摘要(yào):文章通過對(dui)渦輪流量傳(chuan)感器在多相(xiang)流實驗裝置(zhi)進行氣/水兩(liǎng)相流實驗,總(zong)結出傘集流(liu)過環空渦輪(lun)流量計 在氣(qì)1水兩相流下(xia)的響應規律(lü)。在氣/水兩相(xiàng)流條件下,渦(wo)‼️輪在低流量(liang)和高流量時(shí)有不同的規(gui)律,在水流量(liang)爲10m³/d以❓上，保持(chi)氣量不變,渦(wo)輪響應與水(shuǐ)流量呈⛷️線性(xìng)關系,并且随(suí)着氣👣量的增(zeng)加，渦輪響應(yīng)與水流量關(guan)系直線的斜(xié)率(即渦輪K值(zhi))增加。在低液(yè)量下(<10m2/d)渦⛱️輪更(gèng)敏感于氣，氣(qì)量達到20方以(yi)上時對水失(shī)去了分⁉️辨率(lü)。在水流量低(dī)于10m³/d時,渦輪響(xiǎng)🤞應值波動大(dà),水流量10m³/d以上(shang)時,随着流量(liang)增大,波🤞動越(yuè)來越小。.
0引言(yan)
　　渦輪流量計(jì)是一類非常(chang)重要的流量(liang)測量儀表,因(yīn)其精度高重(zhòng)複性好量程(cheng)範圍寬體積(jī)小輸出脈沖(chong)信号等優點(diǎn),而廣泛應用(yong)于天然氣計(ji)量油品正确(que)計量和貿易(yi)工業生産🐉過(guò)程監控測量(liàng)等領域[1。渦輪(lún)流量計也是(shi)生産測井産(chan)出剖面流量(liàng)測量的主要(yao)方法。目前大(dà)慶油田和國(guó)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻内多數陸相(xiang)沉積油田的(de)生産井普遍(biàn)存在脫氣現(xian)象,造成油氣(qì)水三相流動(dong),産出剖面測(ce)井中三相流(liú)測量是一個(ge)急需解決的(de)👣難題。針對渦(wo)輪流量📐計在(zài)三相流中的(de)響應已經有(yǒu)☂️人進行了🈲研(yán)究,鍾興福等(děng)[2]對渦輪傳感(gǎn)器進行了理(li)🥵論分析,給出(chū)了三📞相流動(dòng)中渦輪流量(liàng)計的實驗響(xiang)✔️應特性，最後(hou)總結出用渦(wō)輪⭐流量計測(cè)量多相流流(liu)量的半理論(lun)半經驗公式(shi)。金甯德等[3]基(ji)于傘集流渦(wō)輪流量計與(yu)放射性密度(du).持水率計組(zǔ)合儀在油氣(qì)水三相流流(liú)動環中的動(dong)态試驗結⭐果(guo),建立了三相(xiang)💛流渦輪流量(liàng)計統計測量(liàng)模型。胡金海(hai)等[4]對渦輪流(liú)📞量計在.水平(píng)模拟井中測(ce)量油氣水三(sān)相流進行了(le)實驗研究結(jié)果。雖然如此(cǐ),三相流測量(liàng)需要進行長(zhǎng)期艱巨的研(yan)究才能解決(jue),本工作在三(sān)相流裝置上(shang)🌂采用集流式(shì)渦輪流量計(ji)在氣/水兩相(xiang)流條件下進(jìn)🥰行實驗,發現(xiàn)了集流式渦(wō)輪流量計在(zai)氣/水兩相流(liu)條件下新的(de)性應規律,爲(wei)三相流測量(liàng)提供借鑒。
1實(shi)驗條件及準(zhǔn)備[5]
