摘要:通過(guo)将 流量計(ji) 安裝在注(zhù)水井配注(zhù)裝置内，實(shi)現井下分(fen)層注水量(liàng)的自💋動監(jiān)♊測。目前地(di)面上進行(hang)流量測量(liang)的流量計(jì)種類☂️較多(duo)，但大多不(bu)适合在井(jing)下長期使(shǐ)用，且無法(fǎ)滿足配注(zhu)裝置☂️内部(bù)的空間要(yào)求。對比油(yóu)田測試常(cháng)用流量計(jì)的功能特(te)點，優選流(liu)量測量方(fāng)式;綜合考(kǎo)慮流态、結(jie)構🛀尺寸約(yuē)束和壓力(li)損失等因(yīn)素并通過(guò)FLUENT軟件模拟(nǐ)确定了流(liu)量計的尺(chǐ)寸，優選 差(chà)壓傳感器(qì) 并設計保(bǎo)護組件。室(shì)内試驗與(yǔ)現場試驗(yàn)表明:流量(liang)計測量值(zhí)🏃較爲準确(que)，測量誤差(cha)小于5%。
　　油田(tián)針對分層(céng)注水井測(ce)調工藝繁(fán)瑣、工作量(liàng)大［1］、不能😄實(shi)時監😘測🈲分(fèn)層注水量(liàng)并根據總(zǒng)注水量的(de)變化對井(jing)下分層水(shui)嘴進行實(shi)😄時調節等(děng)問題。井下(xia)分層🏃‍♂️注水(shuǐ)量🔴的自動(dòng)監測，通過(guo)将流量計(jì)安裝在配(pei)注裝置内(nèi)實現，流量(liang)計有小型(xíng)化、結構簡(jian)單、無運動(dòng)部件🌈、穩定(dìng)可靠等基(jī)本要求。目(mu)前用來在(zài)地面上實(shi)現流量測(cè)量的流量(liang)🔴計有幾十(shí)種之多，但(dan)大多不适(shì)合在井下(xia)長期使用(yong)，一方面由(you)于地面和(hé)井下的環(huán)境差異(溫(wen)度、壓力)，另(lìng)一方面是(shì)目前的流(liu)量計的體(ti)積、安裝方(fang)式無法直(zhí)接用于配(pei)注裝置上(shang)，因此需要(yào)根據🈲現有(yǒu)流量測量(liàng)原理，适合(hé)于井下流(liú)量測量的(de)小型☀️流量(liang)計。
1小型孔(kǒng)闆流量計(ji)的設計
1.1流(liu)量測量方(fang)式的選擇(ze)
對井下分(fen)層注水量(liàng)自動監測(cè)使用的流(liu)量計有以(yi)下要求🐅:
(1)長(zhang)期使用的(de)可靠性。目(mu)前井下常(chang)用流量計(ji)的使用僅(jǐn)限于測試(shi)，測試後即(jí)可進行維(wei)護、标定。所(suǒ)述的流量(liàng)計，在井🧑🏾‍🤝‍🧑🏼下(xià)長時間連(lian)續使用，其(qi)可靠性要(yào)求遠大于(yú)目前使用(yong)的流量計(ji)。
(2)結構緊湊(cou)。流量計安(an)裝于配注(zhu)裝置的環(huan)空内，空間(jian)位✨置有限(xian)♊，流量計的(de)直徑受到(dào)限制，其直(zhí)徑小于30mm。
(3)具(ju)備抗堵塞(sāi)能力。分層(céng)計量流量(liang)計的通道(dào)較小，容易(yi)産生🐇堵塞(sai)，需保持流(liú)道通暢。
　　進(jin)行流量測(cè)量方式的(de)選取。電磁(ci)流量計和(he)超聲波🚶‍♀️流(liú)量計結構(gòu)較複雜［2－3］，小(xiao)型化則結(jie)構設計困(kùn)難;渦街流(liú)量計怕震(zhen)動［4］，不利🔱于(yu)井下長期(qī)使用;靶式(shi)流量計對(duì)流體的要(yào)求較高［5］，不(bu)适用于低(di)雷諾數測(ce)量，且流體(ti)必須充🈲滿(mǎn)流量計的(de)測量管;标(biao)準孔闆🛀🏻流(liú)量計采用(yòng)圓形薄壁(bi)孔闆，性能(neng)穩定可靠(kao)，使用壽命(mìng)長［6］，常用❌來(lai)做污水計(jì)🥵量，此外孔(kong)闆流量計(jì)結構簡單(dan)，易于實🔞現(xiàn)小型化設(shè)計，因此流(liu)量測量方(fang)式選用孔(kǒng)闆式。
1.2小型(xing)孔闆流量(liàng)計的設計(jì)
　　按照配注(zhu)裝置整體(ti)結構排布(bu)(截面如圖(tu)1所示)，流量(liàng)計測量通(tōng)🔅道的最大(dà)外徑爲26mm。由(you)于配注裝(zhuāng)置結構緊(jin)湊，按照 标(biāo)準孔闆流(liu)量計 法蘭(lán)夾持孔闆(pǎn)的結構形(xíng)式無法實(shí)現，因此在(zài)小型化💯的(de)設計上，取(qǔ)消了法蘭(lán)連接，大大(da)縮小了外(wài)徑尺寸，如(ru)圖2所示。


