摘要：井下渦街流量計(jì) 是一種(zhǒng)新型的(de)同心集成(chéng)注水(shuǐ)井分層流量測試儀。文中着重(zhòng)介紹(shào)了(le)其(qí)原理(lǐ)、結構、特點(diǎn)及室(shì)内實(shí)驗、現(xiàn)場應(yīng)用情況(kuàng)。該儀器(qì)已在(zài)大(dà)慶等油(yóu)田完成160多層測(cè)試任務,應(yīng)用效(xiào)果良好。
　　油(yóu)田的分層(céng)開采發揮(huī)了重(zhòng)要(yào)作用,其(qí)關鍵是分層注(zhù)水。随着分層注(zhù)水的(de)發(fā)展(zhǎn),相應(yīng)的分層(céng)流(liú)量測試也(yě)有了長足(zú)的進步,從初期的投球法(fǎ)測(cè)試(shì)到 浮子流(liú)量計(jì) ,再到現在的 超(chāo)聲波 流量計 、 電磁流(liú)量(liàng)計 等,都(dōu)先後爲油田(tián)分(fèn)層流(liú)量測試技術的發展(zhǎn)做出(chū)了貢(gòng)獻。
　　以往渦街流量計主要(yào)用于地面的流量檢測(cè),還(hái)沒有(yǒu)關于其(qí)在井下(xià)測試中應用的報道。2001年(nián)渦(wō)街流(liú)量計在(zài)井下(xià)測(cè)試的(de)可能性,目(mù)前已研制(zhì)出兩個系(xì)列的井下(xià)渦街流量計,一(yī)種是(shì)外徑φ21mm,用于同心集成(chéng)注水井的(de)分層流量(liàng)測試(已完(wán)成40多(duō)口井(jǐng)160多層的測(cè)試);一種是(shì)外徑(jìng)φ38mm,用于(yú)常規(guī)偏心(xīn)注水(shuǐ)井(jǐng)的(de)測試。本文着重介紹外徑(jìng)φ21mm的(de)井(jǐng)下渦街流量計。
井(jǐng)下(xià)渦街流量(liàng)計工(gōng)作原理(lǐ)
　　 渦街流(liú)量計(jì) 是(shì)基于卡(kǎ)曼渦街原理制(zhì)成的一種流體振蕩性流量計(jì)(見圖1)。在(zài)流體中(zhōng)安放(fàng)一根(或多(duō)根)非流(liú)線(xiàn)型阻(zǔ)流體(tǐ),流體在阻(zǔ)流體兩側交替地分(fèn)離釋放出(chū)兩串(chuàn)規(guī)則的漩渦,被(bèi)稱爲卡曼(màn)渦街。在一(yī)定的(de)流量範圍内漩(xuán)渦的分離(lí)頻率(lǜ)正比(bǐ)于管道内(nèi)的平均(jun1)流(liú)速。
 
式(shì)中:ƒ一渦(wō)街頻率(lǜ);
v一流速(sù);
d一漩渦(wō)發生(shēng)體(tǐ)寬度;
st一(yī)斯特(tè)勞哈爾數(shù)。
　　st的值與漩(xuán)渦發(fā)生體寬度d和雷(léi)諾數(shù)re有(yǒu)關，實驗(yàn)證明:當re在2x104~7x106的範(fàn)圍内,st值基本保(bǎo)持不變。因(yīn)此,(1)式(shì)表明(míng),當d和st爲定(dìng)值時,漩渦産生(shēng)的頻率(lǜ)ƒ與流體(tǐ)的平(píng)均(jun1)流(liú)速v成(chéng)正比(bǐ),利(lì)用這一(yī)特性(xìng)制成井(jǐng)下(xià)渦街流量計。實(shí)際渦街傳感器(qì)所測的并不是平均流速(sù),而大(dà)約是漩(xuán)渦發生(shēng)體兩側(cè)的(de)流速。由流體力(lì)學知(zhī)識可(kě)知,在(zài)漩渦(wō)發(fā)生體兩側流(liú)速的分布(bù)規律,是随(suí)着流速的(de)變化而(ér)變化的。因此,渦(wō)街傳感器檢測到的流速與管道平均(jun1)流速不(bú)是(shì)完全(quán)線性(xìng)關系對應(yīng),而且(qiě)井下流動(dòng)狀态更爲(wèi)複雜(zá),受壓(yā)力(lì)變化、噪聲、振動等影響(xiǎng)。在設計(jì)時，先确定井下渦街流(liú)量計(jì)的(de)管徑,再(zài)通過室(shì)内試驗(yàn)，選定(dìng)漩渦(wō)發生(shēng)體的形狀,以及(jí)漩渦(wō)發生體與漩(xuán)渦(wō)檢測體之(zhī)間的距離等(děng)一系列(liè)參數(shù),使井(jǐng)下渦(wō)街流量計能夠(gòu)産生并檢(jiǎn)測到強烈而穩定的漩渦;其(qí)次(cì),通過井(jǐng)下(xià)電路(lù)的降(jiàng)噪、濾波和(hé)地面軟(ruǎn)件(jiàn)的處(chù)理,使井底的噪(zào)聲和振動(dòng)等影(yǐng)響降到最小，保證流(liú)量計的測試精度達(dá)到足(zú)夠的要求。在實(shí)際使(shǐ)用時,通(tōng)過(guò)先把渦街傳感(gǎn)器的儀表系數(shù)固化在(zài)流(liú)量計(jì)的e2prom中(zhōng),然後(hòu)通過(guò)标定用地面(miàn)軟(ruǎn)件繪制出(chū)的頻率與标準(zhǔn)流量(liàng)的試(shì)驗(yàn)曲線,實現對井(jǐng)下渦街流量(liàng)計的非(fēi)線(xiàn)性修(xiū)正。
井(jǐng)下渦(wō)街流(liú)量計的設計
1.工藝流程
　　井下電路原理見(jiàn)圖2。當流體流經(jīng)井下渦街流量(liàng)計的漩渦(wō)發生體時，這種(zhǒng)發生(shēng)體可産(chǎn)生強烈的穩定(dìng)的旋渦(wō),旋渦的頻率經(jīng)信号(hào)放(fàng)大(dà)後進行濾(lǜ)波，然後由(yóu)轉換電路(lù)轉換(huàn)成單片機可處(chù)理的(de)信号,由單(dān)片機對信(xìn)号進(jìn)行接收、處理，并(bìng)存于存(cún)儲(chǔ)器中(zhōng),存儲器中(zhōng)的數(shù)據可用(yòng)接口與地面(miàn)儀表連接(jiē)回放(fàng)。
 
