分流式電導含水率計兩相流流場數值模擬*

2011-01-10 09:32:04劉興斌許建暉黃春輝胡金海羅淑艷

油氣田地面工程 2011年11期

劉興斌許建暉黃春輝胡金海羅淑艷

1大慶油田測試技術服務分公司 2東北石油大學研究生院

分流式電導含水率計兩相流流場數值模擬*

劉興斌1許建暉2黃春輝2胡金海2羅淑艷2

1大慶油田測試技術服務分公司 2東北石油大學研究生院

分流比的大小為分流管截面積與分流管截面積、環形空間截面積和的比值。分流比是影響分流效果的關鍵之一。利用FLUENT有限元仿真軟件，對分流20%、30%和40%三種分流比，分別在流量為80、60、40、20、15和10 m3/d，含水率為60%～98%的各個試驗點進行了流場仿真。結果表明，分流方法應用于電導含水率計是可行的；分流式電導含水率計在特高含水時，分辨率依然明顯；分流比為30%時，分流式電導含水率計的分流效果最佳。

電導含水率計；分流比；FLUENT仿真；含水率

引言

阻抗式過環空找水儀采用電導法測量含水率[1]，現有的過環空阻抗式找水儀已在大慶油田內部獲得了大力推廣和應用。但是，隨著儀器的廣泛應用，由于儀器自身的局限性，尤其是在特高含水的情況下儀器的測量精度明顯不夠，而分流式電導含水率計通過分走部分水以提高在特高含水下的測量精度。本文所涉及的分流式電導含水率計分流原理為：油水混合物從下向上流動時，首先由集流器集流，而后從上進液口進入傳感器環形空間內進行油水含水率的測量。由于油的密度小于水的密度，產生油水之間的滑脫現象，油的流速要高于水的流速，油向上漂并在集流器頂端處堆積，當油堆積到進液口處時由上進液口處流入傳感器。流體中的一部分水則由分流口流入內部進液筒（分流通道）流出儀器，而沒有被阻抗傳感器檢測到，從而分走了油水混合物中的一部分水，降低了特高含水下的含水率，從而提高了儀器在特高含水下的測量分辨率。

分流比的大小為分流管截面積與分流管截面積與環形空間截面積和的比值。分流比是影響分流效果的關鍵之一。利用FLUENT有限元仿真軟件，分析流量計內分流管對測量的影響，進而從理論上得到最優的分流比。

1 建模和網格劃分

利用GAMBIT建立模型，利用FLUENT有限元仿真軟件進行仿真[2]，由于只需看流場，所以模型中不包括渦輪及傳感器。用GAMBIT建模和劃分網格之后的圖形（以分流40%為例），如圖1所示。所建模型的儀器外徑為28 mm。

用FLUENT對20%、30%和40%三種分流比，分別在流量為80、60、40、20、15和10 m3/d，含水率為60%～98%的各個試驗點進行了流場仿真。

圖1 建模及網格劃分圖

2 FLUENT仿真流場分布

從分流比為40%、30%和20%的分流儀器內部流場仿真[3]對比分析可以看出，在三種分流比下，儀器內部的流場分布總體趨勢是一致的。

（1）由于分流管對兩相流動產生擾動，分流管管壁兩側的上升管內油水兩相流型[4]不是分散油泡，分散孤立的油泡已不存在，油泡大部分被拉長沿管壁流動。在管壁附近的區域內，油的體積分數增加，而分流管中的油泡明顯少于環形空間所含油，由于在分流管內部油的平均含量相對于分流管外部油的平均含量要小，分流管的使用阻抗傳感器測量到的混相值得到了增加，從而使儀器測量的儀器響應明顯降低，低于正常的儀器響應值，拉大了不同含水率儀器響應之間的距離，因此實現了儀器在特高含水下的測量分辨率。

（2）隨著含水率的增加，各個流量下油泡的數量越來越少，油泡的半徑總體上也越來越小，雖然在80m3/d、60 m3/d、40 m3/d時分流管內有分油，但隨著含水率的增加，分流管中的油泡越來越少了，且分流管內的油泡相對于分流管外環形區域的油泡要少，即在高流量時提高了分流法含水率計測量得到的混相值，在20 m3/d、15 m3/d、10 m3/d時可以看到分流管中已經基本看不到油泡了。

3 不同分流比下的環形空間含水率

為了確定效果較好的分流比，現繪三種分流比情況下的環形空間含水率圖版。圖2、圖3、圖4分別為分流比為40%、30%和20%時各個環形空間含水率圖版。此環形空間含水率是通過FLUENT仿真軟件的report功能直接得出的，由于FLUENT得到的只是某個時間點的瞬時值，所以取仿真穩定后的10個采樣點的平均值作為環形空間含水率，而每兩個采樣點之間流體的流動時間約為0.2 s。