摘要:文章(zhang)通過對渦(wo)輪流量傳(chuan)感器在多(duo)相流實驗(yan)裝置進♈行(hang)氣/水兩相(xiang)流實驗,總(zong)結出傘集(ji)流過環空(kong)渦輪流量(liang)計
在氣1水(shui)兩相流下(xia)的響應規(gui)律。在氣/水(shui)兩相流條(tiao)件下,渦輪(lun)在低流量(liang)和高流量(liang)時有不同(tong)的規律,在(zai)水流量爲(wei)10m³/d以上，保持(chi)氣量不👌變(bian),渦輪響應(ying)與水流量(liang)呈線性關(guan)系,并且随(sui)着氣量的(de)增🔞加，渦輪(lun)響應與水(shui)流量關系(xi)直線的斜(xie)率(即渦輪(lun)K值)增加。在(zai)低液量下(xia)(<10m2/d)渦✨輪更敏(min)感于氣，氣(qi)量達到20方(fang)以上時對(dui)水失去了(le)分💘辨率。在(zai)水流🎯量低(di)于10m³/d時,渦輪(lun)響應值波(bo)動大,水流(liu)量10m³/d以上時(shi),随着流量(liang)增大,波動(dong)越來越小(xiao)。.
0引言
渦輪(lun)流量計是(shi)一類非常(chang)重要的流(liu)量測量儀(yi)表,因其精(jing)度高重複(fu)性好量程(cheng)範圍寬體(ti)積小輸出(chu)脈沖信号(hao)等優點,而(er)廣泛應用(yong)于天然氣(qi)計量油品(pin)正确計量(liang)和貿易工(gong)業生産過(guo)程監控測(ce)量✊等領域(yu)[1。渦輪流量(liang)計也是生(sheng)産測井産(chan)出剖面流(liu)量測量的(de)主要方法(fa)。目前大慶(qing)油田和國(guo)🥰内多數陸(lu)相沉積油(you)田的生産(chan)井普遍存(cun)在脫氣現(xian)象,造成油(you)氣水三相(xiang)流動🔴,産出(chu)剖面測井(jing)中三相流(liu)測量是一(yi)💋個急需解(jie)決的難題(ti)。針對渦輪(lun)流量計在(zai)三相流中(zhong)的響應已(yi)經有人進(jin)行了研究(jiu),鍾興福等(deng)[2]對渦輪傳(chuan)感器進行(hang)了理論分(fen)析,給出了(le)三相流動(dong)中渦輪流(liu)量計的實(shi)驗響應特(te)性，最後總(zong)結出用渦(wo)輪🈲流量計(ji)測量多相(xiang)流流量的(de)半理論半(ban)經驗公式(shi)❄️。金甯德等(deng)[3]基于傘集(ji)流渦輪流(liu)量計與放(fang)射性密度(du).持水率計(ji)組合儀在(zai)油氣水三(san)相流流動(dong)環中✌️的動(dong)态試驗結(jie)果,建立了(le)三相流渦(wo)輪流量計(ji)統計測量(liang)模型。胡金(jin)海等[4]對渦(wo)輪流量計(ji)在.水平模(mo)拟井中測(ce)♌量油氣水(shui)三相流進(jin)行了實驗(yan)研究結果(guo)。雖然如此(ci),三相流測(ce)量需要✍️進(jin)行長期艱(jian)巨的研究(jiu)才能解決(jue),本工作在(zai)😍三相流裝(zhuang)置上采用(yong)集流式渦(wo)輪流量計(ji)在氣/水兩(liang)相流條件(jian)下進行實(shi)驗,發現了(le)集流式渦(wo)輪流量計(ji)在氣/水兩(liang)相流條件(jian)下新的性(xing)應規律,爲(wei)三相流測(ce)量提供借(jie)鑒。
1實驗條(tiao)件及準備(bei)[5]
