摘要：在(zai)三相流(liu)實驗裝(zhuang)置上采(cai)用傘式(shi)集流器(qi)對渦輪(lun)流量計(ji) 在氣/水(shui)兩相流(liu)及油、氣(qi)、水三相(xiang)流中進(jin)行實驗(yan)，獲得🐉了(le)渦輪流(liu)量計在(zai)氣/水兩(liang)相流及(ji)油/氣/水(shui)三相流(liu)條件下(xia)的實驗(yan)數據，分(fen)析氣體(ti)對渦輪(lun)流量計(ji)測量流(liu)量的影(ying)響。在氣(qi)體流量(liang)較低時(shi)，渦輪流(liu)量計與(yu)液相⚽流(liu)量的響(xiang)💰應關系(xi)受油水(shui)兩相含(han)水率的(de)影響較(jiao)小，可以(yi)将油/氣(qi)⚽/水三相(xiang)的流量(liang)測量問(wen)題簡化(hua)成氣/水(shui)兩相的(de)流量測(ce)量問題(ti)。氣體會(hui)對渦輪(lun)流量計(ji)産生💜較(jiao)大的測(ce)☂️量誤差(cha)，當氣體(ti)流量爲(wei)3m3/d、液相流(liu)量小于(yu)10m3/d的條件(jian)下以及(ji)氣體流(liu)量大于(yu)3m3/d的條件(jian)下，液相(xiang)流量測(ce)量誤差(cha)大于10%。
0引(yin)言
　　渦輪(lun)流量計(ji)已廣泛(fan)應用于(yu)井下油(you)、水兩相(xiang)流流量(liang)⭐測量，它(ta)具有儀(yi)表常數(shu)穩定的(de)優點，在(zai)油水兩(liang)相流條(tiao)件下可(ke)以正确(que)測量流(liu)量，并取(qu)得良好(hao)的應用(yong)效果。渦(wo)輪🤟流量(liang)計通常(chang)在💜油/水(shui)兩相流(liu)條❓件下(xia)進行标(biao)🌂定，對渦(wo)輪流量(liang)計的🌈也(ye)主要在(zai)油/水兩(liang)相流下(xia)進行。大(da)慶油田(tian)及📞中國(guo)多數陸(lu)相油田(tian)的生産(chan)井普遍(bian)存在産(chan)氣、脫氣(qi)現🐆象，在(zai)測試井(jing)段存在(zai)油氣水(shui)三✊相流(liu)的情況(kuang)。氣相的(de)加入使(shi)渦輪流(liu)量計的(de)響應特(te)性發生(sheng)了明顯(xian)的變化(hua)，對産出(chu)剖面的(de)測量産(chan)生了影(ying)響，氣體(ti)對低産(chan)井的測(ce)量影響(xiang)尤爲嚴(yan)重，因爲(wei)在低産(chan)井中容(rong)易出現(xian)高含氣(qi)率情況(kuang)，有必要(yao)渦輪流(liu)量計在(zai)油井中(zhong)産氣時(shi)的響應(ying)特✨性。
　　渦(wo)輪流量(liang)計在油(you)/氣/水三(san)相流下(xia)的響應(ying)已有人(ren)針對🔞不(bu)⭐同的測(ce)井儀器(qi)。基于傘(san)集流渦(wo)輪流量(liang)計與放(fang)射性密(mi)度－持水(shui)率計組(zu)合儀在(zai)油氣水(shui)三相流(liu)流動🈲裝(zhuang)置中的(de)動态結(jie)果，建立(li)了三相(xiang)流渦輪(lun)流量計(ji)統計測(ce)量模型(xing)。對渦輪(lun)流量計(ji)在水平(ping)模拟井(jing)中測量(liang)油氣水(shui)三相流(liu)進行了(le)實🧑🏽‍🤝‍🧑🏻驗。
