[其他]一個測量兩相流體流動時氣體流分的儀器

無效

• 申請號: 85102857
• 申請日: 1985-04-17
• 公開（公告）號: CN1005364B
• 公開（公告）日: 1989-10-04
• 發明（設計）人: 里查德·拜倫
• 申請（專利權）人: 挪威國家石油公司
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民;李勇

用于測量由液體和氣體，特別是石油及伴生氣兩相流動中氣體流分的儀器。它應用測量兩個不同電位電極（Ａ、Ｂ）間電容量變化的原理，使流體通過兩分離電極。電極是初級傳感器的主要部分，儀器還有信號處理元件。儀器的特點是有除上述兩電極（Ａ、Ｂ）外的第三電極（Ｃ），該電極將電極（Ａ、Ｂ）包圍。其電位保持Ｖ₁／２。它至少為電極（Ａ、Ｂ）的中點電位。電極Ｃ由分壓器和緩沖放大器饋電，信號處理元件由正弦波發生器和充電放大器（有電容反饋的放大器）Ａ₁組成。

本發明用于測量由液體和氣體組成的兩相流體流動時的氣體流分，特別是由石油與伴生氣組成的流動混合體。

兩相流動時的氣體流分可以定義為管道中任意一段的氣體體積與此段管道的體積之比。所以氣體流分可以是一個從0（此時流動由液體一相單獨組成）到1（此時流動由氣體一相單獨組成）的數字表示。

一口油井的產油量和產氣量是很重要的參數，所以氣體流分的測量在海洋石油開發工程中有很特殊的意義。

建立在測量電容量變化的測量原理基礎上的氣體流分測量儀器，目前已日益廣泛地應用于由液體和氣體組成的兩相流動。

這個測量原理人們是熟知的。它主要是利用測量當兩相流動通過兩個固定電極之間時的電容量。當電極的面積和相臨距離給定后，所測電容量與在兩電極之間的混合體的氣體流分的關系是唯一的。

應用這個原理，原則上講可以組裝一種具有快速動態響應特性的測量儀器，而且這種測量儀器的構成可以不影響流動本身。盡管有這些優點，商業化地應用這種氣體流分測量儀器還很少見。

電容氣體流分測量的主要弱點是儀器的校準對兩相流動動態性質的依賴。比如泡狀流動的校準曲線就有別于層狀流動的校準曲線。

造成這個流動動態依賴性的其中一個原因是由于測量體積中的電場不均勻。當這個電場變化時，電容的變化量不僅僅依賴氣體流分的變化，而且還與氣體的位置有關。

DE B2 1910217中公開了一種測電容的裝置，它有三個電極，在兩個電極間形成均勻電場。但該裝置有兩個缺點，1.該裝置中的傳感器是由一個第一電極和一個與管1的壁電連接的反作用電極11構成的;2.該裝置中的傳感器對流體流動是有妨礙的。蘇聯發明人證書（RIC）No.587383中公開了一種包含一對平板電極1、2的電容轉換器，其平板電極1、2固定在一個第三零電位電極4上，并由該電極圍繞。第三電極4由彈性材料制成并固定在一個具有溫度依賴性的絕緣座上。當物質流過時，座5的溫度發生變化，從而引起座5的形狀發生變化。這樣將使第三電極曲變，并自動調整電極1、2的空間。但顯然，這種電容轉換器的零電位的第三電極不能用于維持被絕緣的管道內的場的均勻性。

本發明的目的在于克服上述弱點并提供一種以穩定測量體積中的電場為主的上述氣體流分測量儀器。另外一個目的是制造一個簡單而耐用的非干擾式測量儀器，用一個簡單的信號處理回路輸出一個與氣體流分成正比關系的輸出電壓。

這些目的是以設計一個與權利要求相符的測量儀器實現的。除滿足以上的要求之外，實驗數字還表明這種氣體流分測量裝置不象現有的只有兩個電極的氣體流分測量裝置那樣依賴流動動態。

按照這項發明，在此以圖示方式對測量儀器作進一步說明。

圖1是由兩個主要元件組成的氣體流分測量儀器，即一個圖示的初級傳感器，和一個電路圖表示的信號處理元件。

圖2是初級傳感器內等位線的分布。

見圖1，初級傳感器由三個電極組成，即兩個平行的平面電極A和B，安裝在第三個管狀電極c內，兩個將被控制的流分，如石油/伴生氣混合流體，流過兩個平行板電極A和B之間的一根管道使被測電容發生變化。