摘要:文章通過(guò)對渦輪(lún)流量傳感器在(zài)多(duō)相流實驗裝(zhuāng)置進行氣/水兩相流實驗,總結(jié)出傘集流(liú)過環空渦(wō)輪流量計(jì)
在氣(qì)1水兩(liǎng)相流(liú)下的(de)響應規律(lǜ)。在氣/水兩相流(liú)條件下,渦輪在(zài)低流量(liàng)和(hé)高流量時有不同的(de)規律,在水(shuǐ)流量爲10m³/d以(yǐ)上(shàng)，保(bǎo)持氣(qì)量不(bú)變,渦(wō)輪響應與(yǔ)水流量呈線(xiàn)性關系(xì),并且(qiě)随着氣(qì)量的增(zēng)加，渦輪響(xiǎng)應與水流量(liàng)關系直(zhí)線的斜率(lǜ)(即渦輪k值(zhí))增加。在低(dī)液量下(<10m2/d)渦輪更(gèng)敏感(gǎn)于氣，氣量(liàng)達到(dào)20方(fāng)以上時對水失去了分(fèn)辨率。在水(shuǐ)流量(liàng)低于10m³/d時,渦輪響(xiǎng)應值(zhí)波動大,水(shuǐ)流量10m³/d以(yǐ)上時,随(suí)着流量增大,波(bō)動越來越小。.
0引(yǐn)言
渦輪(lún)流(liú)量(liàng)計(jì)是一類(lèi)非常重(zhòng)要的流量測量(liàng)儀表(biǎo),因其精度高重複性(xìng)好量(liàng)程範圍(wéi)寬體積(jī)小輸(shū)出(chū)脈沖信(xìn)号等(děng)優(yōu)點,而廣(guǎng)泛應(yīng)用于天然(rán)氣計(jì)量油(yóu)品正(zhèng)确計(jì)量和(hé)貿易(yì)工業生(shēng)産過程監控(kòng)測量(liàng)等領(lǐng)域[1。渦輪流量計(jì)也(yě)是(shì)生産測井(jǐng)産出剖面流(liú)量(liàng)測量的主(zhǔ)要方(fāng)法。目(mù)前大慶油(yóu)田和(hé)國内(nèi)多數陸相沉積油田(tián)的生産井(jǐng)普遍存在脫氣(qì)現象(xiàng),造成油氣(qì)水三相流動,産出剖(pōu)面測(cè)井中三相(xiàng)流測量是一個(gè)急需(xū)解決(jué)的難(nán)題。針對渦輪流(liú)量計(jì)在三相流(liú)中的(de)響應已經(jīng)有人(rén)進行(háng)了(le)研究,鍾(zhōng)興福等[2]對渦輪傳感器進(jìn)行了(le)理論(lùn)分析(xī),給出了三(sān)相流(liú)動中(zhōng)渦輪流量(liàng)計的實驗(yàn)響應(yīng)特性(xìng)，最(zuì)後總結(jié)出用渦(wō)輪(lún)流量(liàng)計測(cè)量多相流(liú)流量(liàng)的半理論(lùn)半經驗(yàn)公式。金(jīn)甯德等[3]基(jī)于傘(sǎn)集流(liú)渦輪流量(liàng)計與(yǔ)放射(shè)性密(mì)度.持(chí)水率(lǜ)計組(zǔ)合儀在(zài)油(yóu)氣水(shuǐ)三相流流(liú)動環(huán)中的(de)動态試驗結(jié)果,建立了三(sān)相流渦輪流量(liàng)計統(tǒng)計(jì)測(cè)量模(mó)型。胡(hú)金(jīn)海等[4]對(duì)渦輪流量計在(zài).水平模(mó)拟(nǐ)井中(zhōng)測量(liàng)油氣水三(sān)相流進行(háng)了實驗研究結果。雖然如此,三相流(liú)測量(liàng)需要(yào)進行(háng)長期艱巨的研究才(cái)能解決,本(běn)工作在(zài)三相流裝置(zhì)上采(cǎi)用集(jí)流式渦輪(lún)流量(liàng)計在(zài)氣/水兩相(xiàng)流條件下(xià)進行實驗,發現(xiàn)了集(jí)流式渦(wō)輪流量(liàng)計在(zài)氣/水兩相(xiàng)流條件下新的性應規(guī)律,爲三(sān)相流測(cè)量提供借鑒(jiàn)。
1實驗條件(jiàn)及準備[5]