　　 孔闆(pan)流量計 的(de)設計首先(xian)應保證流(liú)道内的流(liu)體處于紊(wěn)流狀态，避(bì)免流🌏态變(biàn)化引起流(liú)量測量誤(wù)差。由于結(jie)構約束關(guān)系，孔闆流(liu)量⁉️計的流(liú)道直徑設(shè)計爲14～22mm，單層(ceng)注水量取(qǔ)Q=2～20m3/d。計算孔闆(pan)流量計的(de)雷諾數與(yu)流道♋直徑(jìng)和單層注(zhu)水量之間(jiān)的關系，結(jié)果見圖3。
　　流(liu)道直徑減(jian)小，有利于(yu)提高測量(liang)精度，但流(liú)道過小會(huì)增大沿🚶‍♀️程(cheng)阻力。流道(dào)直徑爲14～22mm，單(dān)層注水量(liàng)取Q=5～50m3/d，按照達(da)西－韋斯巴(bā)赫🔴公式(1)與(yu)布拉修斯(si)公式(2)［7］計算(suàn)流量計流(liu)道内的壓(ya)力損失。從(cóng)圖4可以看(kan)出:随着流(liu)道直徑的(de)增加，流阻(zu)明顯下降(jiàng)，若要減小(xiao)壓力損失(shi)，流道直‼️徑(jìng)應盡量大(dà)🌈。

式中:hf爲沿(yán)程阻力損(sǔn)失;λ爲沿程(cheng)阻力系數(shù);L爲流道長(zhǎng)度;v爲平均(jun)流速;D爲流(liu)道直徑;g爲(wèi)重力加速(su)度;Re爲雷諾(nuò)數。

