摘要：在(zài)三相流實驗裝(zhuāng)置上采(cǎi)用(yòng)傘式集流器對渦輪(lún)流量(liàng)計 在氣/水(shuǐ)兩相(xiàng)流及油、氣(qì)、水三(sān)相流(liú)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得了(le)渦輪流(liú)量計在(zài)氣(qì)/水(shuǐ)兩相流及(jí)油/氣/水(shuǐ)三相流條件(jiàn)下的實驗數據，分(fèn)析氣體(tǐ)對渦(wō)輪流量計(jì)測量流量的影(yǐng)響。在氣體流量較低時，渦(wō)輪流(liú)量計與液(yè)相流(liú)量的(de)響應關系受油水兩(liǎng)相含(hán)水率的(de)影(yǐng)響(xiǎng)較小，可以将油/氣(qì)/水三相的(de)流量(liàng)測量(liàng)問題簡化(huà)成氣/水(shuǐ)兩相的(de)流量(liàng)測量問題。氣體會對(duì)渦輪(lún)流量(liàng)計産生較(jiào)大的測量誤差，當氣體流量爲(wèi)3m3/d、液相流量(liàng)小(xiǎo)于(yú)10m3/d的條(tiáo)件下以及(jí)氣體流量(liàng)大于3m3/d的條(tiáo)件下，液相流量測量誤差(chà)大于(yú)10%。
0引(yǐn)言
　　渦輪(lún)流量計已廣泛(fàn)應用于井下油(yóu)、水兩相流流量(liàng)測量，它具有儀(yí)表常數穩定的(de)優點(diǎn)，在油水兩(liǎng)相流條件(jiàn)下可以正(zhèng)确測量流(liú)量，并取得良好的應(yīng)用效果。渦(wō)輪流量計通常在油(yóu)/水兩相流(liú)條件(jiàn)下(xià)進行标(biāo)定，對(duì)渦輪(lún)流量(liàng)計的也主要(yào)在(zài)油/水兩相流下(xià)進行。大慶油田(tián)及中國多數陸(lù)相油田(tián)的生産(chǎn)井普(pǔ)遍(biàn)存在産(chǎn)氣、脫氣現象，在測試井段存在油氣水三(sān)相流(liú)的情(qíng)況。氣相的(de)加入使渦(wō)輪流量計的(de)響應特性發生(shēng)了明顯的變(biàn)化(huà)，對産出(chū)剖面的測量産(chǎn)生了影響，氣體(tǐ)對低産井(jǐng)的測(cè)量影(yǐng)響(xiǎng)尤爲嚴(yán)重，因爲在低産井中(zhōng)容易出現(xiàn)高含氣率情況(kuàng)，有必要(yào)渦(wō)輪流(liú)量計在(zài)油井中(zhōng)産氣(qì)時的響應(yīng)特性。
　　渦輪流量(liàng)計在(zài)油/氣/水(shuǐ)三(sān)相流下的響應(yīng)已有(yǒu)人針對不(bú)同的(de)測(cè)井(jǐng)儀器(qì)。基于(yú)傘集(jí)流渦(wō)輪流量(liàng)計與放(fàng)射性密度－持水率計組合儀在(zài)油氣(qì)水三(sān)相流(liú)流動(dòng)裝(zhuāng)置(zhì)中的(de)動态(tài)結果，建立(lì)了三相流渦輪(lún)流量(liàng)計(jì)統(tǒng)計測(cè)量模(mó)型。對渦輪流量(liàng)計在水平(píng)模拟井(jǐng)中測量(liàng)油氣水三(sān)相流(liú)進行(háng)了(le)實(shí)驗。
　　在多相流模拟實(shí)驗裝(zhuāng)置上(shàng)采用(yòng)渦輪流量計在(zài)油/氣/水(shuǐ)三相流及氣/水兩相流(liú)條件下開(kāi)展室(shì)内(nèi)動(dòng)态實驗，渦(wō)輪流(liú)量計在油(yóu)、氣、水三相(xiàng)流及氣/水(shuǐ)兩相(xiàng)流低産氣(qì)（氣(qì)體流量(liàng)不大于15m3/d）條件下(xià)的響應特性，計(jì)算氣體(tǐ)對渦輪(lún)流量(liàng)計測(cè)量液(yè)相流(liú)量産(chǎn)生的(de)測量(liàng)誤差，爲該(gāi)儀器應用(yòng)到(dào)三相流(liú)的(de)生産測(cè)井中提供(gòng)借鑒(jiàn)。
1實驗(yàn)條件及實(shí)驗方案
