测量技术模型的研究是一个充满挑战和机遇的领域，许多科学家已经开展了许多研究性工作，如多相流的流体力学分析、数据采集及分析、测量技术、控制技术的研究等。

当前，国内外多相流性能测试技术主要集中在以下几个方面：1. 传统测试方法：传统的测试方法通常通过试验的物理实验室进行，例如研究人员使用实验室内的流动管道来模拟不同介质之间的传输和反应等。

这种方法的测试成本相对较低，测试准确度也高。

但是，受制于实验室能力和成本因素，其测试范围相对较窄。

2. 光学测试方法：光学测试技术意味着使用光学仪器，如激光测速仪、高速摄像机等来监测多相流动态变化过程。

由于光学测试具有在线、无损、非侵入性等特点，能够实时获取目标物质多个维度、高精度、大范围的数据，其应用前景非常广阔。

但是，相较于传统测试方法，光学测试设备的费用显然更高。

3. 数值模拟方法：数值计算方法可以为多相流研究提供一个全面的理论基础。

利用计算机模拟多相流，可以预测流量、压力分布、速度分布、液膜厚度和空气剪切层等多相流参数分布以及相互作用等数量性和质量性的信息。

但是，其可靠性和精度方面存在一定的误差，需要不断优化。

二、多相流性能测试技术的应用在工业生产和科学研究等领域，多相流性能测试技术具有广泛的应用前景，其中最主要的应用领域包括石油化工、核污染监测、环保工业、冶金矿业、水利水电工程等。

1. 石油化工：石油化工工业中的制造过程中，大量的多相流现象常常会发生，例如气液、固液和液液混合物，因此多相流性能测试技术可以用于流量和质量分析。

多相流测量技术的研究及其应用前景曹艳强 曹岩西安石油大学石油工程学院 陕西 西安 710065摘要：多相流广泛存在于石油工业中,因此对于多相流的测量就具有非常重要的意义。

然而,由于多相流在流动过程中流型复杂,成分多变。

到目前为止,多相流的测量仍然是石油行业中的一个难题，但同时多相流技术的应用潜力还是被大家非常看好的。

关键词：多相流 压降 分相含率 空隙率 速度 流量1多相流简介在大自然中,物质可以分成气相、液相和固相三相[]1。

顾名思义多相流就是指同时存在两种或两种以上不同相混合物质的流动。

在日常生活中常见的多相流有气固两相流、气液两相流、液固两相流、液液两相流以及气液液、气液固多相流等等。

在多相流的研究中,通常将在同一自然相中存在明确界面的不同物质当作不同相进行研究,如在油水混合物中,由于油和水互不相溶,那么就会在两者之间存在明显的相界面,这样就称为油水两相流。

多相流在石油化工行业中是一种十分普遍的现象。

在石油开采过程中，从采出到运输都会存在油、气、水三相混输，这是一种很典型的多相流，甚至还存在油、气、水、沙四相流。

多相流是在流体力学，物理化学，传热传质学，燃烧学等学科的基础上发展起来的一门新兴学科,对国民经济的发展有着十分重要的作用,它广泛存在于能源、动力、石油化工、核反应堆、制冷、低温、环境保护及航天技术等许多工业部门。

因此，虽然多相流的发展历史只有短暂的几十年，但由于油气水多相流检测技术的研究具有重要的理论和工程意义，发展脚步很快。

尤其是在20世纪50年代以来,由于石油化工行业中高参数的引人,以及对环境保护的日益重视,在一定程度上大大地促进了多相流研究及其应用的发展[]2。

2多相流的测量参数[]3在多相流的流动过程中，由于相与相之间的作用，就会有分布和形状在空间和时间里都是可以随时变化的相界面，而相与相之间又会存在不同的速度，导致通过管道的不同相的流量比和其所占的管截面比并不相等。

因此，根据多相流的这些特点，描述其流动的参数就要比单相的参数要复杂。

多相计量技术新进展 叶兵(中海石油研究中心) 摘要　多相计量技术是近年来发展起来的计量方面的前沿技术,它是在不进行油气水三相分离的情况下,实现三相在线、连续、自动计量。

在海洋石油、沙漠油田或边远油气田等特殊作业环境有着广阔的市场。

关键词　油田计量　多相流量计　多相计量DOI:1013969/j.iss n.1002-641X120101210141　概况在过去的十年中,多相流计量系统的发展、评估和运用一直是世界油气工业的主要焦点。