實(shí)驗是(shì)在大慶油田的(de)多相(xiàng)流模拟實驗室24m筒進行的(de)，透明(míng)的有機玻(bō)璃井筒(tǒng)内徑爲(wèi)125mm,實驗(yàn)介質(zhì)爲(wèi)自(zì)來水和壓縮空氣,實驗中(zhōng)氣水(shuǐ)的流(liú)量可以由儀表正确控制(zhì)和計(jì)量。實驗儀(yí)器爲渦輪流量(liàng)計,采用傘式集(jí)流器集流,集流(liú)傘爲16根(gēn)金屬傘(sǎn)筋,傘布采用高(gāo)強度薄織料,質密不透氣，密封(fēng)效果好,如圖1所(suǒ)示
集流(liú)後,井眼(yǎn)内所(suǒ)有流體進入集流器(qì)内的進液口，經過流(liú)量計(jì)所(suǒ)在的測(cè)量(liàng)通(tōng)道(dào),然後由(yóu)出液(yè)口(kǒu)流回到井筒。集流後,可以将測量通道(dào)内.的(de)流速提高(gāo)幾十倍,降(jiàng)低渦輪的啓動(dòng)排量(liàng);還可(kě)以(yǐ)使(shǐ)氣/水(shuǐ)混合均勻,減少流态對流(liú)量和(hé)含水率測(cè)量的(de)影響。在與流量計相(xiàng)同高(gāo)度的(de)井筒(tǒng)上安置了(le)溫度和壓力傳(chuán)感器以進(jìn)行對(duì)氣相(xiàng)的流量進(jìn)行pvt校正。實驗中所采用測(cè)井儀(yí)器的流(liú)量測量(liàng)範圍(wéi)爲:2m³/d~80m³/d,測量精(jīng)度爲(wèi)±5%,啓(qǐ)動(dòng)排.量(liàng):2m³/d,儀器測量通道内徑爲19mm。氣流量(liàng)的調節點依次(cì)爲3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流量的調(diào)節點(diǎn)分(fèn)别爲60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗中(zhōng),先固定某一氣(qì)體流量,待(dài)氣體流(liú)量穩定後,按流量(liàng)遞減(jiǎn)的順序調(diào)節水(shuǐ)流量(liàng)。流量穩定(dìng)後,利用油(yóu)井綜合參數測試儀(yí)記錄渦輪轉數(shù),給儀(yí)器供電+42v,電(diàn)流60ma。重複測(cè)量時也是(shì)按流(liú)量遞減的順序測量。記錄渦輪的轉(zhuǎn)速,每一(yī)水(shuǐ)流量都調節完(wán)畢後(hòu),按遞增的(de)順序(xù)調節下一氣體(tǐ)流量(liàng)。對所獲取的數據進(jìn)行處(chù)理和分析(xī)。
2實驗(yàn)結果[67]
2.1渦輪在純(chún)水中(zhōng)的響應.
實驗過程中,初始(shǐ)水流(liú)量爲80m³/d,待流量穩定後(hòu)記錄(lù)渦輪轉(zhuǎn)數,之後(hòu)按10m³/d的流量遞減(jiǎn),測量每一流量(liàng)點的渦輪轉數(shù)。實驗中共(gòng)對兩(liǎng)支儀(yí)器(qì)進行了(le)實驗,兩支(zhī)渦輪(lún)流量(liàng)計在(zài)水中(zhōng)響應特性一緻(zhì)。給出了其中一(yī)支渦輪流量計(jì)在純(chún)水中的渦(wō)輪(lún)響應的實驗(yàn)結果,如(rú)圖(tú)2所示(shì)。圖2中(zhōng)橫坐标爲(wèi)水流量(liàng),縱軸爲(wèi)渦輪(lún)轉(zhuǎn)數。
實(shí)驗結果表(biǎo)明，,在純水中，渦輪流量(liàng)計儀器(qì)響應與(yǔ)流量有(yǒu)很好(hǎo)的線性關系，重複性(xìng)好,規(guī)律一緻(zhì)。拟(nǐ)合得(dé)到渦(wō)輪轉(zhuǎn)速與(yǔ)流量的關系爲(wèi):f=1.2225q+0.4591;線性相關(guān)系(xì)數(shù)爲r2=0.9997。啓(qǐ)動排量:1#儀(yí)器的(de)啓動(dòng)排量爲2.5m³/d,2#儀器(qì)的啓動(dòng)排(pái)量爲3.0m³/d.