　　綜合考(kǎo)慮流态、結(jié)構尺寸約(yuē)束和壓力(lì)損失等因(yin)素，小型流(liú)量計流道(dao)直徑取值(zhí)範圍爲14～22mm。标(biāo)準孔闆流(liú)量計的直(zhi)徑比一✉️般(ban)在0.2～0.75之間［8］。根(gēn)據以上分(fèn)析取流道(dào)直徑的1/3～1/2作(zuo)爲孔闆直(zhí)徑較爲合(hé)适。孔闆直(zhí)徑越小，流(liu)量計靈敏(min)度會越高(gao)，有利于傳(chuán)感器檢測(ce)，但也會引(yin)起😄壓力損(sun)失的增加(jia)，如果孔闆(pan)直徑過小(xiao)，也存在孔(kǒng)闆被堵塞(sāi)的危☂️險。綜(zong)合考慮各(ge)因素，流量(liàng)計孔闆直(zhí)徑取值範(fàn)圍爲5～16mm。
1.3小型(xing)孔闆流量(liang)計的模拟(nǐ)仿真計算(suan)
　　運用FLUENT軟件(jiàn)與标準孔(kong)闆流量計(ji)流量－壓差(chà)計算公式(shì)(3)，對🚩量程爲(wei)3～30m3/d的🔴流量計(jì)對應的流(liu)道結構進(jin)行數值模(mo)拟，繪✌️制的(de)流量與壓(yā)差關系曲(qu)線如圖5—6所(suo)示。孔闆兩(liǎng)端最高壓(yā)差爲0.2MPa時，對(duì)應流量計(jì)😄的流道尺(chi)寸爲:流道(dao)直徑14mm，孔闆(pǎn)直徑5.1mm。

式中(zhōng):qv爲體積流(liú)量;C爲修正(zhèng)系數;β爲流(liu)量計的直(zhi)徑比;A0爲流(liu)道橫截面(mian)積;Δp爲流道(dào)出口與入(rù)口處的壓(yā)差;ρ爲流體(tǐ)🔴密度。


　　在3～30m3/d流量(liàng)計設計成(chéng)功的基礎(chǔ)上，利用FLUENT軟(ruǎn)件對量程(cheng)分别爲☂️15～150m3/d、30～400m3/d的(de)流量計對(dui)應流道進(jìn)行了模拟(ni)，繪制流量(liang)與壓差🚩關(guan)系曲線🙇🏻如(rú)圖7—8所示。


　　可以(yi)看出:孔闆(pǎn)兩端最高(gao)壓差爲0.2MPa時(shí)，量程15～150m3/d對應(ying)流量⭕計的(de)流♌道尺寸(cun)爲:流道直(zhí)徑18mm，孔闆直(zhi)徑10.3mm;量程30～400m3/d對(duì)應流量計(ji)的流道尺(chi)寸爲:流道(dào)直徑20mm，孔闆(pan)直徑15mm。
1.4差壓(ya)傳感器的(de)優選與保(bao)護
　　差壓傳(chuan)感器的選(xuǎn)型原則:流(liu)量測量通(tōng)道壓差損(sǔn)失小，滿足(zu)配注器的(de)結構尺寸(cun)要求，測量(liang)精度高以(yǐ)及耐高溫(wēn)高壓。選擇(ze)的差壓傳(chuan)感器性能(néng)參數如下(xia):差壓0～0.2MPa、精度(du)0.1%、耐溫－40℃～125℃、外形(xíng)尺寸💁19mm×35mm。
　　選用(yong)該差壓傳(chuán)感器，承受(shou)的絕對壓(yā)力可以滿(mǎn)足設計要(yào)求，傳感器(qi)綜合精度(du)爲0．1%，流量分(fèn)辨率較高(gāo)、可區分0．5m3，40m3的(de)水流沖擊(ji)爲0.19MPa(＜0.2MPa)，不易損(sǔn)壞。
　　差壓傳(chuan)感器承受(shòu)的壓差不(bu)能超過工(gōng)作壓差的(de)3倍🐅，爲防止(zhi)高🌈壓差或(huò)尖峰壓力(li)脈沖對傳(chuán)感器的損(sun)壞，設計了(le)單向閥和(hé)波紋管保(bao)護組件，與(yǔ)流量計共(gong)同夠成流(liú)量計短節(jie)，如圖9所示(shi)。其中單向(xiàng)🏃‍♀️閥保護組(zu)件主要是(shì)用來防止(zhǐ)長時間的(de)高🈲壓差對(dui)傳感器造(zao)成損害;波(bo)紋管保護(hu)組件采♉用(yòng)低剛度金(jīn)屬片，迅速(sù)做出緩沖(chòng)壓力較🈲大(dà)的脈沖，主(zhu)要是用來(lái)吸收快速(su)的尖峰壓(ya)力脈沖，防(fang)止尖峰壓(yā)力脈沖損(sǔn)壞。單向閥(fá)與✌️波紋管(guan)相輔相成(chéng)可以有效(xiào)地保護傳(chuan)🔞感器不被(bèi)損壞。