　　實驗是在(zài)大慶油田的(de)多相流模拟(nǐ)實驗室24m筒進(jin)行的，透明💋的(de)有🔴機玻璃井(jǐng)筒内徑爲125mm,實(shí)驗介質爲自(zì)來水和🔴壓縮(suō)空氣🌈,實驗中(zhōng)氣水的流量(liàng)可以由儀表(biao)正确控制和(hé)計量。實驗儀(yí)🐪器爲渦輪流(liu)量計,采用傘(san)式集流器集(jí)流,集流傘爲(wèi)16根金屬🌂傘筋(jīn),傘布采用高(gāo)強度薄織料(liao),質❓密不透氣(qì)，密封效果好(hao),如圖1所示
 
　　集(jí)流後,井眼内(nei)所有流體進(jìn)入集流器内(nei)的進液口，經(jīng)過流量計所(suo)在的測量通(tong)道,然後由出(chū)液口流回🈲到(dao)井🔞筒。集流後(hòu),可以将測量(liàng)通道内.的流(liu)速提高幾十(shí)倍,降低渦輪(lún)🔞的啓動排量(liàng);還可以使氣(qi)/水混合均勻(yun),減少流态對(dui)流量和含水(shuǐ)率測量的影(yǐng)響。在與流🌍量(liàng)計相同高度(du)的井筒上安(ān)置了溫度和(hé)壓力傳感器(qi)以進行對氣(qi)相的流量進(jin)行PVT校正。實驗(yàn)中所采用測(ce)井儀器的流(liu)量測量範圍(wei)爲:2m³/d~80m³/d,測量精度(du)爲±5%,啓動排.量(liang):2m³/d,儀器測量通(tong)道内徑爲19mm。氣(qì)流量的調節(jiē)點依次爲3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水(shui)流量的調節(jiē)點分别爲60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實(shí)驗中,先固定(ding)某一氣體流(liu)量,待氣體流(liú)量🌂穩定後,按(an)流量遞減的(de)順序調節水(shuǐ)流量。流量穩(wen)定後,利用油(you)井綜合參數(shu)測試儀記錄(lù)渦輪轉數,給(gei)儀器供電+42V,電(diàn)流60mA。重複測量(liàng)時也是按流(liu)量遞減的順(shùn)序測量。記錄(lù)渦輪的轉速(sù),每一水流量(liàng)都調節完畢(bì)後,按🚶遞增的(de)順序調節下(xià)一氣體流量(liàng)。對所獲取的(de)數據進行處(chù)理💃🏻和分析。
2實(shí)驗結果[67]
2.1渦輪(lún)在純水中的(de)響應.
　　實驗過(guo)程中,初始水(shuǐ)流量爲80m³/d,待流(liu)量穩定後記(ji)錄渦輪❌轉數(shù),之後♊按10m³/d的流(liú)量遞減,測量(liàng)每一流量點(diǎn)的渦✨輪轉數(shù)。實驗中🈲共對(duì)兩支🧑🏽‍🤝‍🧑🏻儀器進(jìn)行了實驗,兩(liang)支渦輪流量(liang)計在水中響(xiǎng)應特性一🈲緻(zhì)。給出了其中(zhōng)一支渦輪流(liú)量計在純水(shui)中的渦輪響(xiǎng)應的實驗結(jie)果,如圖2所示(shì)。圖2中💰橫坐标(biāo)爲水流量,縱(zòng)軸爲渦輪轉(zhuan)數。
 
　　實驗結果(guo)表明，,在純水(shuǐ)中，渦輪流量(liang)計儀器響應(yīng)與流量有很(hen)好的線性關(guān)系，重複性好(hao),規律一緻。拟(ni)合得到📧渦輪(lún)轉速與流量(liàng)的關系爲:F=1.2225Q+0.4591;線(xian)性相關系數(shù)爲R2=0.9997。啓動排♉量(liàng):1#儀器的啓動(dòng)排量爲🌂2.5m³/d,2#儀器(qì)的🙇‍♀️啓動排量(liang)爲3.0m³/d.