　　實(shí)驗在大慶(qìng)油田測井(jǐng)試井檢測(cè)實驗(yàn)中心多相流實(shí)驗室(shì)24ｍ模拟井中進行。透明(míng)的有(yǒu)機玻璃井筒(tǒng)内(nèi)徑爲125ｍｍ，實驗介質(zhì)爲自(zì)來水、柴油(yóu)和壓(yā)縮空(kōng)氣，實(shí)驗中(zhōng)油、氣、水的(de)流量可以由儀(yí)表正确(què)控制和計量。實(shí)驗儀器(qì)采用(yòng)安裝(zhuāng)有傘式集流器(qì)的渦(wō)輪流(liú)量計(jì)。傘式(shì)集流器具(jù)有16根(gēn)金屬傘筋(jīn)，傘布采用(yòng)高(gāo)強度薄(báo)織料，質(zhì)密不透氣，集流效(xiào)果好(hǎo)。采用傘(sǎn)式集流器可以使測量(liàng)通道内的流體(tǐ)流速提(tí)高幾十(shí)倍，并且使(shǐ)被測(cè)流體(tǐ)混合更加(jiā)均勻。渦(wō)輪流量(liàng)計安裝在集流(liú)傘(sǎn)上部(bù)，油/氣/水(shuǐ)混合流體被集(jí)流傘集流後，從進液口流入測(cè)量通道(dào)，流經渦(wō)輪流(liú)量計測量(liàng)流量，再由(yóu)出液口流回(huí)到(dào)井筒(tǒng)（見圖1）。
　　渦輪(lún)流量(liàng)計位(wèi)于傘(sǎn)式集(jí)流器上部，傳感(gǎn)器内(nèi)徑爲19mm。渦輪(lún)測量流量範圍(wéi)爲3～80m3/d，測量(liàng)精度爲(wèi)±5%。根據(jù)儀器的工(gōng)作原理及儀器(qì)結構等(děng)條件(jiàn)，實(shí)驗時(shí)氣體流量範圍爲3～15m3/d，流(liú)量調(diào)節分别爲3、5、7、10、15m3/d；油水(shuǐ)液相流量範圍(wéi)爲3～80m3/d，流(liú)量調節分(fèn)别爲3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含水率調節範圍50%～100%。實驗中(zhōng)，先固定(dìng)某一氣(qì)體流量(liàng)，待氣體(tǐ)流量穩(wěn)定(dìng)後分(fèn)别調(diào)節(jiē)油水兩相含水(shuǐ)率(lǜ)和流(liú)量，待流動穩定(dìng)後，進行測量。

2實驗(yàn)結果及(jí)分析
2．1油氣水三(sān)相條(tiáo)件下含水(shuǐ)率對(duì)流(liú)量(liàng)測量(liàng)的影(yǐng)響
　　在(zài)不同(tóng)氣體流量(liàng)下标定了(le)渦輪流量(liàng)計在油、氣、水三(sān)相流中(zhōng)不同氣相流量(liàng)不(bú)同液相含水率時的(de)響應圖2固(gù)定氣(qì)體(tǐ)流量5m3/d渦輪流(liú)量計标(biāo)定(dìng)曲線(xiàn)曲線。圖2爲(wèi)固定(dìng)氣體(tǐ)流量(liàng)5m3/d、液相流量(liàng)及(jí)液相含(hán)水率變化(huà)時測(cè)量的(de)渦輪響應(yīng)曲線(xiàn)，液相(xiàng)流量從60m3/d逐(zhú)漸遞減到(dào)5m3/d，含水(shuǐ)率從(cóng)100%逐漸遞減到50%。測量數(shù)據表明(míng)，當改變不同(tóng)液相(xiàng)流量時的測量(liàng)結果(guǒ)與10m3/d的測(cè)量結果(guǒ)一緻，即(jí)當固定(dìng)氣體(tǐ)流量5m3/d時，在(zài)同一液(yè)相流量(liàng)下，當(dāng)含水率從(cóng)100%變化到50%時(shí)，渦輪(lún)響(xiǎng)應數值(zhí)基本(běn)不變，保(bǎo)持(chí)在同(tóng)一數值，即渦輪(lún)響應受油水比(bǐ)例變(biàn)化的影響(xiǎng)較小。分析認爲(wèi)，當液相流量大(dà)于5m3/d時，由于(yú)集流傘的(de)集流作用(yòng)，使測(cè)量通道内(nèi)的流(liú)體流速提(tí)高，油水(shuǐ)兩(liǎng)相以(yǐ)泡狀流流動，并(bìng)且使被測流體油水(shuǐ)混合更加(jiā)均勻，減小了油(yóu)水相(xiàng)間的滑脫(tuō)效應；氣(qì)相的擾(rǎo)動也(yě)減小了油(yóu)水相間的(de)滑脫，使得(dé)渦輪(lún)流量(liàng)計響應受(shòu)油水兩相含水(shuǐ)率變(biàn)化影響較(jiào)小，氣(qì)相成爲影(yǐng)響渦(wō)輪流量計響應的主要(yào)因素。

