摘要(yào):文章通過對渦(wo)輪流量傳感器(qi)在多相流實驗(yàn)🧑🏾🤝🧑🏼裝置進行❤️氣/水(shuǐ)兩相流實驗,總(zong)結出傘集流過(guo)環空渦輪流量(liang)計
在氣1水兩相(xiàng)流下的響應規(guī)律。在氣/水兩相(xiàng)流條件下,渦🏃🏻♂️輪(lun)⛱️在低流量和高(gāo)流量時有不同(tong)的規律,在水流(liu)量爲10m³/d以上，保持(chi)氣量不變,渦輪(lún)響應與水流量(liang)呈線性關系,并(bìng)且随着氣量的(de)增加，渦輪響應(ying)與水流量關系(xì)直線的斜率❄️(即(ji)渦輪K值)增加。在(zai)低液量下(<10m2/d)渦♍輪(lun)更敏感于氣，氣(qi)量達到20方以上(shang)時對水失去了(le)分☂️辨率。在水流(liú)量低于10m³/d時,渦輪(lún)響💔應值波動大(dà),水流量10m³/d以上時(shí),随着流量增大(da),波動越來越小(xiao)。.
0引言
渦輪流量(liàng)計是一類非常(chang)重要的流量測(cè)量儀表,因其精(jīng)🈲度高重複性好(hao)量程範圍寬體(ti)積小輸出脈沖(chong)🏃信号🈚等優點,而(er)廣泛應用🚶于天(tiān)然氣計量油品(pin)正确計量和貿(mào)易工業生産過(guo)程監控測量等(deng)領域[1。渦輪流量(liang)計也是生産測(cè)井産出剖面流(liú)量測量的主要(yào)✂️方法。目前大慶(qing)油田和國内多(duo)數陸相沉積油(yóu)田的⚽生産井普(pǔ)遍存在脫氣現(xiàn)象,造成油氣水(shui)三相流動,産出(chu)剖面測井中三(sān)相流測量是一(yi)個急需解決的(de)難🆚題。針對渦輪(lun)流量計在三相(xiang)流中的響應已(yǐ)經有人進行了(le)研究,鍾興福等(deng)[2]對渦輪傳感器(qì)進行了理論分(fèn)析,給出了三相(xiàng)流動中渦輪流(liú)量計的實驗響(xiǎng)應特性，最後總(zǒng)結出用渦輪流(liu)量計測量多相(xiàng)流流量的半理(lǐ)論半經驗公式(shi)。金甯德等[3]基于(yu)傘集流渦輪流(liú)量計與放射性(xìng)密度.持水率計(jì)組合🈲儀在油氣(qì)水三相流流動(dong)環中😄的動态試(shì)驗結果,建立了(le)三相🌈流渦輪流(liu)量計統計測量(liàng)模型。胡金海🚶等(deng)[4]對渦輪流量計(jì)🔱在.水平📱模拟井(jǐng)中測量油氣水(shuǐ)三相流進行了(le)實驗研究結果(guǒ)。雖然如此,三相(xiàng)🏒流測量需要進(jin)行長期艱巨的(de)研究才能解決(jue),本工作在三相(xiang)流裝置上采用(yong)集流❄️式渦輪流(liu)量計在氣/水兩(liang)相流條件下進(jìn)行實驗,發現了(le)集流式渦輪流(liu)量計在氣/水兩(liǎng)相流條件下新(xīn)的性應規律,爲(wei)三相流測量提(ti)供借鑒。
1實驗條(tiáo)件及準備[5]
實驗(yan)是在大慶油田(tian)的多相流模拟(nǐ)實驗室24m筒進行(hang)的，透明的有🐕機(jī)玻璃井筒内徑(jìng)爲125mm,實驗介質爲(wei)自來水和🌈壓縮(suō)空氣,實驗🙇♀️中氣(qi)⭕水的流量可以(yi)由儀表正确控(kong)制📐和計量🔴。實驗(yàn)儀器爲渦輪流(liu)量計,采用傘式(shi)集流器集流,集(ji)流傘🌈爲16根金屬(shu)傘筋,傘布采用(yong)高強度薄織料(liào),質密不透氣，密(mi)封效果好,如圖(tu)1所示
集流後,井(jing)眼内所有流體(ti)進入集流器内(nei)的進液口☀️，經過(guo)✍️流量計🌈所在的(de)測量通道,然後(hou)由出液口流回(huí)到井筒。集🈲流後(hou),可以将測量通(tong)道内.的流速提(ti)高幾十倍,降低(dī)渦輪的啓動✨排(pai)量;還可以使氣(qì)/水混合均勻,減(jian)少流态對流量(liàng)和含水率✔️測量(liang)的影😄響。在與流(liu)量計相同高度(du)的井筒上安置(zhì)了溫度和壓力(li)傳感♌器以進行(háng)對氣相的流量(liang)進行PVT校正。實驗(yàn)中所‼️采用💘測井(jing)儀器💋的流量⁉️測(cè)量範圍爲:2m³/d~80m³/d,測量(liàng)精度爲±5%,啓動排(pái).量:2m³/d,儀器測量通(tōng)道内🔴徑爲19mm。氣流(liu)量的調節點依(yi)次爲3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流量的(de)調節點分别爲(wèi)60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗中,先固定(dìng)某一氣體流量(liàng),待氣體流量穩(wěn)定後,按流量遞(di)減的順序調節(jie)🥵水流量。流量穩(wen)定後,利用油井(jǐng)綜合參數測試(shi)儀記錄渦㊙️輪轉(zhuǎn)數,給儀器供電(dian)+42V,電流60mA。重複測量(liang)時也是按流量(liàng)遞減的順序測(cè)量。記錄渦輪的(de)轉速,每一水流(liú)量都調節完畢(bì)⭐後,按遞增的順(shùn)序調節下一氣(qi)體流♊量。對所獲(huò)取的數據進行(háng)處理和分析。
2實(shi)驗結果[67]
2.1渦輪在(zai)純水中的響應(yīng).
