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基于微波透射法测量油水两相流分相含率的实验研究

作　者: 李志茂
导　师: 黄志尧；王保良
学　校: 浙江大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 油水两相流 分相含率 微波 传感器 测量
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 311次
引　用: 11次
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内容摘要


油水两相流在石油工业中广泛存在,其分相含率是一个重要检测参数。该参数的测量对于石油的开采、脱水和集输等具有重要的意义。但由于油水两相流流动体系极为复杂,致使分相含率测量难度较大。油水两相流分相含率的实时准确测量成为油田亟待解决的问题。 在参阅国内外相关文献和比较各种原油含水率测量技术优缺点的基础上,本文选择微波透射法来测量原油含水率。微波技术具有实时性好、测量精度高、可靠性好、抗干扰能力强和易操作使用等优点,应用前景广阔。基于微波透射原理,本文设计了适合测量中高含水率的传感器和相应的选频放大器、相敏检波电路,研制了一套原油含水率测量系统。使用该测量系统对20-75%含水率的油水混合物进行测量,实验效果较好。 本文主要工作如下: 1 设计了测量油水两相流含水率的微波传感器。与传统的微波透射法所使用的传感器不同,本文设计的传感器使用小口径喇叭天线,减少了边缘效应;将天线与管道直接粘合,大大减少反射干扰;天线增益高且相距近,可测量对微波衰减大的中高含水率油水两相流。 2 基于微波透射法研制了一套油水两相流含水率测量系统。依据油水混合物的介电特性,通过理论分析,最佳工作频率选择在X波段(9.4GHz)。测量系统采用了微波信号源、低噪声放大器和微波检波器等组成微波电路单元。设计了选择性好、增益可调的选频放大器和动态范围大、调试简单的相敏检波电路。这两部分电路能将微弱交流低频信号转换成数据采集卡输入端所需要的直流信号。 3 采用研制的油水两相流含水率测量系统进行了实验研究。不同于传统的含水率测量方法(不将含水率进行区间划分),本文将中高含水率分成20-60%含水率和60-75%含水率两个区间,分别在水平管和垂直管两种情况下进行静态实验。初步实验结果表明含水率测量绝对误差低于4%。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-17
  1．1 概述  10-11
  1．2 两相流简述  11-13
    1．2．1 两相流的定义和分类  11-12
    1．2．2 两相流主要检测参数  12-13
  1．3 两相流参数检测技术现状和发展趋势  13-15
  1．4 研究任务和主要内容  15-17
第二章 文献综述  17-34
  2．1 油水两相流分相含率测量方法  18-24
    2．1．1 射线法  18-20
    2．1．2 电容法  20-22
    2．1．3 短波吸收法  22-23
    2．1．4 微波法  23-24
  2．2 微波检测原理、特点和方法  24-31
    2．2．1 微波物理特性、检测原理及特点  24-25
    2．2．2 微波测量方法  25-31
      2．2．2．1 透射法  26-29
      2．2．2．2 谐振法  29-31
  2．3 油水两相流分相含率仪表应用现状  31-33
  2．4 本章小结  33-34
第三章 微波透射法测量系统研制  34-51
  3．1 介电常数定义、介质极化和混合介质公式  35-41
    3．1．1 定义  35-37
    3．1．2 介质极化  37-39
    3．1．3 水的介电常数  39-40
    3．1．4 混合介质公式  40-41
  3．2 最佳测量频率选择  41-42
  3．3 测量系统结构和各部分电路介绍  42-50
    3．3．1 测量系统结构  42-43
    3．3．2 各部分功能电路  43-50
      3．3．2．1 微波信号源  43-44
      3．3．2．2 传感器设计  44-47
      3．3．2．3 低噪声放大器  47
      3．3．2．4 微波检波器  47-48
      3．3．2．5 选频放大器  48-49
      3．3．2．6 相敏检波电路  49-50
      3．3．2．7 数据采集卡  50
  3．4 本章小结  50-51
第四章 静态实验数据和分析  51-61
  4．1 实验装置、原理和方法  52-55
    4．1．1 实验装置  52-54
    4．1．2 实验原理  54
    4．1．3 实验方法与步骤  54-55
  4．2 水平管状态测量含水率  55-57
    4．2．1 测绘定标曲线  55-56
      4．2．1．1 20-60%含水率  55-56
      4．2．1．2 60-75%含水率  56
    4．2．2 误差计算  56-57
  4．3 垂直管状态测量含水率  57-59
    4．3．1 测绘定标曲线  57-58
      4．3．1．1 20-60%含水率  57-58
      4．3．1．2 60-75%含水率  58
    4．3．2 误差计算  58-59
  4．4 数据误差分析  59-60
  4．5 本章小结  60-61
第五章 结论  61-62
参考文献  62-66
附录  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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