(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210809641.6 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 徐英　马慧敏　袁超　李涛　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 程毓英 (51)Int.Cl. G01N 22/04(2006.01) G01F 1/34(2006.01) G01F 1/44(2006.01) G16C 10/00(2019.01) G16C 20/20(2019.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种油水两相流双参数测量方法 (57)摘要 本发明涉及一种油水两相流双参数测量方 法， 包括下列步骤： 采用包括微波传感器和差压 传感器在内的组合传感器， 构建均匀混合油水两 相流的动态实验装置， 采集不同体积含水率、 总 流量下， 组合传感器输出的微波相位和差压信 号； 基于微波相位随油水两相流含 水率的变化特 性， 确定相位信号与含水率存在单调关系， 结合 数值模拟方法确定均匀混合泡状流的连续相变 化情况； 油水两相流连续相确定； 油水两相流含 水率建模； 基于差压信号随油水两相流总流量的 变化特性， 确定差压信号与总流量存在单调关 系； 油水两相流水流 量建模。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115201226 A 2022.10.18 CN 115201226 A 1.一种油水两相流双参数测量方法， 包括下列步骤： (1)采用包括微波传感器和差压传感器在内的组合传感器， 以文丘里管作为测量管道， 将微波传感器设置在测量管道的文丘里喉部， 并布置差压传感器， 构建均匀混合油水两相 流的动态实验装置， 采集不同体积含水率、 总流量下， 组合传感器输出的微波相位和差压信 号； (2)基于微波相位随油水两相流含水率βw的变化特性， 确定相位信号与含水率存在单调 关系， 结合数值模拟方法确定均匀混合泡状流的连续相变化情况， 均匀混合泡状流的泡状 分布中的仿真液泡半径为10 0微米量级； (3)油水两相流连续相确定方法如下： 基于在水平管道中油水均匀混合泡状流动态实验以及均匀混合泡状流泡状分布下数 值模拟实验结果的对比分析， 确定油水两相流的连续相转变情况； 通过均匀混合泡状流动态实验结合均匀混合泡状流数值模拟分析， 估计三个临界点βq、 βc和βp； βw<βq流型是油为连续相油包水泡状流， βw>βp是水为连续相水包油泡状流； βq<βw<βp时， 流型为下层水包油上层油包水泡状流， 其中βc为主要连续相转变点， 由油过渡到水； (4)油水两相流含水率建模方法如下： 根据输出相位特性规律， 对Bruggeman混合介电常数模型进行修正， 建立如下含水率βp‑ 100％水为连续相的混合介电常数模型 形式： 式中， βw为油水两相流含水率， εo为油相对介电常数， εw为水相对介电常数， εm为油水混 合物的相对介电常数； 系数a和b值 通过油水均匀混合 泡状流动态实验确定； 基于微波传输线原理建立如下相位归一 化值与混合介电常数的关系式： 其中： 为微波归一化相位的平均值； 方程(2)联立方程(1)， 即可得到基于 的βw预测模型； (5)基于差压信号随油水两相流总流量的变化特性， 确定差压信号与总流量存在单调 关系； (6)油水两相流水流 量建模方法如下： 基于差压传感器的流出系数C关系式： 其中， ρw和 μw分别为水的密度和动力粘度， ρm和 μm分别为油水混合物的密度和动力粘度， ΔPmax为差压ΔP的最大值， 系数A、 B、 E和F的值通过油水均匀混合泡状流动态实验确定； 方 程(3)结合方程(1)、 (2)以及差压流量公式得到总流量Qt， 在Qt、 βw确定后， 即可获得水流量 Qw。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115201226 A 2一种油水两相流双参数测量方 法 技术领域 [0001]本发明涉及油气工程领域中井口关键过程参数实时测量， 具体地说， 是一种融合 微波与差 压技术实现油水两相流含水率和水流 量双参数的测量方法。 背景技术 [0002]石油开采过程中， 注水驱油是提高采收率的重要方法之一。 长期采用注水开采模 式， 导致多数早期油田已进入高含水开发阶段。 油水两相流含水率和流量的高准确度监测 对动态生产开发具有重要意义。 传统人工取样的含 水率测量方法准确度较高， 但实时性差， 人力成本高， 制约了油田数字化管理水平， 因此亟待开发出较高准确度的油水在线监测含 水率和水流量双参数的测量仪表。 事实上， 油水两相流的流动结构 十分复杂， 针对双参数的 实时在线测量极具挑战性。 [0003]目前， 在线测量油水两相流含水率的技术有射线、 电容、 电导、 超声及微波等方法。 微波法由于对流体的介电常数变化极其敏感， 在油水两相流检测方面具有良好的应用前 景。 获得分相流量信息， 需结合流量计。 差压法是目前测量流量方面应用最广泛的方法之 一， 其利用流体流经节流装置产生的压力差来 实现测量。 现今， 结合差压技术 实现在线测量 含水率和水流量的研究有很多。 Tan[1]等结合电导环与差压 法测量油水两相流的水流量， 预 测结果为平均相对误差低于5％。 Ma[2]等基于射线与差压技术， 测量油气水混合流体的相流 量， 其气相流量预测结果为平均相对误差4.3％。 Lin等[3]结合微波与差压技术， 基于卷积神 经网络方法预测油气水三相流中水流 量， 平均相对误差为3.96％。 [0004][1]Tan C,Dai W,Wu H,et al.A conductance  ring coupled cone meter for  oil‑water two‑phase flow measurement[J].IE EE Sensors J,2014,14(4):124 4‑1252. [0005][2]Ma Y,Li C,Pan Y,et al.A flow rate measurement  method for  horizontal  oil‑gas‑water three‑phase flows based on venturi meter,blind  tee, and gamma‑ray attenuation[J].Flow Meas Instrum,2021,80:10196 5. [0006][3]Lin X,Wang H,Chen Z,et al.Measurement  of the flow rate of oil and  water using microwave  and Venturi sensors with end‑to‑end dual convolutional   neural network[J].Measurement: Sensors,2020,10 ‑12:100018. 发明内容 [0007]本发明的目的是提供一种在线、 准确度 高、 能够快速预测油水两相流含水率和水 流量方法。 为实现上述目的， 本发明采取以下技 术方案： [0008]一种油水两相流双参数测量方法， 包括下列步骤： [0009](1)采用包括微波传感器和差压传感器在内的组合传感器， 以文丘里管作为测量 管道， 将微波传感器设置在测量管道的文丘里喉部， 并布置差压传感器， 构建均匀混合油水 两相流的动态实验装置， 采集不同体积含水率、 总流量下， 组合传感器输出的微波相位和差 压信号。说　明　书 1/5 页 3 CN 115201226 A 3