王?鍇，張家林，劉?剛，李祎宸，王?剛，馮?凱

?

基于氣-砂兩相流振動信號特征分析的砂粒檢測

王?鍇1，張家林2，劉?剛1，李祎宸1，王?剛1，馮?凱1

(1. 中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，青島 266580；2. 濰柴動力股份有限公司發(fā)動機技術(shù)研究院，濰坊 261000)

氣-固兩相流中固相信息的實時檢測廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的各個方面，特別是天然氣開采過程中面臨的出砂監(jiān)測問題．為了豐富現(xiàn)有固相顆粒監(jiān)測方法和技術(shù)，本文通過分析氣-砂兩相流流動撞擊管壁激勵的振動信號特征，開展氣井出砂實時監(jiān)測室內(nèi)研究．本文利用加速度傳感器感受砂粒撞擊管壁的一次信號，隨后通過信號調(diào)理、采集并轉(zhuǎn)化為所需出砂信息．通過設(shè)計室內(nèi)實驗，對不同流速下的氣流信號、不同攜砂流速下的氣-砂兩相流信號、不同出砂率下的氣-砂兩相流信號進行時-頻特征分析，結(jié)果表明14.0～18.0,kHz頻段內(nèi)氣流信號幅值波動穩(wěn)定且幅值較小，該頻段為氣井出砂監(jiān)測的特征頻段．進一步增加砂流量率，發(fā)現(xiàn)特征頻段內(nèi)的振動能量隨含砂率的增加而增加，進一步驗證了該出砂特征頻段的有效性，并建立了氣體流速與振動能量關(guān)系數(shù)學(xué)模型．本研究方法為后續(xù)較復(fù)雜的水-砂兩相流、氣-砂多相流流體中的固相檢測研究奠定了良好的基礎(chǔ)．

氣-固兩相流；振動信號；氣井出砂；時-頻分析

氣-固兩相流廣泛存在于石油、核能、冶金和軍工等各個行業(yè)，其中天然氣開采、煤粉氣力輸送、漿料輸送、粉末制備等過程檢測均屬于多相流中固相顆粒檢測的范疇[1]．特別是在天然氣開采的過程中，巖石層的細小砂粒伴隨天然氣進入生產(chǎn)管道[2]，產(chǎn)生管道出砂現(xiàn)象，砂粒進入管路后會造成管道的沖蝕，為安全的天然氣生產(chǎn)埋下重大隱患[3-4]．由于多相流流動的力學(xué)特征及其復(fù)雜性，多相流中固相顆粒的檢測一直是國內(nèi)外研究人員探索的熱點課題[5-8]．因此氣-砂兩相流中的砂粒在線檢測對可靠的天然氣生產(chǎn)管理、控制和運行具有重大意義．

近年來很多研究機構(gòu)開展了多相流中的固相流動參數(shù)檢測研究．Xu等[9]通過靜電感應(yīng)傳感器發(fā)現(xiàn)了氣動輸送中的顆粒特性，該裝置具有靈敏度高和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但是體積較大，不適合天然氣生產(chǎn)場所狹窄空間安裝的要求．美國塔薩爾大學(xué)的Kesana等[10]采用電阻探針傳感器獲得了多相管流中的固相信息，該方法將探頭植入管道內(nèi)部，當(dāng)含砂流體沖擊探頭時，傳感器元件受到侵蝕，引起探頭電阻值發(fā)生變化，從而得到砂粒含量信息，但是這種檢測方式具有遲滯性，且植入安裝需要改變管線生產(chǎn)流程，安裝較為復(fù)雜．英國格拉摩根大學(xué)的Hii等[11]采用聲發(fā)射技術(shù)檢測了氣固兩相流中的顆粒參數(shù)特征，該系統(tǒng)將直徑為1,mm的金屬網(wǎng)垂直嵌入管道，聲發(fā)射傳感器以粘貼的方式安裝在金屬網(wǎng)上，當(dāng)氣-固兩相流撞擊金屬網(wǎng)時產(chǎn)生聲發(fā)射信號，隨后經(jīng)過處理得到多相流中的固相參數(shù)信息．綜上所述，適用于氣-砂兩相流中砂粒的非植入式振動檢測方法還鮮見報道．