　　在(zai)多相流(liu)模拟實(shi)驗裝置(zhi)上采用(yong)渦輪流(liu)量計在(zai)油/氣/水(shui)👣三相流(liu)及氣/水(shui)兩相流(liu)條件下(xia)開展室(shi)内動态(tai)實驗，渦(wo)輪流量(liang)計在♍油(you)、氣、水三(san)相流及(ji)氣/水兩(liang)相流低(di)産氣🛀（氣(qi)體流量(liang)不大于(yu)15m3/d）條件㊙️下(xia)的響🏃‍♀️應(ying)特性，計(ji)算氣體(ti)對渦😍輪(lun)流量計(ji)測量液(ye)相流量(liang)産生的(de)測量誤(wu)🏃🏻差，爲該(gai)儀器🧑🏽‍🤝‍🧑🏻應(ying)用到三(san)相💘流的(de)生産測(ce)井中提(ti)供借🈲鑒(jian)。
1實驗條(tiao)件及實(shi)驗方案(an)
　　實驗在(zai)大慶油(you)田測井(jing)試井檢(jian)測實驗(yan)中心多(duo)相流實(shi)驗室24ｍ模(mo)拟井中(zhong)進行。透(tou)明的有(you)機玻璃(li)井筒内(nei)徑爲125ｍｍ，實(shi)驗介質(zhi)爲自來(lai)😍水、柴🍉油(you)和壓縮(suo)空氣，實(shi)驗中油(you)、氣、水的(de)流量可(ke)以由儀(yi)表正确(que)控制和(he)計量。實(shi)驗儀器(qi)采用安(an)裝有傘(san)式集流(liu)器的🆚渦(wo)輪流量(liang)計。傘式(shi)集流器(qi)具有16根(gen)🙇‍♀️金屬傘(san)筋，傘布(bu)采用高(gao)強度薄(bao)織料，質(zhi)密不透(tou)氣，集流(liu)效果好(hao)。采用傘(san)式集流(liu)器可以(yi)使測量(liang)通道内(nei)的流體(ti)流速提(ti)高幾十(shi)倍，并且(qie)使被測(ce)流體🏃‍♀️混(hun)合更加(jia)均勻。渦(wo)輪流量(liang)計安裝(zhuang)在集流(liu)傘上部(bu)，油/氣/水(shui)混合流(liu)體被集(ji)✍️流傘集(ji)流後，從(cong)進液口(kou)流入測(ce)量通道(dao)，流經渦(wo)輪流量(liang)計測量(liang)流量，再(zai)由出液(ye)口🏒流回(hui)到井筒(tong)（見圖1）。
　　渦(wo)輪流量(liang)計位于(yu)傘式集(ji)流器上(shang)部，傳感(gan)器内徑(jing)爲19mm。渦輪(lun)測量流(liu)量範圍(wei)爲3～80m3/d，測量(liang)精度爲(wei)±5%。根據儀(yi)器的工(gong)作原理(li)及💋儀器(qi)結構等(deng)條件，實(shi)驗時氣(qi)體流量(liang)範圍爲(wei)3～15m3/d，流量調(diao)節分✉️别(bie)爲3、5、7、10、15m3/d；油水(shui)液相流(liu)量範圍(wei)爲3～80m3/d，流量(liang)調節分(fen)别爲3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含(han)水率調(diao)節範圍(wei)50%～100%。實驗中(zhong)，先固定(ding)某一氣(qi)體流量(liang)，待氣體(ti)流量穩(wen)定後分(fen)别調節(jie)油水兩(liang)相含水(shui)率和流(liu)量，待流(liu)動穩定(ding)後，進行(hang)測量。

2實驗(yan)結果及(ji)分析
2．1油(you)氣水三(san)相條件(jian)下含水(shui)率對流(liu)量測量(liang)的影響(xiang)