實驗是在(zai)大慶油田(tian)的多相流(liu)模拟實驗(yan)室24m筒進行(hang)的，透明的(de)有機玻璃(li)井筒内徑(jing)爲125mm,實驗介(jie)質爲自來(lai)水和壓縮(suo)空氣,實驗(yan)中氣水的(de)流量可以(yi)由儀表正(zheng)确控制♉和(he)計量。實驗(yan)儀器爲渦(wo)👅輪流量計(ji),采用傘式(shi)集流器集(ji)流,集流傘(san)爲16根金屬(shu)傘筋,傘布(bu)采用高強(qiang)度薄織料(liao),質密不透(tou)氣，密封效(xiao)果好,如⛱️圖(tu)1所示
集流(liu)後,井眼内(nei)所有流體(ti)進入集流(liu)器内的進(jin)液口，經過(guo)流量計所(suo)在的測量(liang)通道,然後(hou)由出液口(kou)流回到井(jing)📐筒。集流後(hou),可以将測(ce)🤞量通道内(nei).的流速提(ti)高幾💃十倍(bei),降🧑🏽🤝🧑🏻低渦輪(lun)的啓動排(pai)量;還🔞可以(yi)使氣/水混(hun)合均🧑🏾🤝🧑🏼勻,減(jian)少流🌈态對(dui)流量和含(han)水率測量(liang)的影響。在(zai)與流📞量計(ji)相同高度(du)的井筒上(shang)安置了溫(wen)度和壓力(li)傳感器以(yi)進行對氣(qi)相的流量(liang)進行PVT校正(zheng)。實驗中所(suo)采用🥰測井(jing)儀器的流(liu)量測量範(fan)圍爲:2m³/d~80m³/d,測量(liang)精度爲±5%,啓(qi)動排.量:2m³/d,儀(yi)器測量通(tong)道内徑爲(wei)19mm。氣流量的(de)調節點依(yi)次爲3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流(liu)量的調節(jie)點分别💃🏻爲(wei)60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗🍉中,先(xian)固定某一(yi)氣體流量(liang),待氣體流(liu)量穩定後(hou),按流量遞(di)減的♊順序(xu)調節水流(liu)量。流量穩(wen)定後,利用(yong)油井綜合(he)參數測試(shi)儀記錄渦(wo)輪轉數,給(gei)儀器供電(dian)+42V,電流60mA。重複(fu)測量時也(ye)是按流量(liang)遞減㊙️的順(shun)序測量。記(ji)錄渦輪的(de)轉速,每一(yi)水流量都(dou)調節完畢(bi)後,按♊遞增(zeng)的順序調(diao)節下一氣(qi)體流量。對(dui)所獲取的(de)數據🌈進行(hang)處理和分(fen)析。
2實驗結(jie)果[67]
2.1渦輪在(zai)純水中的(de)響應.
實驗(yan)過程中,初(chu)始水流量(liang)爲80m³/d,待流量(liang)穩定後記(ji)錄渦輪轉(zhuan)☎️數,之後按(an)10m³/d的流量遞(di)減,測量每(mei)一流量點(dian)的渦🏃🏻輪轉(zhuan)數。實驗中(zhong)共對兩支(zhi)儀器進行(hang)了實驗,兩(liang)支渦輪流(liu)量計在水(shui)中響應特(te)性一緻。給(gei)出了其中(zhong)一支渦輪(lun)流量計在(zai)純水中的(de)渦輪🚶♀️響應(ying)的實💛驗結(jie)果,如圖2所(suo)示。圖2中橫(heng)坐标爲水(shui)流量,縱軸(zhou)爲渦輪轉(zhuan)數。
實驗結果(guo)表明，,在純(chun)水中，渦輪(lun)流量計儀(yi)器響應與(yu)流量有很(hen)好的線性(xing)關系，重複(fu)性好,規律(lü)一緻。拟合(he)得到渦輪(lun)🏃轉速與流(liu)量的關系(xi)爲:F=1.2225Q+0.4591;線性相(xiang)關系數爲(wei)R2=0.9997。啓動排量(liang):1#儀器👅的啓(qi)動排量爲(wei)⚽2.5m³/d,2#儀器的啓(qi)動排量爲(wei)3.0m³/d.