迄今为止,已经开发了很多供选择的计量系统,但是没有一个能够称得上是广泛应用或绝对精确。

第一个商用多相流量计出现在大约十年前,是80年代初期多相计量研究项目的结果。

一直致力于研发多相流计量技术的大学研究中心和石油公司有:Tulsa (美国)、SIN TEF(挪威)、Imperial大学(英国)、国家工程实验室(英国)、CMR(挪威)、英国石油公司、德士古公司、埃尔夫石油公司、壳牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。

对这些标准多相流量计进行的测试是由英国石油公司和德士古公司共同完成的。

在不到十年之内,多相流计量已经在油田中得到了认可,并开始成为新油田开发考虑的首要计量方法。

2　多相流计量的基本原理基本上,有两种方法测量多相流的流量。

第一种方法,测量流动参数,它是三个流量的函数。

因此,可以测定通过文丘里管流量计的压降、γ射线束的衰减和混合物的阻抗,建立这些测量值与各相流量之间的关系,要建立三相流动需要三个独立的测量值。

没有方法能够理论上预测这种关系,因此,一定要通过校准来确定这些关系。

但不可能在测量技术应用的所有情况下校准,而且这种方法并不总是有效的。

校准方法通常可以通过神经网络技术来得到增强,这种技术可以高精度地确定函数关系。

然而,这种技术虽然有用,但不能解决基本问题,也就是说校准只用于实施校准的情况下。

第二种方法包括测量相位速度的基本参数和相位横截面分数(持率)或与它们有明确关系的量。

海洋石油和天然气的储量惊人，开发潜力巨大[1]。

我国是海洋大国，海岸线长度1.8万公里，居世界第四位，大陆架面积位居世界第五，海洋石油和天然气储量丰富。

我国海洋石油天然气勘探主要集中在渤海、黄海、东海和南海北部大陆架。

根据中海油总公司报告资料，仅南海盆地群的石油地质资源量就达到230亿至300亿吨，天然气总地质资源量约16万亿立方米，约占到中国油气总资源量的三分之一左右，其中70％蕴藏于深海区域。

多相流测量是水下油气作业中必然面对的难题。

深水油气开采技术难度大、成本高，水下油、水、气多相流测量技术是海洋油气田开发过程中，尤其是深水作业中必不可少的技术需求。

一、水下多相流量计发展概况多相流是一种复杂的流动现象，普遍存在于能源、水力、化工、气象、航天等诸多领域，如何对多相流进行有效的监测一直以来都是学界的一个技术难题。

多相流的发展史可以追述到19世纪70年代，直到20世纪40年代两相流一词始见诸文献。

1974年《国际多相流杂志》创刊，1982年多相流手册出版，逐渐形成了一门独立的学科[2]。

经过近40年的发展，对多相流的研究已经取得了一系列颇具意义的进展，尤其在多相流测量领域，已经出现了一些较为成熟的计量仪器，并成功应用于工业生产，取得了较为显著的经济效益[3]~[6]。

水下多相流量计的出现是为了解决传统测量方式的不足。

在水下多相流量计出现以前，水下多相流测量多依靠将油井产物通过测试管线引至平台测试分离器或多相流量计进行油、气、水流量的测量。

这种方法由于需要单独的测试管线，投入巨大，同时也带来了操作困难[7]。

水下流量计的出现，使得水下单井产量的连续、实时测量成为可能，极大地改善了测试数据的准确性和时效性，对于生产动态监测、油藏管理优化和流动保障具有重要意义。

由于多相流测量本身难度较大，加之水下特殊的应用环境带来的挑战，目前世界上只有Schlumberger、Emerson、FMC、Pietro Fiorentini等少数几家国外公司具备水下多相流量计的设计、制造和安装技术，国内公司虽然在地面多相流计量领域已经实现商业化多年，但水下多相流量计的研究还处在起步阶段。

技术创新41多相流益测技术进展◊西南石油大学石油与天然气工程学院张小弩流动结构特征是多相流流动 分析的基础，其中波浪形态和分 散液滴尺寸的测量准确测量对于 持液率、摩阻参数的计算具有重 要意义。