本文提出了一種基于氣-砂兩相流動撞擊彎管內(nèi)壁激勵振動信號特征分析的氣井出砂檢測系統(tǒng)和方法．該系統(tǒng)由加速度傳感器、電荷放大器、信號采集裝置、信號處理模塊及分析軟件組成．該方法將加速度傳感器以非植入式的方法安裝到下彎管管壁外側(cè)，當(dāng)氣-砂兩相流沖擊管壁時，傳感器探頭感受到砂粒振動信號，經(jīng)過采集處理后得到氣-砂兩相流中的砂粒流動參數(shù)信息．本文提出的氣-砂兩相流中砂粒檢測方法具有安裝方便、實時監(jiān)測、體積較小和成本低等優(yōu)勢．

1?砂粒檢測原理

氣-砂兩相管流以較高的速度經(jīng)過彎頭附近時，流體流向突變，砂粒在慣性的作用下擺脫流體拖拽力的束縛，撞擊到管壁上并產(chǎn)生振動，如圖1所示．同時砂粒對管壁做功產(chǎn)生沖擊動能，檢測該動能并將其轉(zhuǎn)化為砂粒參數(shù)信息．其動能k為

?(1)

氣流中砂粒撞擊管壁產(chǎn)生微弱的非平穩(wěn)振動信號，而傳統(tǒng)的信號處理方法均基于靜態(tài)假設(shè)，僅在時域或頻域研究信號的統(tǒng)計特征，并不能揭示聯(lián)合時-頻平面內(nèi)砂粒信號的時變特征．為了有效地區(qū)分砂粒沖擊管壁與氣流沖擊管壁激勵的信號特征[12]，同時彌補傅里葉變換在變換域內(nèi)不能刻畫信號特征的缺陷，本文采用基于短時傅里葉變換STFT的時-頻分析方法對信號進行處理，該方法將一維時域分析轉(zhuǎn)換為二維的時-頻分析[13]，并展示信號的頻域特征和能量特征，含砂流信號能量的幅值為

?(2)

采用帶通濾波方法濾除出砂特征頻段外的信號，進一步提取砂粒信號，濾波器的傳遞函數(shù)為

?(3)

多相流撞擊管壁產(chǎn)生隨機信號，對其自相關(guān)函數(shù)進行傅里葉變換得到自功率譜密度函數(shù)為

?(4)

兩個隨機信號的互功率譜密度函數(shù)為

?(5)

???(6)

2?實驗裝置和測試方法

2.1?實驗裝置

針對氣-砂兩相管流的流動特性，設(shè)計了室內(nèi)模擬實驗平臺，如圖2所示．該平臺主要由供氣系統(tǒng)、輸氣管路、加砂裝置、數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備、流量壓力檢測設(shè)備等組成．供氣系統(tǒng)提供穩(wěn)定氣流，氣體流入輸運管道后，通過砂粒注入系統(tǒng)向管路中連續(xù)穩(wěn)定地注入定量砂粒，氣-砂混合充分發(fā)展后流經(jīng)流量計、彎管等位置，最終流入砂粒收集裝置．其中空氣動力源由2,m3儲氣罐和0.86,MPa空氣壓縮機組成，系統(tǒng)采用ElektronikonII型電腦控制器對空氣壓縮機進行控制，為氣-砂兩相流輸運提供穩(wěn)定的流速．實驗管路由304不銹鋼制造，其中管線外徑為34,mm、內(nèi)徑為25,mm，彎頭曲率半徑為2.5(為公稱直徑)．實驗砂粒為石英砂，密度為2.65,g/cm3，莫氏硬度為7．

圖2?氣-砂兩相流室內(nèi)實驗平臺示意

采用PCB公司生產(chǎn)的357系列加速度傳感器，實時獲取含砂流撞擊管壁激發(fā)的振動信號，如圖2中編號1紅點所示，傳感器安裝在下彎管外壁2～3倍管徑處．隨后含砂流撞擊管壁產(chǎn)生的信號通過電纜傳輸至B&K 2692電荷放大器，轉(zhuǎn)換為電壓信號后通過B&K 3160數(shù)據(jù)采集模塊進行采集．

2.2?實驗設(shè)計

氣-砂兩相管流信號特征分析實驗參數(shù)如表1所示，實驗流程如下：

(1) 氣流速度分別為2.5,m/s、3,m/s、3.5,m/s和4,m/s；

(2) 不同氣流速度下砂粒粒徑分別為45mm、75mm、106mm、150mm和180mm(325目、200目、150目、100目和80目)；

(3) 不同氣流速度下砂流量率分別為0,g/s、0.2,g/s、0.4,g/s、0.6,g/s和0.8,g/s；

(4) 實驗溫度為10,℃．

3?實驗結(jié)果分析

本文采用譜陣圖分析方法對氣-砂兩相流非平穩(wěn)隨機振動信號展開分析研究．譜陣圖將振動信號的能量隨時間變化疊置為三維譜圖，展現(xiàn)信號的頻率隨時間變化的關(guān)系，其能量幅值選用對數(shù)坐標(biāo)，基本原理如圖3所示．