2.2渦輪在單(dan)相氣中的(de)響應
1)幹氣(qi)(井筒中無(wu)底水)
本實(shi)驗考察流(liu)量計對單(dan)相氣(幹氣(qi))的響應規(gui)律。當井筒(tong)✔️中無底水(shui),流體爲單(dan)相氣,分别(bie)按照流量(liang)增加和遞(di)減方向調(diao)節氣相流(liu)💞量,流量計(ji)在氣中的(de)響應規律(lü)如圖3所示(shi)。由圖3可⭐知(zhi),渦輪響應(ying)與氣相流(liu)量近🛀似呈(cheng)線性規律(lü),但數據的(de)離散✍️性遠(yuan)較純🌂水相(xiang)時大，重複(fu)數據的離(li)散性也大(da)得多。而且(qie)渦⚽輪轉速(su)依賴于氣(qi)相流量按(an)增加或減(jian)小方向的(de)調節。由于(yu)渦輪📐慣性(xing)的影響,按(an)流量遞減(jian)🤩調節時,對(dui)應于同樣(yang)流量📧時的(de)渦輪轉速(su)要大于按(an)遞增方向(xiang)上的轉速(su)。啓動流量(liang)強烈地依(yi)賴于流量(liang)遞增或遞(di)減,按流量(liang)遞增調節(jie)氣流量時(shi),啓動流量(liang)爲40m³/d.而按氣(qi)量遞減調(diao)節,則截止(zhi)流量爲7m³/d,這(zhe)是由于渦(wo)❓輪的慣性(xing)所緻。本實(shi)驗中,氣相(xiang)流量最大(da)達到了150m³/d。
2)靜(jing)水中純氣(qi)(井筒中充(chong)滿靜水)
本(ben)實驗考察(cha)流量計在(zai)井筒内有(you)底水情況(kuang)下對氣🈲相(xiang).流量🌂的響(xiang)應規律。将(jiang)流量計置(zhi)于充滿靜(jing)水井筒中(zhong)，增加氣相(xiang)的流量,記(ji)錄渦輪的(de)轉速。初始(shi)氣流量爲(wei)60m³/d,每次流量(liang)按10m³/d變化量(liang)遞減,待流(liu)量穩定後(hou)記錄渦輪(lun)轉數。然後(hou)仍按流量(liang)遞減的㊙️順(shun)序重複上(shang)述實驗♈過(guo)程。實驗獲(huo)得的兩支(zhi)儀器的響(xiang)應規律一(yi)緻。本文❤️給(gei)出了其中(zhong)🔞一支渦輪(lun)流量計的(de)響應曲線(xian),如圖4所🌂示(shi)。由圖4可知(zhi),渦輪響應(ying)在靜水中(zhong)與氣體流(liu)量呈非♻️線(xian)性關系。當(dang)氣相流🥰量(liang)低于20m³/d時,渦(wo)輪轉速高(gao)于相同水(shui)流量時的(de)轉速,表明(ming)此時渦輪(lun)對氣更敏(min)感;而當氣(qi)體流量大(da)于20m³/d時,渦輪(lun)轉速小于(yu)在相同流(liu)量時水中(zhong)的轉速,表(biao)明此時渦(wo)輪對水更(geng)敏感。繼續(xu)增加氣👌相(xiang)的🔱流量,渦(wo)輪響應逐(zhu)漸趨向于(yu)線性。
在井筒内(nei)充滿靜水(shui)的條件下(xia),兩支流量(liang)計在氣流(liu)量✉️爲2.5m³/d即啓(qi)動,渦輪的(de)啓動排量(liang)與純水類(lei)似,啓動流(liu)量遠遠低(di)于單♋相氣(qi)的情況。其(qi)原因可能(neng)是單相氣(qi)時,在較低(di)的流速下(xia)，氣📱在經過(guo)渦輪時,由(you)于氣時可(ke)壓縮的，，氣(qi)更容易繞(rao)過渦輪而(er)從葉片與(yu)外殼之間(jian)🔞的縫隙流(liu)過,僅有一(yi)部分氣推(tui)動渦輪葉(ye)片旋轉;而(er)存在底水(shui)的💋情🌏況下(xia)，,對于在低(di)流量氣/水(shui)爲泡狀流(liu)♈，輕質相的(de)💘氣趨于💃🏻沿(yan)管心向上(shang)流動🌍,由于(yu)液相的水(shui)具🐉有不可(ke)壓縮性,較(jiao)☀️大比例的(de)氣泡隻能(neng)經過渦輪(lun)葉片,推動(dong)渦輪旋轉(zhuan),因此啓動(dong)流量低于(yu)幹氣的情(qing)☁️況。
2.3渦輪在(zai)氣/水兩相(xiang)流中的響(xiang)應