2.2渦輪在(zài)單相(xiàng)氣中的(de)響(xiǎng)應
1)幹氣(井(jǐng)筒中(zhōng)無底水)
本實驗(yàn)考察流量計對(duì)單相氣(qì)(幹氣)的(de)響應規律。當井筒中(zhōng)無底(dǐ)水,流(liú)體爲單(dān)相氣,分(fèn)别按(àn)照(zhào)流量增(zēng)加和遞(dì)減方向(xiàng)調節氣(qì)相流(liú)量(liàng),流量計(jì)在氣中的響(xiǎng)應規律如(rú)圖3所(suǒ)示。由(yóu)圖3可(kě)知,渦(wō)輪響應與(yǔ)氣相流量近似呈線性規律,但數據的離散性遠較(jiào)純水相時(shí)大，重複數據的離散性(xìng)也大得多。而且渦輪轉速依(yī)賴于(yú)氣相(xiàng)流量按增加或減(jiǎn)小方向的調(diào)節。由于渦(wō)輪慣性的(de)影響,按流量遞減調節時(shí),對應(yīng)于同樣流量時的渦輪轉(zhuǎn)速要大于按(àn)遞(dì)增方向上(shàng)的轉(zhuǎn)速。啓(qǐ)動流(liú)量強(qiáng)烈地依賴(lài)于流量(liàng)遞增或遞減(jiǎn),按流量(liàng)遞增調(diào)節氣(qì)流量(liàng)時,啓(qǐ)動流量(liàng)爲(wèi)40m³/d.而按(àn)氣量(liàng)遞減調節,則截止流(liú)量爲(wèi)7m³/d,這是(shì)由(yóu)于渦(wō)輪的慣性所緻。本(běn)實驗(yàn)中,氣(qì)相流(liú)量最大達(dá)到了(le)150m³/d。
2)靜(jìng)水中純(chún)氣(井(jǐng)筒中(zhōng)充滿靜水(shuǐ))
本實驗考(kǎo)察流量計在井筒内(nèi)有底水情況下(xià)對氣相.流量的(de)響應規律。将流(liú)量計(jì)置于充滿(mǎn)靜水(shuǐ)井筒(tǒng)中，增(zēng)加氣相的流量(liàng),記錄(lù)渦輪的轉(zhuǎn)速。初(chū)始氣流量(liàng)爲60m³/d,每次流量按(àn)10m³/d變化(huà)量遞減,待(dài)流量(liàng)穩定後記(jì)錄渦輪轉(zhuǎn)數。然(rán)後仍按流量遞(dì)減的順序(xù)重複(fú)上述實驗過程(chéng)。實驗獲得(dé)的兩(liǎng)支儀器(qì)的響應(yīng)規律一緻。本文(wén)給出了其中一(yī)支渦輪(lún)流(liú)量計的響(xiǎng)應曲線,如(rú)圖4所(suǒ)示。由圖4可(kě)知,渦(wō)輪響應在(zài)靜水中與(yǔ)氣體(tǐ)流量(liàng)呈非線性(xìng)關系。當(dāng)氣相流(liú)量低(dī)于20m³/d時(shí),渦輪(lún)轉速高于相同水流量時的轉(zhuǎn)速,表(biǎo)明此時渦(wō)輪對(duì)氣(qì)更敏感(gǎn);而當氣體(tǐ)流量(liàng)大于20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)速小于在相同(tóng)流量(liàng)時(shí)水(shuǐ)中的轉速(sù),表(biǎo)明(míng)此時渦輪(lún)對水更敏(mǐn)感。繼續增(zēng)加氣(qì)相的流量(liàng),渦輪(lún)響應逐漸趨向(xiàng)于線性(xìng)。
在(zài)井筒内充滿靜(jìng)水的條件下,兩(liǎng)支流量計在氣(qì)流量(liàng)爲2.5m³/d即(jí)啓動(dòng),渦輪(lún)的啓動排(pái)量與純水類似,啓動流量遠遠(yuǎn)低于(yú)單(dān)相氣的(de)情(qíng)況。其原(yuán)因可(kě)能是(shì)單相(xiàng)氣時(shí),在較低的流速(sù)下，氣在經過渦(wō)輪時(shí),由于氣時(shí)可壓(yā)縮的，，氣更(gèng)容易繞過(guò)渦輪而從(cóng)葉片(piàn)與外(wài)殼之間的縫隙(xì)流過(guò),僅有一部(bù)分(fèn)氣推動(dòng)渦輪(lún)葉片(piàn)旋轉;而存(cún)在底(dǐ)水的(de)情況(kuàng)下，,對于(yú)在(zài)低流量氣/水爲(wèi)泡狀(zhuàng)流，輕(qīng)質相(xiàng)的氣(qì)趨于沿(yán)管(guǎn)心向上流動,由(yóu)于液相的(de)水具(jù)有不(bú)可壓縮性(xìng),較大(dà)比例的(de)氣泡隻(zhī)能經過渦輪葉(yè)片,推動渦輪旋(xuán)轉,因此(cǐ)啓動流(liú)量低于幹氣的(de)情況(kuàng)。