表1?氣-砂兩相流實驗參數(shù)

Tab.1?Test parameters of gas-sand two-phase flow

氣流速度/(m·s-1)砂流量率/(g·s-1)含砂量/%,氣體壓力/kPa雷諾數(shù)/103 2.52.52.52.52.53.03.03.03.03.03.53.53.53.53.54.04.04.04.04.000.20.40.60.800.20.40.60.800.20.40.60.800.20.40.60.800.025,00.050,00.075,00.100,000.020,80.041,60.062,40.083,300.017,80.035,60.053,40.071,400.015,60.031,20.046,80.062,55555599999131313131317171717174.194.194.194.194.195.035.035.035.035.035.875.875.875.875.876.706.706.706.706.70

分析時窗附近的1個切片

圖3?基于STFT的譜陣圖分析原理

Fig.3?Principle of spectrum array analysis based on STFT

3.1?不同流速下的氣流信號時-頻特征分析

氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生的振動信號由氣流產(chǎn)生的較強振動信號和砂粒產(chǎn)生的較弱振動信號組成．如圖4所示，為不同流速下氣流撞擊管壁激勵的振動信號，時域信號幅值隨氣流速度變化明顯，因此流速對信號幅值的影響較大．為了提取含砂流中砂粒沖擊管壁產(chǎn)生的弱振動信號，需要進一步分析氣流沖擊管壁產(chǎn)生的強振動信號特征．

圖4?不同流速下的氣流信號時域特征

圖5所示為不同流速下的頻域特征，結(jié)果表明在6.5～8.5,kHz的主頻率段，信號幅值隨流速的變化明顯，該頻段為氣流沖擊管壁的主頻段，即流速對信號的影響明顯，因此不適合在該頻段內(nèi)尋找砂粒信號特征．

圖5?不同流速下的氣流信號頻域分析結(jié)果

含砂流撞擊管壁產(chǎn)生非平穩(wěn)隨機振動信號，而FFT分析僅表明頻域區(qū)間內(nèi)信號的統(tǒng)計特征，不能揭示聯(lián)合時-頻平面內(nèi)氣流信號的時變特征，因此選取STFT時頻分析方法，進一步研究不同流速下，氣流撞擊管壁激發(fā)振動信號的時變能量特征．圖6所示為一定時間內(nèi)不同流速下氣流振動信號的瀑布圖分析結(jié)果，其中選取的窗口函數(shù)為Blackman，F(xiàn)FT長度為128個點．

從圖6(a)中可以看出，流速為2.5,m/s時，氣流產(chǎn)生的頻域范圍集中在6.5～8.5,kHz、11.0～12.5,kHz和14.0～18.0,kHz 3個頻段．在6.5～8.5,kHz內(nèi)，信號強度最高，且穩(wěn)定性較好；在11.0～12.5,kHz內(nèi)，信號強度次之，穩(wěn)定性次之；在14.0～18.0,kHz內(nèi)，信號強度最小，信號幅值微弱波動．因此2.5,m/s時的氣流沖擊管壁產(chǎn)生信號的特征頻段為6.5～8.5,kHz．

圖6(b)～(d)分析結(jié)果表明，流體速度為3.0,m/s、3.5,m/s和4.0,m/s時，氣流沖擊管壁產(chǎn)生信號的頻率響應(yīng)規(guī)律與圖6(a)一致．

圖6?不同流速下氣流的譜陣圖

3.2?不同流速下的含砂氣流信號時-頻特征分析

實驗砂粒粒徑較小，可忽略砂粒與氣流的相對滑移速度，近似認為砂粒在管道中流動的速度等于氣體在管道中流動的速度．對不同流速下、80目砂粒、0.2,g/s砂流量率的含砂氣流進行頻域分析，結(jié)果如圖7所示．