　　圖3爲固定氣(qì)體(tǐ)流量5m3/d标(biāo)定的(de)渦輪流量(liàng)計響(xiǎng)應圖(tú)版。實(shí)驗數據(jù)表(biǎo)明，對于固(gù)定的氣相(xiàng)流量、不同(tóng)含水(shuǐ)率下的測(cè)量(liàng)曲線近(jìn)于重合，說明對于固(gù)定的(de)氣相流(liú)量(liàng)渦輪(lún)響應與液相流(liú)量的響應關系(xì)受油(yóu)水兩相含(hán)水率(lǜ)的影(yǐng)響很(hěn)小。因此，在氣體流(liú)量(liàng)較低(dī)時，油(yóu)/氣/水三相的流量測量問題可(kě)以簡化成(chéng)氣/水(shuǐ)兩相的流(liú)量測(cè)量問(wèn)題(tí)。固定氣(qì)體流量10m3/d及15m3/d标定(dìng)的渦(wō)輪流(liú)量計(jì)響應規(guī)律(lǜ)同圖3。

2．2氣/水兩相條(tiáo)件下的實驗結(jié)果及誤差分析(xī)
　　圖4爲傘(sǎn)式集流(liú)器(qì)渦輪(lún)流量計(jì)在氣/水兩相流圖4渦輪流(liú)量計(jì)氣水兩相(xiàng)流标(biāo)定圖(tú)版中的響(xiǎng)應(yīng)圖版。渦輪在低液量和高流量時有不(bú)同的(de)規律，在(zài)水流量(liàng)高于15m3/d時，保(bǎo)持氣(qì)量不(bú)變(biàn)，渦輪響(xiǎng)應與水流(liú)量呈線性關(guān)系。在低(dī)液量下(xià)，即(jí)在水(shuǐ)流量(liàng)低于15m3/d時，渦(wō)輪響應與(yǔ)水相流量呈非線性(xìng)關系。此(cǐ)時随着(zhe)水流(liú)量的增加(jiā)，渦輪響應也增加，但(dàn)較(jiào)純水時(shí)的響應增(zēng)加緩(huǎn)慢，而(ér)且随(suí)着氣(qì)量的增加，渦輪(lún)響應(yīng)對液相的(de)敏感性越(yuè)差。當(dāng)氣量(liàng)達到10m3/d時(shí)，幾(jǐ)乎呈平的(de)台階(jiē)，說明此時渦輪(lún)對液(yè)相流量失去了(le)分(fèn)辨能力(lì)，渦輪流量(liàng)計在(zài)高氣量(liàng)時測量(liàng)低液(yè)相流(liú)量會(huì)有較(jiào)大誤(wù)差。分析認爲，當水流(liú)量較低（水(shuǐ)流(liú)量(liàng)小于15m3/d）時，在集流測量(liàng)通道内，當(dāng)氣量較少(shǎo)時，氣相(xiàng)滑脫(tuō)明顯，氣(qì)相以較大的氣泡向上(shàng)流動［如(rú)圖5（ａ）所示，水(shuǐ)流量10m3/d、氣流(liú)量1．44m3/d］，氣相對(duì)渦輪(lún)起(qǐ)主(zhǔ)導作(zuò)用，使渦輪(lún)響應(yīng)明顯偏高(gāo)；随着氣相(xiàng)流(liú)量的增(zēng)加，持氣率(lǜ)不斷(duàn)增加，更(gèng)多的氣(qì)泡在集流傘頂端聚集(jí)形成段(duàn)塞進入集流通道。圖(tú)5（ｂ）爲水流量(liàng)10m3/d、氣相流量4．8m3/d時拍(pāi)攝的(de)高速攝像(xiàng)圖片，圖片顯示測量通道内氣/水兩相(xiàng)流(liú)爲段(duàn)塞流。圖6爲此時(shí)采集(jí)的渦(wō)輪響(xiǎng)應實時(shí)波(bō)動信(xìn)号，随大塊氣體段塞的出(chū)現，渦(wō)輪響應(yīng)頻(pín)率劇烈波(bō)動，最高(gāo)幅(fú)度可達40Ｈｚ，渦(wō)輪響(xiǎng)應的(de)平均值增(zēng)加，導(dǎo)緻(zhì)渦(wō)輪流(liú)量計(jì)測量流量(liàng)明顯偏高。尤其(qí)是氣相流(liú)量較(jiào)高（大于(yú)９．6m3/d）時，在集流傘(sǎn)頂部形成(chéng)氣頂，集流測量(liàng)通道(dào)内的氣(qì)段(duàn)塞更加嚴(yán)重，較(jiào)多的水流(liú)量被(bèi)迫從(cóng)集流傘與(yǔ)井(jǐng)壁(bì)之間的縫(féng)隙漏失，渦(wō)輪對(duì)液相流量變化失去(qù)了分辨能(néng)力，使(shǐ)渦輪流量(liàng)計産生了較大(dà)的測量(liàng)誤差。



