摘要(yao)：井下渦(wo)街流量(liang)計 是一(yi)種新型(xing)的同心(xin)集成注(zhu)水井分(fen)層流量(liang)測試儀(yi)💰。文中着(zhe)重介紹(shao)了其原(yuan)理、結構(gou)、特點及(ji)室内實(shi)驗、現場(chang)應🎯用情(qing)況。該儀(yi)器已在(zai)大慶等(deng)油田完(wan)成160多層(ceng)測試任(ren)務,應用(yong)效🌐果良(liang)好。
　　油田(tian)的分層(ceng)開采發(fa)揮了重(zhong)要作用(yong),其關鍵(jian)是分層(ceng)注🔴水⭕。随(sui)着分層(ceng)注水的(de)發展,相(xiang)應的分(fen)層流量(liang)測試也(ye)有了長(zhang)足的進(jin)步,從初(chu)期的投(tou)球法測(ce)試到 浮(fu)子流量(liang)計 ,再到(dao)現在的(de) 超聲波(bo) 流量計(ji) 、 電磁流(liu)量計 等(deng),都先後(hou)爲油田(tian)分層流(liu)量測試(shi)技術的(de)發展做(zuo)出了貢(gong)獻。
　　以往(wang)渦街流(liu)量計主(zhu)要用于(yu)地面的(de)流量檢(jian)測,還沒(mei)有關于(yu)其在井(jing)下測試(shi)中應用(yong)的報道(dao)。2001年渦街(jie)流量計(ji)在井下(xia)測試的(de)可能性(xing)⛹🏻‍♀️,目前已(yi)研制出(chu)兩個系(xi)列的井(jing)下渦街(jie)流量計(ji),一❗種是(shi)外徑φ21mm,用(yong)于同心(xin)集成注(zhu)水井的(de)分層流(liu)量測試(shi)(已完成(cheng)40多口井(jing)160多🈲層的(de)測試);一(yi)種是外(wai)徑φ38mm,用于(yu)常規偏(pian)心注水(shui)井的✊測(ce)試。本文(wen)着重介(jie)紹外徑(jing)φ21mm的井下(xia)渦街流(liu)量計。
井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)工作原(yuan)理
　　 渦街(jie)流量計(ji) 是基于(yu)卡曼渦(wo)街原理(li)制成的(de)一種流(liu)體振蕩(dang)性流量(liang)計(見圖(tu)1)。在流體(ti)中安放(fang)一根(或(huo)多根)非(fei)流線型(xing)阻💔流體(ti),流體在(zai)阻流體(ti)兩側交(jiao)替地分(fen)離釋放(fang)出兩串(chuan)規則的(de)🈲漩渦,被(bei)稱爲卡(ka)曼渦街(jie)🐕。在一定(ding)的流量(liang)範圍内(nei)漩渦的(de)分離頻(pin)率正比(bi)于管道(dao)内的平(ping)均流速(su)。
 
式中:ƒ一(yi)渦街頻(pin)率;
V一流(liu)速;
d一漩(xuan)渦發生(sheng)體寬度(du);
St一斯特(te)勞哈爾(er)數。
　　St的值(zhi)與漩渦(wo)發生體(ti)寬度d和(he)雷諾數(shu)Re有關，實(shi)驗證明(ming):當Re在2x104~7x106的(de)🔞範💃🏻圍内(nei),St值基本(ben)保持不(bu)變。因此(ci),(1)式表明(ming),當d和st爲(wei)定值時(shi)📧,漩渦産(chan)生的頻(pin)率ƒ與流(liu)體的平(ping)均流速(su)V成正比(bi),利用這(zhe)一🔞特性(xing)制成井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)。實際渦(wo)街傳感(gan)器所測(ce)的并不(bu)是平均(jun)流速,而(er)大約是(shi)漩渦發(fa)生體兩(liang)側的流(liu)速。由流(liu)體力學(xue)知識可(ke)知,在漩(xuan)渦發生(sheng)體兩側(ce)流速的(de)分布規(gui)律,是随(sui)着流速(su)的變化(hua)而變化(hua)的。因此(ci),渦街傳(chuan)感器檢(jian)測到的(de)流速與(yu)管道🐉平(ping)均流速(su)不是完(wan)全線性(xing)關系對(dui)應,而🍉且(qie)📞井下流(liu)動狀态(tai)更爲複(fu)雜,受壓(ya)力變化(hua)、噪聲、振(zhen)動等影(ying)響。在設(she)⭐計時，先(xian)确定井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)的管徑(jing),再通過(guo)室内試(shi)驗，選定(ding)漩渦發(fa)生體的(de)形狀,以(yi)及漩渦(wo)發生體(ti)與漩渦(wo)檢測體(ti)之間的(de)距離等(deng)一系列(lie)參數,使(shi)井下渦(wo)街流量(liang)計🔴能夠(gou)産生并(bing)檢測到(dao)強烈而(er)穩定的(de)漩渦;其(qi)次,通過(guo)井下電(dian)路的降(jiang)噪、濾波(bo)和地面(mian)軟件的(de)處理,使(shi)井底的(de)噪聲和(he)振動等(deng)影響降(jiang)到最小(xiao)，保證流(liu)量計的(de)測試精(jing)度達到(dao)足夠的(de)要求。在(zai)實㊙️際使(shi)用時🈲,通(tong)過先把(ba)渦街傳(chuan)感器的(de)儀表系(xi)數固化(hua)在流量(liang)計的E2PROM中(zhong),然後通(tong)過标定(ding)用地面(mian)軟件繪(hui)🔞制出的(de)頻率與(yu)标準流(liu)量的試(shi)驗曲線(xian),實現對(dui)井下渦(wo)街流量(liang)計的非(fei)線性修(xiu)正。
井下(xia)渦街流(liu)量計的(de)設計
1.工(gong)藝流程(cheng)
　　井下電(dian)路原理(li)見圖2。當(dang)流體流(liu)經井下(xia)渦街流(liu)量計🥰的(de)漩✍️渦發(fa)♻️生體時(shi)，這種發(fa)生體可(ke)産生強(qiang)烈的穩(wen)定的旋(xuan)渦,旋🌍渦(wo)的頻率(lü)經信号(hao)放大後(hou)進行濾(lü)波，然後(hou)由轉換(huan)電路轉(zhuan)換成單(dan)片機可(ke)處理的(de)信号,由(you)單片機(ji)對信号(hao)進行接(jie)收㊙️、處理(li)，并存于(yu)存儲器(qi)中,存儲(chu)器中的(de)數據可(ke)用接口(kou)與地面(mian)儀表連(lian)接回放(fang)。
 