實驗過程中,初(chu)始水流量爲80m³/d,待(dài)流量穩定後記(ji)錄渦輪轉數,之(zhī)🔞後按10m³/d的流量遞(di)減,測量每一流(liú)量點的渦輪轉(zhuan)數。實驗中共對(dui)兩支儀器進行(hang)了實驗,兩支渦(wo)輪流量計在水(shuǐ)中響應特性一(yī)緻。給出了其中(zhong)一支渦輪流量(liàng)計在純水中的(de)渦輪🌐響應的實(shí)驗結果,如圖2所(suǒ)示。圖2中橫坐标(biao)爲水流量,縱軸(zhóu)爲渦輪轉數。
實驗結果(guo)表明，,在純水中(zhōng)，渦輪流量計儀(yi)器響應與流量(liang)有很好的線性(xìng)關系，重複性好(hǎo),規律一緻。拟合(he)得到渦輪🚶轉速(su)與流量的關系(xi)爲:F=1.2225Q+0.4591;線性相關系(xi)數爲R2=0.9997。啓動排量(liàng):1#儀器的啓動排(pai)量爲2.5m³/d,2#儀器的啓(qi)動排量爲3.0m³/d.
2.2渦輪(lun)在單相氣中的(de)響應
1)幹氣(井筒(tong)中無底水)
本實(shí)驗考察流量計(ji)對單相氣(幹氣(qi))的響應規律。當(dāng)井筒中無底水(shui),流體爲單相氣(qì),分别按照流量(liàng)增加和遞減方(fāng)向調節氣相流(liu)量,流量計在氣(qì)中的響應😄規律(lǜ)如圖3所示。由圖(tu)3可知,渦輪響應(ying)與氣相流量近(jìn)💋似呈線性規律(lǜ),但數據的離散(sàn)🔞性遠較純水相(xiàng)時大，重複數據(jù)的離散性也大(dà)得多。而且渦☔輪(lun)轉速依賴于氣(qi)相流量按增加(jiā)或減小方向的(de)調節。由于渦輪(lun)慣性的影🥰響,按(àn)流量遞減調節(jie)時,對應于同樣(yang)流量時的渦輪(lún)轉速要大于按(àn)遞增方向上的(de)轉速。啓動🈚流量(liang)強烈地依賴于(yú)流🌈量遞增或遞(di)減,按流量🥰遞增(zēng)調節氣流量時(shi),啓動流量爲40m³/d.而(er)按氣量遞減調(diào)節,則☂️截止流量(liàng)爲🧑🏽🤝🧑🏻7m³/d,這是由于渦(wō)輪的慣性所緻(zhì)。本實驗中⛷️,氣相(xiàng)流量最大達到(dao)了150m³/d。
2)靜水中純氣(qi)(井筒中充滿靜(jing)水)
本實驗考察(chá)流量計在井筒(tǒng)内有底水情況(kuàng)下對氣相.流量(liang)的👌響應規律。将(jiāng)流量計置于充(chōng)滿靜水井筒中(zhong)，增加氣相的流(liu)量,記錄渦輪的(de)轉速。初始氣流(liu)量爲60m³/d,每次流量(liang)按10m³/d變化量遞減(jian),待流量穩定後(hòu)記錄渦輪轉數(shu)。然後仍按流🐆量(liàng)遞減的順序重(zhòng)複上述實驗過(guò)程。實驗獲得的(de)兩支儀器的響(xiǎng)應規律一緻。本(běn)文給出了其中(zhōng)一㊙️支渦輪流量(liàng)計的響應曲線(xiàn),如圖4所示。由圖(tú)4可知,渦輪🧡響應(ying)在靜水中與氣(qi)體流量呈非線(xian)性關系。當氣相(xiang)流量低于20m³/d時,渦(wo)輪轉速高于相(xiang)同水流量時❤️的(de)轉速,表明此時(shí)渦🔴輪對氣更敏(mǐn)感✏️;而當氣體流(liu)量大于20m³/d時,渦輪(lún)轉速小于在相(xiang)同流量時水中(zhong)的轉速,表明此(cǐ)時渦輪對水更(geng)敏感。繼續增加(jiā)氣相的流量,渦(wo)輪響應逐漸趨(qu)向于線性。