圖7?不同流速下的氣-砂兩相流頻域分析結(jié)果

由圖7可知，在6.5～8.5,kHz頻段內(nèi)，信號幅值隨流速變化明顯，與圖5中不同氣體流速的頻域分析結(jié)果對比，6.5～8.5,kHz頻段內(nèi)的信號幅值未發(fā)生明顯變化，因此該頻段為流體的敏感頻段；砂粒沖擊管壁的分析頻段宜在10,kHz以上，且在14～18,kHz頻段內(nèi)，信號頻域幅值變化明顯，因此該頻段為砂粒信號的特征頻段．

采用相同的STFT時-頻分析方法對氣-砂兩相流振動信號進行分析，圖8所示為一定時間內(nèi)氣-砂兩相流信號的瀑布圖能量分析結(jié)果．

由圖8(a)可知，氣-砂兩相流流速為2.5,m/s時產(chǎn)生振動信號的頻率范圍主要集中在6.5～8.5,kHz、11.0～12.5,kHz和14.0～18.0,kHz 3個頻段．在6.5～8.5,kHz，信號強度最高，穩(wěn)定性最好；在11.0～12.5,kHz，信號幅值強度有下降，信號的穩(wěn)定性有所下降；在14.0～18.0,kHz內(nèi)，信號幅值強度較11.0～12.5,kHz內(nèi)信號有所提升，但明顯看出信號幅值有波動．因此氣流速度為2.5,m/s產(chǎn)生信號的主頻段為6.5～8.5,kHz，波動最明顯的頻段為14～18,kHz．

圖8?不同流速下氣-砂兩相流的譜陣圖

圖8(b)～(d)分析結(jié)果表明，流體速度為3.0,m/s、3.5,m/s和4.0,m/s時，氣流沖擊管壁產(chǎn)生信號的頻率響應(yīng)規(guī)律與圖8(a)一致．

通過對比圖6中氣流信號的譜陣圖分析結(jié)果和圖8中氣-砂兩相流信號的譜陣圖分析結(jié)果可知，氣流含砂后，兩相流沖擊管壁產(chǎn)生振動信號的頻段集中在6.5～8.5,kHz，但在14.0～18.0,kHz內(nèi)，信號出現(xiàn)明顯波動．因此在6.5～8.5,kHz頻段內(nèi)，砂粒沖擊管壁的信號容易被淹沒，必須選擇更高的14.0～18.0,kHz作為砂粒信號特征頻段．

3.3?不同出砂流量率下的含砂氣流信號時-頻分析

為了進一步研究不同砂流量率對氣-砂兩相流信號的影響，進行不同砂流量率下信號特征分析實驗，選取砂粒粒徑為150mm(100目)，攜砂流流速為3.5,m/s．圖9所示為不同砂流量率下的氣-砂兩相流頻域信號分析結(jié)果，在6.5～8.5,kHz內(nèi)，不同含砂量下的流體信號幅值變化不明顯；11.0～12.5,kHz內(nèi)，不同含砂量流體信號幅值有變化，但是規(guī)律不明顯；14.0～18.0,kHz內(nèi)，隨著含砂量的增加，信號的幅值相應(yīng)增加．因此，14.0～18.0,kHz可作為出砂特征頻段．

圖9?不同砂流量率下的氣-砂兩相流頻域分析結(jié)果

3.4?氣-砂兩相流中砂粒信號與能量關(guān)系

在氣-砂兩相流的固相檢測中，通過建立氣-砂兩相流中的砂流量率的數(shù)學(xué)模型驗證文中振動檢測方法的可靠性．氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生的振動能量用v表示，即

?(7)

為了降低氣流噪聲對砂粒信號特征識別的影響，進一步研究砂粒撞擊外管壁產(chǎn)生的振動信號能量關(guān)系．通過對比不同流速下氣流(圖6)和含砂氣流(圖8)撞擊管壁激勵的振動信號特征，對砂粒沖擊外管壁信號進行14.0～18.0,kHz內(nèi)的帶通濾波處理．圖10所示為不同砂粒粒徑、在不同速度下沖擊外管壁產(chǎn)生的相對平均振動能量，其中平均振動能量為一定時間內(nèi)信號電壓值平方的積分，砂粒的粒徑分別為45mm、75mm、106mm、150mm和180mm(325目、200目、150目、100目和80目)；砂粒沖擊管壁的速度分別為2.5,m/s、3.0,m/s、3.5,m/s和4.0,m/s．結(jié)果表明，隨著砂粒粒徑的增加，砂粒沖擊管壁產(chǎn)生的振動能量增加；隨著砂粒沖擊管壁速度的增加，砂粒沖擊管壁產(chǎn)生的振動能量增加．