　　在不同(tong)氣體流(liu)量下标(biao)定了渦(wo)輪流量(liang)計在油(you)、氣、水三(san)相流中(zhong)不同氣(qi)相流量(liang)不同液(ye)相含水(shui)率時的(de)響✉️應圖(tu)❄️2固定♈氣(qi)體流量(liang)5m3/d渦輪流(liu)量計标(biao)定曲線(xian)曲線。圖(tu)♋2爲固定(ding)氣體流(liu)量5m3/d、液相(xiang)流量及(ji)液相含(han)水率變(bian)化時測(ce)量的渦(wo)輪響應(ying)曲線，液(ye)相流量(liang)從60m3/d逐漸(jian)遞減到(dao)5m3/d，含水率(lü)從100%逐漸(jian)遞減到(dao)50%。測量😘數(shu)據表明(ming)，當🐆改變(bian)不同液(ye)相流量(liang)時的測(ce)量結果(guo)與10m3/d的測(ce)量結果(guo)一緻，即(ji)當固定(ding)氣體流(liu)量5m3/d時，在(zai)🐉同一液(ye)✌️相流量(liang)下，當含(han)水率從(cong)100%變化到(dao)50%時，渦輪(lun)響應數(shu)💃值基本(ben)不變，保(bao)持在🏃🏻‍♂️同(tong)一數值(zhi)，即渦輪(lun)響應受(shou)油水比(bi)例變化(hua)的影響(xiang)較小。分(fen)析認爲(wei)，當液相(xiang)流量大(da)于5m3/d時，由(you)于集流(liu)傘的集(ji)流作用(yong)，使❤️測量(liang)通道内(nei)的流體(ti)流速提(ti)高，油水(shui)兩相以(yi)泡狀流(liu)流動，并(bing)且使被(bei)測流體(ti)油水混(hun)合✏️更加(jia)均勻，減(jian)小了油(you)水相間(jian)🔴的滑脫(tuo)效應；氣(qi)相的擾(rao)動也🆚減(jian)小了油(you)水相間(jian)的滑脫(tuo)，使💁得渦(wo)輪流量(liang)計響應(ying)受油水(shui)兩相含(han)水率變(bian)化影響(xiang)較小，氣(qi)相成爲(wei)影響渦(wo)🈲輪流量(liang)計響👨‍❤️‍👨應(ying)的💁主要(yao)因素。

　　圖3爲固(gu)定氣體(ti)流量5m3/d标(biao)定的渦(wo)輪流量(liang)計響應(ying)圖版。實(shi)驗數據(ju)表明，對(dui)于固定(ding)的氣相(xiang)流量、不(bu)同含水(shui)率下的(de)測量🔞曲(qu)線近于(yu)重合，說(shuo)明對于(yu)固定的(de)氣相流(liu)量渦輪(lun)響應與(yu)液相流(liu)💚量的響(xiang)應關系(xi)受油水(shui)兩相含(han)水率的(de)影響很(hen)小。因此(ci)，在氣體(ti)流量較(jiao)低時，油(you)/氣📞/水三(san)相的流(liu)量測量(liang)問題🛀🏻可(ke)以簡化(hua)成🤟氣/水(shui)兩相的(de)📱流量測(ce)量問題(ti)。固定氣(qi)體流量(liang)10m3/d及15m3/d标定(ding)的渦輪(lun)流量計(ji)響應規(gui)律同圖(tu)3。

2．2氣/水(shui)兩相條(tiao)件下的(de)實驗結(jie)果及誤(wu)差分析(xi)
　　圖4爲傘(san)式集流(liu)器渦輪(lun)流量計(ji)在氣/水(shui)兩相流(liu)圖4渦輪(lun)流量計(ji)氣水兩(liang)相流标(biao)定圖版(ban)中的響(xiang)應圖版(ban)。渦輪在(zai)低液量(liang)和高流(liu)量時有(you)不同的(de)規律，在(zai)水流量(liang)高于15m3/d時(shi)，保持氣(qi)量不變(bian)，渦輪響(xiang)應與水(shui)流量呈(cheng)線性關(guan)系。