本文详细介绍了目前广 泛应用的探针法、高速成像法、超声波衰减法、光衍射法、库尔 特法的测量原理及适用条件。

未 来多相流监测技术将应当融合人 工智能、机器学习等最新科技成 果，同时基于大数据分析，以实 现对不同场合多相流波形结构以 及液滴和气泡分布的高效准确监 测。

1引言多相流系统广泛存在于化工、石油、能源、航天、冶金等各个工ik领域。

多相 流流动中相界面在空间和时间上的分布特 征，称为流型，或者流态。

流型是多相流 各种流动中最本质的特征，其他的各种流 动特性，流动参数等往往都受到流型的影 响。

多相流流型复杂多变，受到流童、分相含率、容寸、壁面材料、讓角度以及流体物性参数等各种因素的影 响，其准确测童对于流动分析具有重要意 义。

早期的油水两相流研究中的流型识别 中主要采用目测法，目测法识别能力差，难以对多相流分布进棟化分析。

随着科 学技术的发展，新的测量技术不断浦现。

本文介绍了现阶段国内外采用的主要液液 两相流监测技术。

2多相流监测技术2.1探针法探针法是利用电极传感器对多相混合 物的局部电导率进行测量。

图1和图2展示 了用于测量管道多相流的电导探针构成。

利用电导探针测置气泡直径比较准确，应 用比广泛。

用于测量油水两相分散流的液 滴，当油品粘度不大、液滴密度较小时，测置比较准确；当油品粘度较大时，油相 ^«1十头^^上部，导财相经过时无法识别。

因此，双头电导探针 用于测置油水两相分散流液滴时存在一定 的局限。

此外，电导探针测试属介入式测 量，会干扰流体的流动而引起测量误皆|。

图1电导探针局部高速成像种传统的流动_测童手段，它主要利用照相机、髙速摄像机、内窺齡照相设备，采用取样觀显微镜等辅助手段来采集液滴和波形照片，并用图像处理软件对液滴和波形成像进機计处理，从而得到粒径尺寸，職和分布情况。

国内外多相流计量技术的发展摘要伴随着石油工业的不断发展，石油的开发已由较容易开发的内陆地区向深海及沙漠地区发展，并孕育出了管道多相流的输送技术.本文就今年来多相流计量技术的发展作了简单的归纳.关键词多相流；计量技术；流量计60年代开始人们就对多种存在形式的流体在同一输送管中的输送状态作了研究，由于当时工业水平的限制，多相流输送技术一直存在缺陷，其中最为核心的是多相流的计量技术。

近年来，随着计算机技术的快速发展，以油气水混输技术为代表的多相混输技术不断发展，多相流的相关测量技术得到了极大的进步，因而可以使该技术能够在目前的生产中应用。

加之目前油田开发逐步进入海洋，又使得该技术有了更为广阔的应用空间，同时也促进了该技术的发展。

国内外公司相继投入大量的资金研发多相流计量计，并广泛的实验与应用。

多相流的技术发展，实现了进口原油的多相流计量，与传统的分离计量相比，有了极大的提高。

这一技术实现了油田井口计量技术里程碑式的改进。

传统分离计量设备需要极大的投资，通过改进后的技术，可以实现设备的小投入，带来了可观的经济效益。

在沙漠和深海的油田开发中，由于其具有工艺简单，计量精确的特点，更容易产生经济效益，故而应用也更为广泛，所以本文在这里简要介绍了国内外多相流计量技术的发展历程，并就现在多相流测量技术的发展作了简要的介绍。

1多相流计量技术现状多相流的测量技术在开发上面也有很多的技术难题，不少的研究机构和厂家在研究整个测量流程的时候都或多或少的遇到了各种各样的难题，但每个厂家均在其自己研究的产品上获得了突破，解决了相应的技术难题。

比如利用小型取样分离技术的多相计量系统，在测量的过程中就会遇到原油起泡的问题，如果分离器内的气液分离效果不好，含水量的测量值就会不精确，甚至出现较大的偏差，多相流计量机的性能也会受到影响。

而采用微波、电感和电容技术实现多相流测量的流量计，它又只有满足在油连续相乳化液的流型的条件下才能使用，假如流体中的必要的特征出现变化或是不存在，往往会影响测量的精度出现大幅度的改变。