?(8)

對特征砂頻段14.0～18.0,kHz內(nèi)的信號進行濾波降噪處理，以獲得不同條件下的氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生振動信號的相對平均振動能量．圖11為不同砂粒粒徑、不同砂流量下的氣-砂兩相流沖擊內(nèi)管壁產(chǎn)生的相對平均振動能量．

圖11?不同流速和不同粒徑下的砂粒沖擊內(nèi)管壁振動能量

如圖11所示，砂流量率一定時，氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生的相對平均振動能量隨著砂粒粒徑的增加而增加；攜砂流速一定時，氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生的相對平均振動能量隨著砂粒粒徑的增加而增加．不同流速的氣流沖擊管壁產(chǎn)生振動信號用3階多項式描述，即

?(9)

將含砂率為零時不同流速下對應(yīng)的振動平均能量代入式(9)，得到3階多項式擬合系數(shù)，見表2．

用砂流量率評價氣-砂兩相流中的砂粒檢測效果．氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生的振動信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的振動能量．該振動能量可以描述砂流量率的趨勢，但是為了獲得較精確的砂流量率，需要對振動能量信號進行降噪處理，即將氣-砂兩相流沖擊管壁產(chǎn)生的振動信號幅值減去該實驗條件下氣流沖擊管壁產(chǎn)生的振動信號幅值．將經(jīng)過降噪后的氣-砂兩相流信號除以參考校準(zhǔn)砂信號，以定量分析并得到準(zhǔn)確的砂流量率．參考校準(zhǔn)砂信號即1,g/s砂流量率的砂粒沖擊外管壁產(chǎn)生的振動信號，砂流量計算方法為

表2?式(9)中的系數(shù)

Tab.2?Parameters of Equation(9)

角標(biāo)b相關(guān)系數(shù)平方值 01239.227,62-8.597,952.531,94-0.226,950.990.990.990.99

?(10)

利用式(10)對不同流速下氣-砂兩相流沖擊管壁信號進行計算，以驗證含砂率計算公式的準(zhǔn)確性，其中砂粒粒徑為75mm(200目)，每個流速進行4次實驗．如圖12所示，為式(10)計算后得到的砂流量率，砂流量率的計算值在理論值上下的10%,以內(nèi)波動，結(jié)果表明該計算方法可以將不同流速、不同砂粒粒徑條件對砂流量計算結(jié)果的影響弱化，且計算誤差在10%,以內(nèi)，因此采用振動方法可以對氣-砂兩相流中的砂粒含量進行定量檢測．

圖12?不同流體流速下的砂流量率

4?結(jié)?語

本文采用振動方法對氣-砂兩相流中的固相進行檢測研究，通過分析不同流速下的氣流信號、不同砂流速下的氣-砂兩相流信號、不同砂流量率下的氣-砂兩相流信號進行時頻特征，結(jié)果表明在14～18,kHz的頻段內(nèi)氣流信號幅值較小，且信號穩(wěn)定，因此選取該頻段為砂粒沖擊管壁產(chǎn)生振動信號的特征頻段，同時隨著砂粒流速或質(zhì)量的增加，特征頻段內(nèi)的信號幅值相應(yīng)增加，再次驗證了14～18,kHz內(nèi)特征砂頻段的有效性，并建立了氣體流速與振動能量關(guān)系數(shù)學(xué)模型．該研究方法為后續(xù)較復(fù)雜的水-砂兩相流、氣-砂多相流流體中的固相檢測研究奠定了良好的基礎(chǔ)．

［1］ 田?昌，蘇明旭，蔡小舒. 基于超聲法測量氣固兩相流濃度實驗研究[J]. 工程熱物理學(xué)報，2013，34(8)：1487-1490.

Tian Chang，Su Mingxu，Cai Xiaoshu. Particle concentration characterization in gas-solid two-phase flow by ultrasonic methods[J].，2013，34(8)：1487-1490(in Chinese).

［2］ Ranjitha P G，Pereraa M S A，Pereraa W K G，et al. Sand production during the extrusion of hydrocarbons from geological formations：A review[J].，2014，124：72-82.

［3］ Wang Z，Tian H，Deng J，et al. Improving well productivity through sand control[J].，2006，28：59-63.

［4］ Bianco L，Halleck P. Mechanisms of arch instability and sand production in two-phase saturated poorly consolidated sandstones[C]//. Hague，Netherlands，2001：SPE-68932-MS.