2.數據處(chu)理軟件(jian)
　　井下渦(wo)街流量(liang)計數據(ju)采集處(chu)理系統(tong)由一台(tai)便攜式(shi)微🏃型計(ji)算機構(gou)成。微機(ji)通過串(chuan)行口與(yu)流量計(ji)進行通(tong)訊。控制(zhi)軟件對(dui)計算機(ji)的配置(zhi)要求寬(kuan)松,操作(zuo)系統兼(jian)容MicrosoftWindow95.98、NT或2000。
　　井(jing)下控制(zhi)軟件采(cai)用PLM語言(yan)編制,主(zhu)要包括(kuo)标定、采(cai)集和回(hui)🔞放三部(bu)分。利用(yong)節能控(kong)制方式(shi)控制儀(yi)器工作(zuo),儀器♋工(gong)作時間(jian)和工📱作(zuo)方式可(ke)以方便(bian)地調整(zheng)。地面🌈數(shu)據處理(li)軟件采(cai)用Delphi語言(yan)編制,軟(ruan)件和電(dian)子流量(liang)計配合(he)使用,自(zi)動測量(liang)♋每口井(jing)不同介(jie)質、不同(tong)井層的(de)流量和(he)溫度數(shu)據,從而(er)實現注(zhu)水井計(ji)量統計(ji)的自動(dong)化。其中(zhong)本系統(tong)軟件主(zhu)要實現(xian)的功能(neng)是将🥰流(liu)量💘計測(ce)量的原(yuan)始數據(ju)進行加(jia)工整理(li)⛹🏻‍♀️，然後在(zai)測量結(jie)果的基(ji)礎上繪(hui)制出☂️流(liu)量壓力(li)指示曲(qu)線,并将(jiang)每次測(ce)量的原(yuan)始數據(ju)和最終(zhong)結果以(yi)圖像或(huo)數據表(biao)格的方(fang)式進行(hang)預覽打(da)印和歸(gui)類保存(cun)。軟件不(bu)需要安(an)⭕裝,直接(jie)複制🐇到(dao)目标目(mu)錄即👣可(ke)，軟件界(jie)面友好(hao),操作簡(jian)便、易學(xue),在應用(yong)中得到(dao)了使用(yong)者的好(hao)評。
3.井下(xia)儀器結(jie)構
　　井下(xia)渦街流(liu)量計整(zheng)體爲不(bu)鏽鋼全(quan)密封結(jie)構,如圖(tu)3所示，主(zhu)要由引(yin)管、渦街(jie)傳感器(qi)倉、走線(xian)盒、進液(ye)孔、電路(lu)倉♌和電(dian)🐆池倉⛹🏻‍♀️組(zu)成。
 