2．3測(cè)量誤差分(fèn)析
　　在實際的産(chǎn)出剖面測(cè)量中(zhōng)，儀器通常(cháng)在液相中(zhōng)标定刻度(dù)圖版。測井時不(bú)知道(dào)井下是否(fǒu)有氣(qì)，如(rú)果存在氣體(tǐ)，仍然使用(yòng)液相(xiàng)圖版(bǎn)解釋(shì)，會産生很多誤(wù)差。
　　利用(yòng)清水中(zhōng)渦輪的(de)刻度方程計(jì)算加(jiā)入不(bú)同氣(qì)體(tǐ)流量後(hòu)渦輪響應(yīng)頻率所對(duì)應的流量(liàng)，即爲加入氣體後的(de)測量流量(liàng)，再用(yòng)所(suǒ)得測量(liàng)流量(liàng)減去(qù)配比(bǐ)的标準水(shuǐ)流量(liàng)，得到(dào)氣相(xiàng)加入(rù)後測量的絕對(duì)增加值，即加(jiā)入(rù)氣相流量(liàng)産生的測量誤差（見表1）。計(jì)算結果表明，加(jiā)入(rù)氣體流(liú)量後(hòu)，渦輪的測(cè)量流量明顯增(zēng)加，尤其(qí)是液相流量(liàng)較低時，增(zēng)加(jiā)的測量流量更高(gāo)，氣體對流(liú)量測量(liàng)産(chǎn)生了(le)較大(dà)的(de)測量誤(wù)差。低氣量下，平(píng)均(jun1)1m3/d的(de)氣量産生(shēng)的測量誤差大(dà)約相當于5m3/d（絕對(duì)增加值）。


　　利(lì)用測量的絕對(duì)增加值除以滿(mǎn)量程(chéng)流(liú)量80m3/d，得到氣體(tǐ)對流(liú)量測(cè)量的(de)滿(mǎn)量(liàng)程誤(wù)差（見圖(tú)7）。計算結果表明，隻(zhī)有氣(qì)體流量爲3m3/d以下(xià)液相(xiàng)流量10m3/d以上(shàng)時，滿量(liàng)程測量(liàng)誤差在10%以内(nèi)，其(qí)他測點滿(mǎn)量程(chéng)誤差均(jun1)大于10%。
3結(jié)論
（1）氣體流量較低時(shí)，在(zài)同一氣(qì)體流量下保持液相流(liú)量(liàng)不變(biàn)、液相含(hán)水(shuǐ)率從(cóng)100%變化到50%時，渦輪(lún)流量(liàng)計與液相(xiàng)流量的響應關系不受油(yóu)水兩(liǎng)相含水率的影(yǐng)響或受油(yóu)水兩(liǎng)相含水(shuǐ)率的影(yǐng)響很小(xiǎo)，可(kě)以将(jiāng)油/氣/水三相的(de)流量測(cè)量(liàng)問題簡化(huà)成氣/水兩相的流量測量(liàng)問題。
（2）在不同含(hán)氣量條(tiáo)件下，渦(wō)輪在低(dī)液量和(hé)高液(yè)量時有不(bú)同的響應(yīng)規律(lǜ)，在水流量高于(yú)15m3/d時，渦輪響(xiǎng)應與(yǔ)水流量(liàng)呈線性關系(xì)。在(zài)水流量(liàng)低于15m3/d時，渦輪響(xiǎng)應與(yǔ)水相流量(liàng)呈非線性關系(xì)，當含(hán)氣量達到(dào)10m3/d時，渦(wō)輪響應呈(chéng)水平的台階狀(zhuàng)，渦輪對液(yè)相流量失(shī)去了(le)分辨(biàn)能力。
（3）液相(xiàng)流量較低時，渦輪流(liú)量計測量(liàng)流量明顯(xiǎn)高于标準流量，即使(shǐ)是較(jiào)低的氣體流量(liàng)也會對渦(wō)輪流量計産(chǎn)生較大(dà)的測量誤(wù)差。當(dāng)氣體(tǐ)流量爲3m3/d、液(yè)相流量(liàng)小于10m3/d的條件(jiàn)下(xià)以(yǐ)及氣(qì)體(tǐ)流量大(dà)于3m3/d的(de)條件下，液相流(liú)量測(cè)量誤(wù)差均(jun1)大于10%。

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