本實驗(yan)考察流量(liang)計在動水(shui)中(水相流(liu)量不爲零(ling))對㊙️氣相流(liu)📱量📞的🍓響應(ying)規律。實驗(yan)中，氣體流(liu)量依次保(bao)持爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于(yu)每一個氣(qi)相流量,水(shui)流量依次(ci)按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的遞次(ci)調節,穩定(ding)😄後記錄渦(wo)輪轉速。獲(huo)得的兩支(zhi)渦輪流量(liang)計在氣/水(shui)兩相流中(zhong)的✏️渦輪響(xiang)應🔞規律一(yi)緻🌏。其中1#流(liu)量計在氣(qi)/水兩相流(liu)中的響應(ying),如圖5所示(shi)。渦輪在低(di)液量和高(gao)流量時♍有(you)不同的規(gui)律📞,在水流(liu).量高于10m³/d時(shi),保持氣量(liang)不變，渦輪(lun)響應與水(shui)流量呈線(xian)性關系,但(dan)在較高的(de)氣量下具(ju)有較高的(de)斜率,或較(jiao)大的儀表(biao)常數。而在(zai)在低液量(liang)下,即在水(shui)流量低于(yu)10m³/d時,渦輪響(xiang)應與水相(xiang)流量呈非(fei)🏃♀️線性關系(xi)。此時,随着(zhe)水流量的(de)增加，渦輪(lun)響應也增(zeng)加,但較純(chun)水時的響(xiang);應增加緩(huan)慢🐅,而且🏃🏻随(sui)着氣量的(de)增加,渦輪(lun)響應對液(ye)相的敏感(gan)性越差,當(dang)氣量達到(dao)20m³/d時,幾乎呈(cheng)一個💚平的(de).台㊙️階,說明(ming)此☔時渦輪(lun)對液相🐆流(liu)量失去了(le)分辨能力(li),表明渦輪(lun)流量計在(zai)高氣相流(liu)量時不适(shi)合用來測(ce)🐪量低液量(liang)液💰相的流(liu)量。
保持氣(qi)量不變,取(qu)水相流量(liang)10m³/d及以上時(shi)的數據,計(ji)算渦輪響(xiang)💯應與水流(liu)量關系直(zhi)線的斜率(lü)(即K值),然後(hou)做出氣流(liu)量與K值的(de)關系圖版(ban)如圖6所示(shi)5随着氣相(xiang)流量的增(zeng)🌍加，K值近似(si)呈線性增(zeng)加。
結論
通(tong)過對集流(liu)式渦輪流(liu)量計在多(duo)相流實驗(yan)裝置進行(hang)🔞氣/水兩💰相(xiang)流實驗，發(fa)現流量計(ji)具有如下(xia)響應規律(lü):
1)當水流量(liang)爲10m³/d以上,保(bao)持氣量不(bu)變,渦輪響(xiang)應與水相(xiang)流🧑🏽🤝🧑🏻量💰呈線(xian)性關系,而(er)且随着氣(qi)量的增加(jia),渦輪響應(ying)與水流量(liang)關系✔️直線(xian)的斜率(即(ji)渦輪K值)明(ming)顯增加。
2)在(zai)低液相流(liu)量下,即水(shui)流量10m³/d内,随(sui)着水流量(liang)的增加,渦(wo)輪響應增(zeng)加,但較純(chun)水中的響(xiang)應增加緩(huan)慢.而且随(sui)着氣量的(de)增❤️加,渦輪(lun)響🤟應對液(ye)相流量敏(min)感性變差(cha)。當氣相流(liu)量充分高(gao)時,響應曲(qu)線幾乎呈(cheng)一平的台(tai)階,此時渦(wo)輪對液相(xiang)流量失去(qu)了分辨能(neng)力,表明渦(wo)輪流量計(ji)在高氣相(xiang)流量時不(bu)适合用來(lai)測量低産(chan)液井的液(ye)相♻️流量。
3)在(zai)井筒存在(zai)底水的情(qing)況下,集流(liu)式渦輪流(liu)量計對🏃♂️氣(qi)相的啓動(dong)流量大大(da)低于無底(di)水(幹氣)時(shi)的啓動流(liu)量。
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