在低(di)液量下(xia)，即在水(shui)流量低(di)于15m3/d時，渦(wo)輪響應(ying)與水相(xiang)流量呈(cheng)非線性(xing)關系。此(ci)時随着(zhe)水流量(liang)的增加(jia)，渦輪響(xiang)應也增(zeng)📱加，但較(jiao)純水時(shi)🔞的響應(ying)增加緩(huan)✂️慢，而且(qie)随着氣(qi)量的增(zeng)加，渦輪(lun)響應對(dui)液相的(de)敏感性(xing)越差。當(dang)氣量達(da)到10m3/d時，幾(ji)乎呈平(ping)的台階(jie)，說🌍明此(ci)時渦輪(lun)🈚對液相(xiang)流量失(shi)去了分(fen)辨能力(li)，渦輪流(liu)量計在(zai)高氣量(liang)時測量(liang)低液相(xiang)流量會(hui)❓有較大(da)誤差。分(fen)析認爲(wei)，當🌈水流(liu)量較低(di)（水流量(liang)小于🔴15m3/d）時(shi)，在集流(liu)測量通(tong)道内，當(dang)氣量❄️較(jiao)少時，氣(qi)相滑脫(tuo)明顯，氣(qi)🔞相以較(jiao)大的氣(qi)泡向上(shang)流動［如(ru)圖5（ａ）所示(shi)，水流量(liang)10m3/d、氣流量(liang)⁉️1．44m3/d］，氣相對(dui)渦輪起(qi)主導作(zuo)用，使渦(wo)輪響應(ying)明顯偏(pian)高；随着(zhe)氣相流(liu)量的👣增(zeng)🚶‍♀️加，持氣(qi)率不斷(duan)增加，更(geng)多的氣(qi)泡在集(ji)流傘頂(ding)端聚集(ji)形成段(duan)塞進入(ru)集流通(tong)道。圖5（ｂ）爲(wei)水流量(liang)10m3/d、氣相流(liu)量4．8m3/d時拍(pai)攝的高(gao)速攝像(xiang)圖片，圖(tu)片顯示(shi)測量通(tong)🏃🏻道内氣(qi)/水兩相(xiang)流爲段(duan)塞流⛹🏻‍♀️。圖(tu)6爲此時(shi)采集🆚的(de)渦輪響(xiang)應實時(shi)波動信(xin)🏃🏻号，随大(da)塊氣體(ti)段塞的(de)出現，渦(wo)輪響應(ying)頻率劇(ju)烈波動(dong)，最高幅(fu)度可達(da)40Ｈｚ，渦輪響(xiang)應的平(ping)均值增(zeng)🏃🏻加，導緻(zhi)渦輪流(liu)量計測(ce)量流量(liang)明顯偏(pian)高。尤其(qi)是氣相(xiang)🏃🏻流量較(jiao)高（大于(yu)９．6m3/d）時，在集(ji)流傘頂(ding)部形成(cheng)氣頂，集(ji)流測量(liang)通道内(nei)的氣段(duan)塞更加(jia)嚴重，較(jiao)多🛀🏻的水(shui)流量被(bei)💃迫從集(ji)⚽流傘與(yu)井壁之(zhi)間的縫(feng)隙漏失(shi)，渦輪對(dui)液相🛀流(liu)量變化(hua)失去😍了(le)分辨能(neng)力，使渦(wo)輪流量(liang)計産生(sheng)了較大(da)的測量(liang)誤差。



2．3測量(liang)誤差分(fen)析
　　在實(shi)際的産(chan)出剖面(mian)測量中(zhong)，儀器通(tong)常在液(ye)相中标(biao)定刻度(du)圖版😄。測(ce)井時不(bu)知道井(jing)下是否(fou)有氣，如(ru)果存在(zai)氣體，仍(reng)然使用(yong)液相圖(tu)💛版解釋(shi)，會産生(sheng)很多誤(wu)差。