2.數據(jù)處理(lǐ)軟(ruǎn)件(jiàn)
　　井下渦街(jiē)流量計(jì)數(shù)據采集處理系(xì)統由(yóu)一台便(biàn)攜式微型計(jì)算機構成。微機通(tōng)過串行(háng)口與流量(liàng)計進(jìn)行通訊。控(kòng)制軟件對計(jì)算機的(de)配置要求(qiú)寬松,操作系統兼容(róng)microsoftwindow95.98、nt或2000。
　　井下控(kòng)制(zhì)軟(ruǎn)件采(cǎi)用plm語言編(biān)制,主要(yào)包括标(biāo)定、采集和回放(fàng)三部分。利用節能控(kòng)制方式控制儀器工(gōng)作,儀(yí)器工(gōng)作(zuò)時間和(hé)工作(zuò)方式可以方(fāng)便(biàn)地調整。地(dì)面數(shù)據處(chù)理(lǐ)軟件采用(yòng)delphi語言編(biān)制,軟件(jiàn)和(hé)電子流量計配合使(shǐ)用,自動測(cè)量每(měi)口井不(bú)同介質(zhì)、不同井層(céng)的流量和溫度數據(jù),從而(ér)實現注水(shuǐ)井計(jì)量統(tǒng)計的(de)自動化。其中(zhōng)本(běn)系統軟件主要(yào)實現的(de)功能是(shì)将流量計測量(liàng)的原始數據進(jìn)行加工整理，然後在(zài)測量(liàng)結果(guǒ)的基礎上(shàng)繪制(zhì)出流(liú)量壓力指示曲(qǔ)線,并(bìng)将每(měi)次測(cè)量的原(yuán)始(shǐ)數據和最(zuì)終結果以圖像(xiàng)或數(shù)據表(biǎo)格的方式(shì)進行預覽打印(yìn)和歸(guī)類(lèi)保存。軟(ruǎn)件不需要安裝(zhuāng),直接複(fú)制(zhì)到目标目(mù)錄即(jí)可，軟(ruǎn)件(jiàn)界(jiè)面友好,操(cāo)作簡(jiǎn)便、易(yì)學,在(zài)應用中得到了(le)使用者的好評(píng)。
3.井下儀器(qì)結構(gòu)
　　井下(xià)渦街流量(liàng)計整(zhěng)體爲不鏽(xiù)鋼全密封結構(gòu),如圖3所(suǒ)示，主要由引管、渦(wō)街傳(chuán)感(gǎn)器倉(cāng)、走線盒(hé)、進液孔、電(diàn)路倉(cāng)和電池倉(cāng)組成(chéng)。
 