2.3渦輪在氣(qì)/水兩相(xiàng)流(liú)中的響應
本(běn)實(shí)驗考(kǎo)察流量(liàng)計(jì)在動(dòng)水中(zhōng)(水(shuǐ)相流量(liàng)不爲(wèi)零)對氣相(xiàng)流量的響應規(guī)律。實驗中，氣體(tǐ)流量依次(cì)保持(chí)爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對(duì)于每(měi)一個(gè)氣相流量,水流(liú)量依次按(àn)60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的遞(dì)次調節,穩(wěn)定後(hòu)記錄渦輪轉速。獲得的兩支渦(wō)輪流量(liàng)計(jì)在氣(qì)/水兩相流中(zhōng)的(de)渦輪響應規律(lǜ)一緻。其中(zhōng)1#流量(liàng)計在(zài)氣/水(shuǐ)兩相流中的響應,如(rú)圖5所示。渦輪在低液(yè)量和高流量時有不同的規律(lǜ),在(zài)水流.量(liàng)高于(yú)10m³/d時,保持氣(qì)量不變，渦輪(lún)響(xiǎng)應與(yǔ)水流(liú)量呈線性(xìng)關(guān)系,但在(zài)較高(gāo)的氣量下(xià)具有較(jiào)高的斜(xié)率,或較大的儀(yí)表常數。而在在(zài)低液(yè)量下,即在(zài)水流量(liàng)低于10m³/d時(shí),渦輪(lún)響應(yīng)與水(shuǐ)相流(liú)量呈非線(xiàn)性關系(xì)。此(cǐ)時,随着水流(liú)量(liàng)的增(zēng)加，渦輪響(xiǎng)應也(yě)增加(jiā),但較純水(shuǐ)時的響;應增(zēng)加緩慢,而且随着(zhe)氣量的(de)增加,渦(wō)輪響應對液相的敏(mǐn)感(gǎn)性越差(chà),當氣量達到20m³/d時(shí),幾乎呈(chéng)一(yī)個平的.台階(jiē),說明此(cǐ)時渦輪對液相(xiàng)流量(liàng)失去了分(fèn)辨能力,表(biǎo)明渦(wō)輪流量計在高(gāo)氣相(xiàng)流量時不适合(hé)用來測量(liàng)低液量液(yè)相的(de)流量。
保持氣(qì)量(liàng)不變(biàn),取水(shuǐ)相流(liú)量10m³/d及(jí)以上時的(de)數據(jù),計算(suàn)渦輪(lún)響應與水(shuǐ)流量(liàng)關系直線(xiàn)的斜(xié)率(即(jí)k值),然(rán)後做(zuò)出氣流量與k值(zhí)的關系圖版如(rú)圖6所示5随(suí)着氣(qì)相流量的增(zēng)加(jiā)，k值近(jìn)似呈(chéng)線性(xìng)增加。
結論
通過(guò)對集流(liú)式(shì)渦輪(lún)流量(liàng)計在多相(xiàng)流實(shí)驗裝置(zhì)進(jìn)行氣(qì)/水兩(liǎng)相流(liú)實驗(yàn)，發現(xiàn)流量計具有如下響(xiǎng)應規(guī)律:
1)當水流(liú)量爲(wèi)10m³/d以上,保持氣量(liàng)不變(biàn),渦輪響應與(yǔ)水相流量呈線性關系,而且随着氣量(liàng)的增加,渦(wō)輪響(xiǎng)應與水(shuǐ)流(liú)量關(guān)系直(zhí)線(xiàn)的斜率(lǜ)(即渦(wō)輪k值)明顯(xiǎn)增加。
2)在(zài)低液相流量下(xià),即水流(liú)量10m³/d内,随(suí)着水流量的(de)增(zēng)加,渦輪響應(yīng)增加,但較純水中的響應(yīng)增加緩慢.而且(qiě)随着氣量(liàng)的增(zēng)加,渦輪(lún)響應對液相(xiàng)流(liú)量敏感(gǎn)性變差。當(dāng)氣相流量充分高時(shí),響應曲線(xiàn)幾乎(hū)呈一(yī)平的台階(jiē),此時渦輪對液(yè)相流(liú)量(liàng)失去了(le)分辨能力(lì),表明(míng)渦輪(lún)流量計在(zài)高氣相流量時(shí)不适(shì)合用(yòng)來測(cè)量低(dī)産液(yè)井的液相流(liú)量。
3)在(zài)井筒存在底水的情況下,集流式(shì)渦輪(lún)流量(liàng)計對氣相的啓動流(liú)量大大低于無底水(shuǐ)(幹氣(qì))時的(de)啓動(dòng)流量(liàng)。
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