室内(nei)試驗
　　爲(wei)檢驗流(liu)量計性(xing)能指标(biao),爲現場(chang)試驗提(ti)供依據(ju)，流量⛱️計(ji)組裝🙇🏻、調(diao)試完成(cheng)後進行(hang)系統的(de)室内試(shi)驗。
1.室内(nei)耐壓耐(nai)溫試驗(yan)
　　将接通(tong)電源的(de)流量計(ji)下人到(dao)試驗缸(gang)中進行(hang)試驗,向(xiang)試驗缸(gang)中注人(ren)柴油并(bing)升溫到(dao)85℃,升壓到(dao)60MPa,穩定壓(ya)力🌍、溫度(du)1h後洩壓(ya)。反複升(sheng)壓、穩壓(ya)、洩壓兩(liang)次，完成(cheng)流量計(ji)耐壓、耐(nai)溫及疲(pi)勞試驗(yan)。流量計(ji)㊙️起出後(hou)☂️,經檢驗(yan)外型無(wu)形變,流(liu)量計傳(chuan)感🤞器、線(xian)路筒及(ji)電池筒(tong)無滲漏(lou)。室内耐(nai)溫耐壓(ya)🏒試驗表(biao)明，随着(zhe)溫度、壓(ya)力的變(bian)化流量(liang)計工作(zuo)狀态穩(wen)定,溫度(du)在30℃~85℃之間(jian),零點數(shu)據的溫(wen)度漂移(yi)爲0.016%/℃(試驗(yan)數據略(lue))。流量計(ji)耐壓、耐(nai)溫性能(neng)可以滿(man)足現場(chang)的需要(yao)。
2.流計标(biao)定試驗(yan)
　　标定曲(qu)線和回(hui)歸曲線(xian)見圖4、圖(tu)5。從标定(ding)曲線上(shang)看,井♈下(xia)渦🍉街㊙️流(liu)量計在(zai)流量發(fa)生變化(hua)時,曲線(xian)台階有(you)明顯變(bian)化,回歸(gui)曲線近(jin)乎直線(xian),說明其(qi)線性很(hen)好。.在室(shi)🈚内對十(shi)幾隻流(liu)量計進(jin)🌍行了标(biao)🔅定試驗(yan),其标定(ding)曲線及(ji)回歸曲(qu)🔞線非常(chang)相似。同(tong)時.用标(biao)定好的(de)流量計(ji)在室内(nei)模拟井(jing)下測試(shi),試驗表(biao)明,該井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)用于分(fen)層注水(shui)🔴井流量(liang)測量是(shi)可行的(de)。
 
3.流量計(ji)性能參(can)數
　　流量(liang)計參數(shu)可由圖(tu)6、表1得出(chu)。
 
(3)穩定性(xing)
　　由于井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)沒有可(ke)動部件(jian),所以它(ta)的特性(xing)在使用(yong)中變化(hua)很小，在(zai)長時間(jian)使用過(guo)程中參(can)數十分(fen)穩定,而(er)且不需(xu)頻繁标(biao)定,暫定(ding)爲半年(nian)标--次。現(xian)場試驗(yan)利用該(gai)技術,使(shi)用φ21mm井下(xia)渦街流(liu)量計先(xian)後在6個(ge)油田完(wan)成了40多(duo)口井160層(ceng)同心😘集(ji)成注水(shui)井的分(fen)層✏️流量(liang)調配，應(ying)用效果(guo)良好。
　　圖(tu)7是采油(you)一廠南(nan)1-2-水140井第(di)--層流量(liang)測試曲(qu)線,從現(xian)場施工(gong)過程和(he)測試曲(qu)線看,井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)具有以(yi)下兩🏃個(ge)優點:
(1)井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)分辨率(lü)高。圖7中(zhong)第一壓(ya)力點和(he)第二壓(ya)力⛹🏻‍♀️點流(liu)量測試(shi)值僅相(xiang)差1m3/d左右(you)。
 
(2)井下渦(wo)街流量(liang)計由于(yu)沒有可(ke)動部件(jian),彌補了(le)注水水(shui)質🌏較差(cha)時🔅堵、塞(sai)儀器造(zao)成測試(shi)成功率(lü)低、測試(shi)周期長(zhang)🐇等不足(zu)。使用井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)對同心(xin)集成注(zhu)水井進(jin)行流量(liang)調配,平(ping)📐均測試(shi)次數是(shi)2~3次,大大(da)縮短了(le)測試周(zhou)期。
結論(lun)
1.井下渦(wo)街流量(liang)計與同(tong)心集成(cheng)式細分(fen)注水工(gong)藝配套(tao),可滿足(zu)🏃🏻現場分(fen)流測試(shi)調配要(yao)求。注水(shui)水質較(jiao)差🚩時,适(shi)應性好(hao),而且還(hai)🚩能用于(yu)偏心注(zhu)水井的(de)測試。
2.井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)具有無(wu)可動部(bu)件、測試(shi)精度高(gao)、重複性(xing)好,操作(zuo)簡便易(yi)行等特(te)點,符合(he)未來流(liu)量測試(shi)的發展(zhan)方向。
3.井(jing)下渦街(jie)流量計(ji)穩定性(xing)好,不需(xu)要頻繁(fan)标定。

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