2.2渦輪在單(dān)相氣中的響(xiang)應
1)幹氣(井筒(tǒng)中無底水)
　　本(běn)實驗考察流(liú)量計對單相(xiang)氣(幹氣)的響(xiang)應規律。當🈲井(jǐng)筒🌍中無底水(shui),流體爲單相(xiàng)氣,分别按照(zhao)流量增加和(hé)遞減方向調(diào)節氣相流量(liàng),流量計在氣(qi)中的響應規(guī)律如圖3所示(shì)。由圖3可知,渦(wō)輪響應與氣(qi)相流量近似(sì)呈線性🏃‍♀️規律(lǜ),但數🌈據的離(li)散性遠較純(chun)水相時大，重(zhong)複數據的離(lí)散性也大得(de)多。而且渦輪(lun)轉速依賴💛于(yu)氣相流量按(àn)增加或減小(xiǎo)方向的調節(jie)。由于渦輪慣(guan)性的影響,按(an)流量遞減調(diào)節時,對📱應于(yú)同樣流量👣時(shi)的渦輪轉速(su)要大🤩于按遞(dì)增方向上的(de)轉速。啓動🚶‍♀️流(liu)量強烈地依(yī)賴于流量遞(di)增或遞減,按(àn)流量遞增調(diao)節氣流量時(shi),啓動流量爲(wei)40m³/d.而按氣量遞(dì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼減調節,則🚶‍♀️截(jié)止流量爲7m³/d,這(zhe)是由于渦輪(lún)的慣性所緻(zhì)。本實驗中🌐,氣(qì)相流量最大(da)達到了150m³/d。
2)靜水(shuǐ)中純氣(井筒(tǒng)中充滿靜水(shuǐ))
　　本實驗考察(chá)流量計在井(jǐng)筒内有底水(shui)情況下對氣(qì)⛷️相🆚.流量的🏃🏻響(xiang)應規律。将流(liú)量計置于充(chong)滿靜水井筒(tong)📞中，增加氣相(xiang)的流量,記錄(lu)渦輪的轉速(su)。初始氣流量(liang)爲60m³/d,每次流量(liang)按10m³/d變化量✏️遞(dì)減,待流量穩(wěn)定後記錄渦(wō)輪轉數。然🈲後(hou)仍按流量遞(di)減的順序重(zhong)複上述實驗(yàn)過程。實驗獲(huo)得的兩支儀(yi)🚶器的響應規(gui)律一緻。本文(wén)給出了其中(zhōng)一支渦輪流(liu)量計的響應(yīng)曲線,如🈲圖4所(suo)示。由圖4可知(zhī),渦輪響應在(zai)☁️靜水中與氣(qi)體流量呈非(fei)線性關系。當(dāng)氣相流量低(di)于20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)速高于相同(tóng)水流量時的(de)轉速,表明此(cǐ)時渦輪對氣(qi)更敏感;而當(dāng)氣體流量大(dà)于20m³/d時🐕,渦輪轉(zhuan)速小于在相(xiàng)同流量時水(shui)中的轉速,表(biao)明此時渦輪(lún)對水更敏感(gan)。繼續增加氣(qì)相的流量,渦(wo)輪響應逐漸(jiàn)💚趨向于線性(xing)。
 
　　在(zai)井筒内充滿(mǎn)靜水的條件(jian)下,兩支流量(liàng)計在氣流量(liang)爲😘2.5m³/d即啓動,渦(wō)輪的啓動排(pai)量與純水類(lei)似,啓動流量(liang)遠遠低于單(dān)😘相氣🔴的情況(kuang)。其原因可能(néng)是單相氣時(shi),在較💋低的流(liú)🐅速下，氣在經(jing)過渦輪時,由(yóu)于氣時可壓(yā)縮的，，氣更容(róng)易繞過渦輪(lún)而從葉片與(yǔ)外殼之間的(de)縫隙流過,僅(jin)有一部分氣(qì)推動渦輪葉(yè)片旋轉;而❌存(cun)在底水的情(qíng)況下，,對于在(zài)低流量氣/水(shuǐ)爲泡狀流，輕(qing)質相的氣趨(qu)于沿管心向(xiàng)上流動,由于(yú)液相的水具(ju)有不可壓縮(suō)性,較大比例(lì)的氣泡隻能(néng)經過渦輪葉(ye)片,推動渦輪(lún)旋轉,因此啓(qi)動流量低于(yu)幹氣🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的情況(kuàng)。