2室内與(yu)現場試驗(yan)
2.1室内試驗(yan)
　　在室溫25℃，流(liú)量0～300m3/d對流量(liàng)計進行标(biao)定，标準流(liu)量計的量(liàng)🏃‍♀️程範圍1.5～450m3/d，精(jing)度0.1%。在圖10所(suǒ)示的流量(liang)計标定實(shí)驗平台上(shàng)✂️，分别進行(háng)正行程和(hé)❗反行程流(liú)量測試，流(liú)量标定數(shu)據見表1。
　　試(shi)驗結論:試(shì)驗流量最(zui)小爲2.6m3/d，最大(dà)爲286.1m3/d，流量标(biāo)定最大🙇🏻誤(wu)差㊙️正行程(cheng)爲3.9%，反行程(cheng)爲3.7%，流量與(yu)壓力計數(shù)呈抛物線(xian)關系。将🎯正(zhèng)行㊙️程和反(fan)行程的測(ce)量數據進(jin)行拟合，拟(nǐ)合結果如(ru)圖11所示，曲(qu)📞線基本重(zhong)合，誤差很(hěn)小，說明流(liú)量計重✍️複(fú)性高。



2.2現(xian)場試驗
　　該(gāi)井上層配(pei)注30m3/d，下層配(pèi)注20m3/d，井下小(xiao)型孔闆流(liu)量計測🥰量(liang)值在多功(gōng)能配注裝(zhuāng)置上顯示(shì)上層注水(shui)量32.3m3/d，下層注(zhù)水量19.4m3/d，地面(miàn)水表顯示(shi)50m3/d。爲驗證分(fèn)層流量調(diao)配結果是(shi)否準确進(jìn)行了超聲(sheng)波流量💃計(ji)測試💁驗證(zheng)，分層水量(liang)調配結果(guo)、超聲波流(liu)量計測試(shì)驗證結果(guǒ)與地面水(shui)表計量結(jié)果3個參數(shù)吻合度達(da)到95%以上。
　　該(gāi)井現場試(shi)驗9個月以(yǐ)來，不斷跟(gēn)蹤現場實(shí)時測試情(qing)況🌍，超聲波(bo)✏️流量計分(fen)層測試驗(yàn)證結果顯(xian)示:井下小(xiǎo)型孔闆流(liú)量計測量(liàng)值在多功(gong)能配注裝(zhuāng)置上顯示(shi)的測試誤(wu)差仍小于(yú)3%。目前已開(kai)展現場試(shì)驗6口井，測(cè)試誤差⁉️均(jun)小于5%，現❄️場(chang)試驗效🈚果(guo)良好。
3結論(lun)
(1)小型孔闆(pan)流量計結(jié)構簡單、無(wú)運動部件(jiàn)，安裝于配(pèi)注裝置👈内(nèi)，與配注裝(zhuang)置在井下(xià)長期使用(yong)，進行井下(xia)分層注水(shuǐ)🌐量的自動(dòng)監測。
(2)試驗(yan)結果顯示(shi)，小型孔闆(pǎn)流量計測(cè)量值較爲(wei)準确，計量(liang)誤差小♈于(yú)5%。
(3)單向閥和(he)波紋管保(bǎo)護組件有(you)效防止高(gao)壓差或尖(jiān)☀️峰壓力♊脈(mo)沖對傳感(gǎn)器的損壞(huai)，提高了流(liú)量計的工(gōng)🔴作可靠性(xìng)。

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