　　利用(yong)清水中(zhong)渦輪的(de)刻度方(fang)程計算(suan)加入不(bu)同氣體(ti)流量後(hou)渦輪響(xiang)應頻率(lü)所對應(ying)的流量(liang)，即爲加(jia)入氣體(ti)後的測(ce)量流量(liang)，再用所(suo)得測量(liang)流量減(jian)去配比(bi)的标準(zhun)水流量(liang)，得到氣(qi)相加入(ru)後測量(liang)的絕對(dui)增加值(zhi)，即加入(ru)氣相流(liu)量産📱生(sheng)的測量(liang)誤差（見(jian)表1）。計算(suan)結果表(biao)明，加入(ru)氣體流(liu)量後，渦(wo)輪的測(ce)量流量(liang)明顯增(zeng)加，尤其(qi)是液相(xiang)🌈流量較(jiao)低時，增(zeng)加的測(ce)量流量(liang)更高，氣(qi)體對流(liu)量測量(liang)産生了(le)較大的(de)測量誤(wu)差。低氣(qi)量下，平(ping)均1m3/d的氣(qi)量産生(sheng)的測量(liang)誤差大(da)約相當(dang)🚶于5m3/d（絕對(dui)增加值(zhi)）。


　　利(li)用測量(liang)的絕對(dui)增加值(zhi)除以滿(man)量程流(liu)量80m3/d，得到(dao)氣體💔對(dui)流量測(ce)量的滿(man)量程誤(wu)差（見圖(tu)7）。計算結(jie)果表明(ming)，隻有😘氣(qi)體流量(liang)爲3m3/d以下(xia)液相流(liu)量10m3/d以上(shang)時，滿量(liang)程測量(liang)誤差在(zai)10%以内，其(qi)他測㊙️點(dian)滿量程(cheng)誤差均(jun)大于10%。
3結(jie)論
（1）氣體(ti)流量較(jiao)低時，在(zai)同一氣(qi)體流量(liang)下保持(chi)液相流(liu)量不變(bian)、液相含(han)水率從(cong)100%變化到(dao)50%時，渦輪(lun)流量計(ji)與液💞相(xiang)流量的(de)㊙️響應關(guan)系不受(shou)油水兩(liang)相含水(shui)率的影(ying)響或受(shou)油水兩(liang)相含水(shui)率的影(ying)響👄很小(xiao)，可以将(jiang)油/氣/水(shui)三相的(de)流☎️量測(ce)量問題(ti)簡化成(cheng)氣/水兩(liang)相的流(liu)量測量(liang)問題。
（2）在(zai)不同含(han)氣量條(tiao)件下，渦(wo)輪在低(di)液量和(he)高液量(liang)時有不(bu)同的響(xiang)✊應規律(lü)，在水流(liu)量高于(yu)15m3/d時，渦輪(lun)響應與(yu)水流量(liang)呈線性(xing)關系。在(zai)水流量(liang)低于15m3/d時(shi)，渦輪響(xiang)應與水(shui)相流量(liang)呈非線(xian)性關㊙️系(xi)，當含氣(qi)量達到(dao)10m3/d時，渦輪(lun)響應呈(cheng)水平的(de)台階狀(zhuang)，渦輪對(dui)液相流(liu)量失去(qu)了分辨(bian)能力。
（3）液(ye)相流量(liang)較低時(shi)，渦輪流(liu)量計測(ce)量流量(liang)明顯高(gao)于✔️标準(zhun)流量，即(ji)使是較(jiao)低的氣(qi)體流量(liang)也會對(dui)渦輪流(liu)量計㊙️産(chan)生🔞較大(da)的測量(liang)誤🐪差。當(dang)氣體流(liu)量爲3m3/d、液(ye)相流量(liang)小于10m3/d的(de)條件下(xia)以及氣(qi)體流量(liang)大于3m3/d的(de)條件下(xia)，液相流(liu)量測量(liang)誤差均(jun)大于10%。

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