油泡對(duì)電磁流量計(jì)內(nèi)部敏感場(chǎng)的影響

油泡對(duì)電磁流量計(jì)內(nèi)部敏感場(chǎng)的影響*
   摘要：借助電磁流量計(jì)管道中含有油泡時(shí)虛電流分布的理論模型，分別利用 Ansys軟件與Schwartz交替迭代法求解敏感場(chǎng)內(nèi)的電勢(shì)分布和虛電流分布規(guī)律。仿真結(jié)果表明：在電極附近，虛電流值達(dá)到值；在被測(cè)區(qū)域內(nèi)，虛電流的分布在油泡附近區(qū)域有明顯的起伏變化，在油泡內(nèi)部虛電流的值為零；虛電流的分布因油泡的存在而變得更加復(fù)雜，油泡越大，對(duì)電磁流量計(jì)影響面越大。
   關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)；虛電流分布；油泡；仿真；敏感場(chǎng) 
   電磁流量計(jì)應(yīng)用于多相流中具有的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)電磁流量計(jì)應(yīng)用于油井測(cè)量時(shí)，流體中會(huì)存在油泡，對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量有一定影響，因此分析油泡對(duì)流量計(jì)內(nèi)部敏感場(chǎng)是必要的。Jae-EunCha等人運(yùn)用兩個(gè)流量計(jì)來(lái)計(jì)算空隙率的大小[1-2]；DeokHongKang等人對(duì)流體中有段塞流的數(shù)值信號(hào)的預(yù)測(cè)和校準(zhǔn)進(jìn)行了研究[3]。本文建立了電磁流量計(jì)管道軸線位置含有一個(gè)球形油泡時(shí)敏感場(chǎng)分布的理論模型，利用Schwartz交替迭代法[4]以及Ansys軟件分析的方法對(duì)電磁流量計(jì)敏感場(chǎng)進(jìn)行研究，分析了流量計(jì)中含有一個(gè)球形油泡時(shí)流量計(jì)的內(nèi)部敏感場(chǎng)情況。
   1仿真模型電磁流量計(jì)管道內(nèi)軸線位置含一柱狀油泡時(shí)的仿真模型如圖1所示。圖中，電磁傳感器內(nèi)徑為 2a，圖 1含油泡的電磁流量計(jì)仿真模型（4）按照公式（5）計(jì)算各個(gè)注入層段投入自動(dòng)水嘴后的油壓；如果對(duì)每個(gè)層段所計(jì)算的油壓值都小于注水井的泵壓值，則該井可以投入自動(dòng)水嘴基金論文：國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05020-005）。高度為 2b；磁場(chǎng)強(qiáng)度垂直于紙面向里，感應(yīng)電極位于傳感器兩側(cè)，且右側(cè)為正電極，左側(cè)為負(fù)電極。一個(gè)底面直徑為 2a0、高為 2b0的柱狀油泡位于電磁傳感器軸線位置上，其上底面至傳感器軸向中心處的距離為 L。流量計(jì)兩個(gè)電極位于 x軸上， y軸在流量計(jì)的中軸線上， x軸與 y軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系。
   2理論基礎(chǔ)按照上述的仿真模型，其內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用Laplace方程 .2G =0來(lái)描述，在二維直角坐標(biāo)系下其滿足的邊界條件為 || = δ()∈ (-b,b)|yyx =±a || ||=0 x ∈ (-a,a)|=±b |y | =0 y ∈ (-L,-L |x =±a0 || 2b0) （1）.G| ||= | ||=0 x ∈ (-a0,a0)|.y |y =-Lx =-L -2b0 令 G = G0+ G.，其中 G0為不含油泡即傳感器內(nèi)部?jī)H充以連續(xù)水相時(shí)敏感場(chǎng)內(nèi)的電勢(shì)分布，其滿足 Laplace方程 Δ2G0=0的邊界條件，采用分離變量法，可求得 G0的解為 cos(nπ b)x sinh(nπ b)yG0(x,y)=∑ (nπ b)π cosh(nπ b)a +2yb（2）n=1∞式 G = G0+ G.