［5］ Zhai L S，Jin N D，Gao Z K，et al. The ultrasonic measurement of high water volume fraction in dispersed oil-in-water flows[J].，2013，94：271-283.

［6］ 劉?剛，陳?超，韓金良，等. 液固兩相流聲發(fā)射檢測系統(tǒng)設(shè)計及實驗評價[J]. 振動與沖擊，2012，31(22)：178-182.

Liu Gang，Chen Chao，Han Jinliang，et al. Acoustic emission device design and laboratory evaluation of fluid-solid two-phase flow[J].，2012，31(22)：178-182(in Chinese).

［7］ Zheng Y G，Liu Q. Review of techniques for the mass flow rate measurement of pneumatically conveyed solids[J].，2011，44：589-604.

［8］ Guo M，Yan Y，Hua Y H，et al. On-line measurement of the size distribution of particles in a gas-solid two-phase flow through acoustic sensing and advanced signal analysis[J].，2014，40：169-177.

［9］ Xu C L，Wang S M，Tang G H，et al. Sensing characteristics of electrostatic inductive sensor for flow parameters measurement of pneumatically conveyed particles[J].，2007，65：582-592.

［10］ Kesana N R，Throneberry J M，McLaury B S，et al. Effect of particle size and liquid viscosity on erosion in annular and slug flow[J].，2014，136：1.

［11］ Hii N C，Tan C K，Wilcox S J，et al. An investigation of the generation of acoustic emission from the flow of particulate solids in pipelines[J].，2013，243：120-129.

［12］ Wang K，Liu G，Wu J，et al. Acoustic sensor approaches for sand detection in sand-water two-phase flows[J].，2017，320：739-747.

［13］ He Q B，Wang J，Hu F，et al. Wayside acoustic diagnosis of defective train bearings based on signal resampling and information enhancement[J].，2013，332：5635-5649.

［14］ 崔明根，吳勃英，王德明，等. 數(shù)值分析原理[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003.

Cui Minggen，Wu Boying，Wang Deming，et al.[M]. Beijing：Science Press，2003(in Chinese).

(責(zé)任編輯：金順愛)

Vibration Signal Characteristics Analysis for Sand Detection in Gas-Sand Two-Phase Flow

Wang Kai1，Zhang Jialin2，Liu Gang1，Li Yichen1，Wang Gang1，F(xiàn)eng Kai1

(1. School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China；2. Engine Technology Research Institute，Weichai Power Co.，Ltd.，Weifang 261000，China)

Real-time detection of solid-phase information in gas-solid two-phase flow is widely used in industry，especially in sand production monitoring problems faced in natural gas exploitation. In order to enrich existing solid-phase particle monitoring methods and technologies，sand production of gas well in laboratory has been studied by analyzing the vibration signal characteristics of the gas-sand two-phase flow when the sand impinges on the pipe wall. The accelerometer was used to acquire the sand signals which then were converted to the sand production information by signal acquisition and conditioning. In this test，the time-frequency characteristics of vibration signals were analyzed under the condition of different velocities of gas flow，different sand-carrying velocities of gas-sand two-phase flow and different sand rates of gas-sand two-phase flow. The results show that the amplitudes of gas flow signals are steady within 14.0—18.0,kHz，which is the characteristic frequency band of sand production monitoring for gas well. With the increase of sand flow rate，the vibration energy also increases within the sand characteristic frequency band. Furthermore，the results verify the validity of the sand characteristic frequency band，and the relationship between the gas flow velocity and vibration energy is established. This research method lays a good foundation for the follow-up research on solid phase detection in the more complex water-sand two-phase flow and gas-sand multiphase flow.

gas-solid two-phase flow；vibration signal；sand production of gas well；time-frequency analysis

TE242

A

0493-2137(2018)11-1130-09

10.11784/tdxbz201803063

2018-03-20；

2018-04-16.

王?鍇（1989—??），男，博士，講師.

王?鍇，635511729@qq.com.

山東省自然科學(xué)基金資助項目(ZR2017BEE060)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(17CX02011A)；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)資助項目(2015CB251200)；中國石油大學(xué)人才引進項目(YJ201601077).

the National Natural Science Foundation of Shandong Province，China(No.,ZR2017BEE060)，the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(No.,17CX02011A)，the National Basic Research Program of China (No.,2015CB251200) and the Talent Introduction Program of China University of Petroleum(No.,YJ201601077).