油气水多相流测量技术的研究的开题报告一、研究背景随着能源需求的不断增长，油气开采日趋复杂，多相流测量技术也成为了研究的热点之一。

多相流是指在同一管道或介质中同时存在液态、气态和固态多种相的流动，这种流动具有复杂性、不规则性和不稳定性，使得多相流测量成为了一项具有挑战性的技术。

油气水多相流是多相流测量技术应用的重要领域之一，由于不同相之间的特性不同，传统的单相流测量技术难以准确测量油气水三相的流量和比例。

因此，油气水多相流测量技术的研究对于油气开采具有非常重要的意义。

二、研究目的本研究旨在针对油气水多相流测量技术的难点及其在油气开采中的应用，开展相关研究，探究多相流测量技术的发展现状与未来发展趋势，以期为油气开采技术提供有效的支撑。

三、研究内容1. 油气水多相流测量技术的原理及分类2. 多相流测量技术的应用现状及发展趋势3. 多相流测量技术的关键问题和研究进展4. 基于图像处理的多相流测量技术研究5. 基于声波传感器的多相流测量技术研究6. 基于质谱分析的多相流测量技术研究四、研究方法1. 文献综述法：通过查阅相关文献，了解多相流测量技术的原理及其应用现状，了解国内外多相流测量技术的研究进展和存在的问题。

2. 比较研究法：在多种多相流测量技术中，选择图像处理、声波传感器和质谱分析技术进行比较研究，探究各自的优缺点及适用范围。

3. 数据统计法：通过现场实验和样本数据分析，建立多相流测量技术的模型，并对实验结果进行数据分析和统计，验证研究成果的可靠性。

五、预期成果1. 系统掌握油气水多相流测量技术的原理及不同分类方式。

2. 对多相流测量技术的应用现状及发展趋势做出准确评估。

3. 对多相流测量技术的关键问题和研究进展做出系统总结和分析。

4. 各种多相流测量技术的优缺点进行全面比较，并掌握各自的适用范围。

5. 建立多相流测量技术的模型，对实验结果进行数据分析和统计，验证研究成果的可靠性。

六、研究意义本研究的结果将有利于优化油气开采工艺，提高油气生产效率和资源利用率，为油气行业的创新发展提供良好的技术支撑。

分流分相式多相流量计研究进展摘要：分流分相多相流量测量方法是新一代在线多相流量测量方法，分流分相式多相流量计具有体积小、精度高等优点。

通过从被测主流体取样分流出一部分气液混合物，分离后采用单相仪表测量取样流体流量，然后根据取样流体与主流体的比例关系获得被测流体流量。

分流分相测量方法成功的关键在于设计合适的分配器，保证取样流体和被测流体之间具有确定的比例关系。

目前已经开发出了三通管型、取样管型、转鼓型、转轮型、旋流型管壁取样器等取样分配装置，其中，旋流型管壁取样器通过多孔取样和流型整改保证了取样的代表性，无运动部件、取样孔不易堵塞，非常适合海上油气田的开发。

关键字：分流分相多相流流量测量分配器近年来，石油价格上涨、能源紧缺问题日益突出，各国都在加大对海上油气资源的开发，对多相流量的计量需求也更加迫切。

传统的多相计量装置价格昂贵，体积庞大。

海上油气田开发由于受平台空间的限制，要求开发出体积小、质量轻、精度高、可靠性好的多相计量装置。

本文对目前采用的多相流量测量方法进行了分析评价，介绍了分流分相多相计量这一新型多相流量测量方法，并对近年来的研究进展进行了回顾。

1 多相流量计量方法分类多相流量测量方法按照是否分离以及分离的程度一般可分为完全分离、不分离、部分分离3种类型。

完全分离法采用三相分离器将多相流体分离成油相、气相和水相，分别采用单相流量计测量各相流量，气、液相能实现完全分离，测量不受多相流波动的影响，精度高，缺点是分离设备体积庞大，价格昂贵，在很大程度上增加了油田的开发成本；不分离式多相流量计是在对多相流体不作任何分离的情况下实现油、气、水三相计量，其技术难度主要体现在油、气、水三相组分含量及各相流速的测定，不分离计量方法不需要分离设备，体积小，但测量受流体波动的影响，精度低；部分分离方法的原理是首先采用预分离装置将气、液二相分离成以气相为主（高含气率）和以液相为主（高含液率）的2股流体，然后再利用较成熟的二相流仪表分别测量，最后将2股流体重新混和，该方法缩小了流过测量仪表的二相流组分变化范围，同时也降低了流动的不稳定性和测量信号的波动性，虽然在一定程度上缩小了计量分离器的体积，并降低了二相流测量的难度，但未能将气液混合物完全分离，故实际上对提高测量精度的作用是有限的。