中， G.為加入柱狀油泡后所引起的電勢(shì)變化。為了求解 G.，把傳感器敏感區(qū)域分解為如下4個(gè)子區(qū)域 ìSUB1: -b  y  b, a0 x  a ..SUB2: - b,-a  x -a0íSUB3: -bb  yy -L,-a  x  a （3）..SUB4: -L -2b0 y  b,-a  x  a在直角坐標(biāo)系下，使用邊界條件與式(2)來(lái)求解Laplace方程，得到 4個(gè)子區(qū)域下電勢(shì) G1. 、 G2. 、 G3. 和 G4. 的理論解為 G*1= Σ(∞) An sin(λ1nx) cosh[λ1 n(a -y)] （4） n =1，3，5… λ1 n sinh[λ1 n(a -a0)]G*2= Σ(∞) Bn sin(λ1nx) cosh[λ1 n(a + y)] （5） n =1，3，5… λ1 n sinh[λ1 n(a -a0)]) cosh[λ2 n(x + b)] G*3= Σ(∞) Cn sin(λ2nyλ2 sinh[λ2(b + L)]（6） n =1，3，5… nncosh[λ2 n(b -x)] G*4= Σ(∞) Dn sin(λ2n) n =1，3，5… yλ2 n sinh[λ2 n(b -L -2b0)]（7）式中 λ1 n = nπ 2b， λ2 n = nπ 2a； An、 Bn、 Cn和 Dn為待定系數(shù)，采用 Schwartz交替迭代法可以求出這些未知系數(shù)。 G1. 、 G2. 、 G3. 和 G4. 的計(jì)算結(jié)果與式(3)相加，即得軸向位置含一柱狀油泡時(shí)電磁傳感器內(nèi)部電勢(shì) G的解，進(jìn)而可計(jì)算出此時(shí)電磁流量計(jì)的響應(yīng)特性。
   3數(shù)值仿真
   在 Matlab環(huán)境下，利用交替迭代法求解未知系數(shù)，可得到各區(qū)域中虛電流勢(shì)變化值的表達(dá)式，進(jìn)而獲得電磁流量計(jì)內(nèi)部虛電流的分布情況。圖 2給圖2含柱狀油泡時(shí)的虛電流分布出了軸向位置含一柱狀油泡時(shí)電磁流量計(jì)內(nèi)部虛電流的分布圖。從圖 2可以明顯地看出，在油泡內(nèi)部虛電流的值為 0，在電極位置處虛電流達(dá)到值；油泡的出現(xiàn)對(duì)電磁流量計(jì)內(nèi)部虛電流大小及分布造成了一定的影響，從而改變了電磁流量計(jì)的輸出結(jié)果。
   4Ansys實(shí)驗(yàn)仿真
   運(yùn)用有限元軟件對(duì)智能電磁流量計(jì)含有一個(gè)油泡時(shí)流量計(jì)敏感場(chǎng)進(jìn)行建模仿真，圖 3為含油泡時(shí)電磁流量計(jì)虛電流分布圖。從仿真圖上可以看出，油泡影響著電磁流量計(jì)的敏感場(chǎng)，在油泡附近虛電流發(fā)生了變化，油泡影響其附近的區(qū)域的虛電流分布，但油泡內(nèi)部虛電流大小近似相等。圖3油泡電磁流量計(jì)虛電流分布
   5結(jié)語(yǔ)
  建立了管道軸線位置含球形油泡時(shí)電磁流量計(jì)內(nèi)部敏感場(chǎng)分布的理論模型，利用 Ansys軟件仿真與 Schwartz交替迭代法求解了敏感場(chǎng)內(nèi)的虛電流分布，最后得到結(jié)論：在電極附近，虛電流值達(dá)到值；在被測(cè)區(qū)域內(nèi)，虛電流在絕緣油泡周圍有所變化，在油泡內(nèi)部虛電流的值為 0。從仿真結(jié)果可知，油泡的存在使電磁流量計(jì)虛電流的分布變得復(fù)雜。
  參考文獻(xiàn)[1]崔洪辰，張硅．電磁流量計(jì)在高含水原油計(jì)量中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2002，21（4）：99-100．--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開封中儀網(wǎng)站：