室内試驗
　　爲檢驗流(liú)量計性能(néng)指标,爲現(xiàn)場試驗提(tí)供依(yī)據(jù)，流量計組裝、調試完成後進(jìn)行系統的室(shì)内試驗(yàn)。
1.室内耐壓耐溫(wēn)試驗
　　将(jiāng)接(jiē)通電(diàn)源的(de)流量計下(xià)人到試(shì)驗缸中進行(háng)試驗,向試(shì)驗(yàn)缸中注人柴(chái)油并升溫到85℃,升(shēng)壓到60mpa,穩定(dìng)壓力(lì)、溫度1h後洩壓。反(fǎn)複升(shēng)壓、穩(wěn)壓、洩壓(yā)兩(liǎng)次，完成流(liú)量計耐壓、耐溫(wēn)及疲勞試驗。流(liú)量計(jì)起出(chū)後,經檢驗(yàn)外型無形(xíng)變,流量計傳感(gǎn)器、線路筒及電池筒無滲漏。室内耐溫耐(nài)壓試(shì)驗表明，随着溫(wēn)度、壓(yā)力的變化(huà)流量(liàng)計工(gōng)作狀(zhuàng)态穩(wěn)定,溫(wēn)度在(zài)30℃~85℃之間,零點數據(jù)的溫度漂(piāo)移爲0.016%/℃(試驗(yàn)數據(jù)略)。流量計耐壓、耐溫(wēn)性能可以滿足現場的需要。
2.流(liú)計标(biāo)定(dìng)試(shì)驗
　　标(biāo)定(dìng)曲線(xiàn)和回歸(guī)曲線見(jiàn)圖4、圖5。從(cóng)标定曲線(xiàn)上看(kàn),井下渦(wō)街流量(liàng)計在(zài)流量發生(shēng)變化時,曲線台(tái)階有(yǒu)明(míng)顯變化(huà),回歸曲(qǔ)線近乎直線,說明其線(xiàn)性很(hěn)好。.在(zài)室内對十幾隻流量(liàng)計進行了(le)标定試驗(yàn),其标(biāo)定曲線及回歸(guī)曲線(xiàn)非常(cháng)相似。同時(shí).用标定好的流量計在室内模(mó)拟井(jǐng)下測(cè)試,試(shì)驗表明,該(gāi)井下渦街流量(liàng)計用于(yú)分(fèn)層注水井(jǐng)流量測量是可行的(de)。
 
3.流量(liàng)計性(xìng)能參(cān)數(shù)
　　流(liú)量計(jì)參數(shù)可由圖6、表1得出(chū)。
 
(3)穩定(dìng)性
　　由于井(jǐng)下渦街流(liú)量計(jì)沒有(yǒu)可動部件,所以(yǐ)它的(de)特性(xìng)在使用中(zhōng)變化(huà)很小，在長(zhǎng)時間(jiān)使用過程(chéng)中參(cān)數十分穩(wěn)定,而且不(bú)需頻(pín)繁标定,暫定爲(wèi)半(bàn)年标--次。現場(chǎng)試驗(yàn)利用該技(jì)術,使用(yòng)φ21mm井(jǐng)下渦街流量計先後在6個(gè)油田(tián)完成(chéng)了40多口井160層同(tóng)心集成注(zhù)水井的分層流量調(diào)配，應用效果良(liáng)好。
　　圖(tú)7是采油一廠(chǎng)南1-2-水140井(jǐng)第--層(céng)流量(liàng)測試(shì)曲(qǔ)線(xiàn),從現場施(shī)工過程和測(cè)試(shì)曲線(xiàn)看,井下(xià)渦街流量計具有以下(xià)兩個(gè)優點:
(1)井下(xià)渦街流量計分(fèn)辨率高(gāo)。圖(tú)7中第(dì)一壓(yā)力點(diǎn)和第(dì)二(èr)壓力點流量(liàng)測試值僅相差(chà)1m3/d左右(yòu)。
 
(2)井(jǐng)下(xià)渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)由(yóu)于沒(méi)有可(kě)動部(bù)件,彌補了注(zhù)水(shuǐ)水質(zhì)較差時堵、塞儀(yí)器造成測試成(chéng)功率低、測試周期長等不(bú)足。使(shǐ)用(yòng)井下渦(wō)街流(liú)量計對同心集(jí)成注(zhù)水井進行(háng)流量(liàng)調配(pèi),平均測試次數(shù)是2~3次(cì),大大(dà)縮(suō)短(duǎn)了測(cè)試周期。
結論(lùn)
1.井(jǐng)下渦街流(liú)量計(jì)與同心(xīn)集(jí)成式細分(fèn)注水工藝(yì)配套,可滿足現(xiàn)場分(fèn)流測試調(diào)配要求。注水水(shuǐ)質較差(chà)時,适應(yīng)性好(hǎo),而且還能(néng)用于偏心注水(shuǐ)井的測(cè)試。
2.井下渦街流量計具(jù)有無可(kě)動部件(jiàn)、測試(shì)精度高、重(zhòng)複性(xìng)好,操(cāo)作簡(jiǎn)便易行等特點(diǎn),符合未來流量(liàng)測試的發展方(fāng)向。
3.井(jǐng)下(xià)渦(wō)街流(liú)量計(jì)穩定性好(hǎo),不需(xū)要頻(pín)繁标(biāo)定。

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