在井筒内充滿(mǎn)靜水的條件下(xia),兩支流量計在(zài)氣流量爲2.5m³/d即啓(qi)動,渦輪的啓動(dòng)排量與純水類(lèi)似,啓動流量遠(yuǎn)遠低于單相氣(qi)🈲的情況。其原因(yīn)可能是單相氣(qì)⛹🏻♀️時,在較低的流(liú)速下，氣在經過(guò)渦輪時,由于氣(qì)時可壓縮的，，氣(qi)更容易繞💋過渦(wo)輪而從葉片與(yu)外殼之間的縫(féng)隙流過🏃,僅有一(yī)部分氣推動渦(wō)輪⁉️葉片旋轉;而(ér)存在底水的情(qing)況下，,對于在低(dī)流量氣/水爲泡(pao)✊狀流，輕質相的(de)氣趨于沿管心(xīn)👣向上流動,由于(yú)液相的水具有(you)不可壓縮性,較(jiao)大比例的氣泡(pao)隻能經過渦輪(lun)葉片,推動渦輪(lun)旋轉,因此啓動(dong)流量低于幹氣(qi)的情況。
2.3渦輪在(zai)氣/水兩相流中(zhong)的響應
本實驗(yan)考察流量計在(zai)動水中(水相流(liu)量不爲零)對氣(qì)相流量的響應(yīng)規律。實驗中，氣(qì)體流量依次保(bǎo)持🚩爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于每一(yī)個氣相流量,水(shui)流量依次按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的(de)遞次調節,穩定(dìng)後記錄🈲渦輪轉(zhuan)速。獲得的兩支(zhi)渦輪流量計在(zai)氣/水兩相流中(zhōng)的渦輪響應規(guī)律一緻。其中1#流(liu)量🌈計在氣/水兩(liang)相流中的響應(yīng),如圖5所示。渦輪(lún)在低液量和高(gao)流量🙇♀️時🌈有不同(tong)的規律🔴,在水流(liú).量高于㊙️10m³/d時,保持(chí)氣量不變，渦輪(lún)響應與水流量(liang)呈線性關系,但(dàn)在較高的氣量(liàng)下具有較高的(de)斜率,或較大的(de)儀表常數。而在(zài)在低液量下,即(jí)在水流量低于(yú)10m³/d時,渦輪🌈響應與(yu)水相流量呈非(fei)🈚線性關系。此時(shi),随着水流量的(de)增加，渦輪響應(yīng)也增加,但較純(chún)水時的響;應增(zeng)加緩慢,而且随(sui)着氣量的增加(jiā),渦輪響應👌對液(yè)相的敏感性越(yue)差,當氣量達到(dào)20m³/d時,幾乎呈一個(gè)平的🌈.台🈲階,說明(ming)此🔴時渦輪對液(yè)相流量失去了(le)分辨能力,表明(míng)渦輪流量計在(zài)高氣相流量時(shí)不适合🧑🏾🤝🧑🏼用來測(ce)量低液量液相(xiang)的流量。
保持氣(qi)量不變,取水相(xiang)流量10m³/d及以上時(shí)的數據,計算渦(wō)輪響應與水流(liú)量關系直線的(de)斜率(即K值),然後(hou)做出氣流量與(yu)K值的關系圖版(ban)如圖6所示5随着(zhe)氣相流量的增(zēng)🈲加，K值近💋似呈線(xian)性增加。
結論
通(tong)過對集流式渦(wō)輪流量計在多(duo)相流實驗裝置(zhi)進行氣/水兩相(xiàng)流實驗，發現流(liu)量計具有如下(xia)響應規律:
1)當水(shuǐ)流量爲10m³/d以上,保(bao)持氣量不變,渦(wō)輪響應與水相(xiang)流量呈線性關(guan)系,而且随着氣(qì)量的增加,渦輪(lún)響應與水流量(liang)關系直線的斜(xie)率(即渦輪K值)明(ming)顯增加。
2)在低液(yè)相流量下,即水(shui)流量10m³/d内,随着水(shuǐ)流量的增加,渦(wō)輪響應增加,但(dan)較純水中的響(xiǎng)應增加緩慢.而(ér)且随着㊙️氣量的(de)增加,渦輪響應(ying)對液相流量敏(mǐn)感性變差。當氣(qì)相流量充分高(gao)🌐時,響應曲線幾(jǐ)✍️乎呈一平的👈台(tai)階,此時🈲渦輪對(duì)液相流量失去(qu)了分辨能力,表(biao)明🏒渦輪流量計(jì)在高氣相流量(liang)時不适合用來(lai)測量低産液井(jǐng)的液相流量。
3)在(zài)井筒存在底水(shuǐ)的情況下,集流(liu)式渦輪流量計(ji)對㊙️氣相的啓動(dòng)🚶♀️流量大大低于(yú)無底水(幹氣)時(shí)的啓動流量。
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