2.3渦輪在氣/水(shui)兩相流中的(de)響應
　　本實驗(yàn)考察流量計(jì)在動水中(水(shuǐ)相流量不爲(wei)零)對氣相流(liú)量的響應規(guī)律。實驗中，氣(qì)體流量依次(cì)保持爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對🏃于(yu)每一個氣相(xiang)👌流量,水流量(liang)依次按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的遞(di)次調📱節,穩定(ding)🙇‍♀️後記錄渦輪(lun)轉速。獲得的(de)兩支渦輪流(liu)量計在氣/水(shuǐ)兩相流中的(de)渦輪響應規(gui)律一緻👌。其中(zhōng)1#流量計在氣(qì)/水兩相流中(zhong)的響應,如圖(tú)5所示。渦輪在(zai)低液💁量和高(gāo)流量時⁉️有不(bu)同的規律,在(zài)水流.量高于(yu)10m³/d時,保持氣量(liàng)不變，渦輪響(xiang)應與水流量(liang)呈線性關系(xi),但在較高的(de)氣量下具有(you)較高的斜率(lǜ),或較大的儀(yí)表常🎯數。而在(zai)在🌂低液量下(xia),即在水流量(liàng)低于10m³/d時,渦輪(lun)響應與水相(xiàng)流量呈非👨‍❤️‍👨線(xian)性關❗系。此時(shi),随着水流量(liang)的增🐉加，渦輪(lún)響應🔴也增加(jia),但較純水時(shi)的響;應增加(jia)緩慢,而且🐪随(sui)着氣量的增(zēng)加,渦♊輪響🏒應(yīng)對液相的敏(mǐn)感性越差,當(dāng)氣量達到20m³/d時(shí),幾乎呈一個(gè)平的㊙️.台階,說(shuo)明此時渦輪(lún)對液相♌流量(liàng)㊙️失去了分辨(bian)能力,表明渦(wo)輪流量計在(zai)高氣相流量(liàng)時不适合用(yòng)來測量低液(ye)量液相的流(liú)量。
 
　　保持氣量(liàng)不變,取水相(xiàng)流量10m³/d及以上(shang)時的數據,計(jì)算♋渦🐇輪🈲響🛀應(ying)與💔水流量關(guān)系直線的斜(xié)率(即K值),然後(hòu)做🛀🏻出氣👄流量(liàng)與K值的關系(xì)圖☁️版如圖6所(suǒ)示5随着氣相(xiàng)流量的增加(jia)，K值近⛷️似呈線(xian)性增加。
 
結論(lun)
　　通過對集流(liú)式渦輪流量(liang)計在多相流(liu)實驗裝置進(jin)行氣/水兩相(xiang)流實驗，發現(xian)流量計具有(you)如下響應規(gui)律:
1)當水流量(liang)爲10m³/d以上,保持(chi)氣量不變,渦(wō)輪響應與水(shuǐ)相流量呈線(xiàn)性✌️關系,而且(qie)随着氣量的(de)增加,渦輪響(xiang)應與水流量(liàng)關系直線的(de)斜率(即渦輪(lún)K值)明顯增加(jia)。
2)在低液相流(liu)量下,即水流(liú)量10m³/d内,随着水(shuǐ)流量的增加(jia),渦輪響應增(zēng)加,但較純水(shui)中的響應增(zeng)加緩慢.而且(qiě)随着氣量的(de)增加,渦輪響(xiǎng)應對液相流(liú)量敏感性變(biàn)✍️差。當氣相流(liú)量充分高時(shi),響應曲線幾(jǐ)乎呈一平的(de)台階,此時渦(wo)輪對液相流(liu)量失去了分(fen)辨能力,表明(ming)渦輪流量計(ji)在高氣相流(liú)量時不适合(hé)📧用來測量低(dī)産液井的液(yè)相流量。
3)在井(jǐng)筒存在底水(shui)的情況下,集(jí)流式渦輪流(liu)量計對氣相(xiang)的啓動✂️流量(liàng)大大低于無(wu)底水(幹氣)時(shi)的啓動🚩流量(liang)⁉️。

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