井下小(xiao)型孔闆流量(liàng)計的設計與(yu)應用 發布時(shi)間:2025-12-15
摘要:通過(guo)将 流量計 安(ān)裝在注水井(jǐng)配注裝置内(nei),實現井下分(fèn)層注水量🛀的(de)自動監測。目(mù)前地面上進(jin)行流量測量(liàng)的流量計種(zhong)類較多,但大(dà)多不⭐适合在(zai)井下長期使(shǐ)用,且無法滿(man)足配🔆注裝置(zhì)内部的空間(jiān)要求。對比油(you)田測試常用(yòng)流量計的功(gōng)能特點,優選(xuǎn)流量測量方(fāng)式;綜合考慮(lü)流态、結構📧尺(chi)寸約束和壓(yā)力損失等因(yin)素并通過FLUENT軟(ruan)件模拟确定(dìng)了流量計的(de)尺💔寸,優選 差(chà)壓傳感器 并(bìng)設計保護組(zǔ)件。室内試驗(yàn)與現場試驗(yàn)表明:流量計(jì)🍉測👄量值較爲(wei)準确,測量誤(wù)差小于5%。 油田(tián)針對分層注(zhù)水井測調工(gōng)藝繁瑣、工作(zuo)量大[1]、不能實(shi)時監測分層(céng)注水量并根(gen)據總注水量(liang)的變化對井(jǐng)下分層水嘴(zui)進行實時調(diao)節等問題。井(jing)下分層注水(shui)量的自動監(jian)測,通過将流(liu)❗量計安🎯裝在(zài)配注裝置内(nèi)實現,流量計(ji)有小型化、結(jie)構簡單、無✌️運(yun)動部件、穩定(dìng)可靠等基本(běn)要求。目前用(yòng)來在地面上(shang)實現流量測(ce)量的流量計(jì)有幾十種之(zhi)多,但大多不(bu)适合在☔井下(xià)長期使用,一(yī)🙇♀️方面由于地(di)面和🎯井下的(de)環境差💰異(溫(wen)度、壓力),另一(yī)方💋面是目前(qián)的流量計🌐的(de)體積、安裝方(fāng)式無法直接(jie)用于配注裝(zhuang)置上,因此需(xū)要根據💋現有(yǒu)流量測量原(yuan)理,适合于井(jǐng)下流量測量(liang)的小型流量(liang)計。 1小型孔闆(pan)流量計的設(shè)計 1.1流量測量(liàng)方式的選擇(zé) 對井下分層(céng)注水量自動(dòng)監測使用的(de)流量計有以(yi)下要求: (1)長期(qī)使用的可靠(kao)性。目前井下(xia)常用流量計(ji)的使用僅限(xiàn)于測試,測試(shi)後即可進行(hang)維護、标定。所(suo)述的流量計(ji),在井下長時(shi)間連續💔使用(yong),其可靠性要(yào)求遠大于目(mu)前☁️使用的🌐流(liú)量計。 (2)結構緊(jǐn)湊。流量計安(an)裝于配注裝(zhuang)置的環空内(nei),空間位置㊙️有(you)限,流量計的(de)直徑受到限(xian)制,其直徑小(xiǎo)于30mm。 (3)具備抗堵(dǔ)塞能力。分層(ceng)計量流量計(ji)的通道較小(xiǎo),容易産生堵(dǔ)🌈塞,需保持流(liú)道通暢。 進行(háng)流量測量方(fāng)式的選取。電(dian)磁流量計和(hé)超聲波流量(liàng)計結構較複(fú)雜[2-3],小型化則(zé)結構設計困(kun)難;渦街流量(liàng)計怕震動[4],不(bu)利于井下長(zhang)期使用;靶式(shì)流量計對流(liu)體的要求較(jiào)高[5],不适用于(yú)低雷諾數測(cè)量,且流體必(bi)須充滿流量(liàng)計的測量管(guǎn);标準孔闆流(liu)量計采✍️用圓(yuan)形薄壁孔闆(pan),性能穩定可(kě)靠,使用壽命(mìng)長[6],常用⛱️來做(zuò)污水計量,此(ci)外孔闆流量(liang)計結構簡單(dan),易于實現小(xiao)型化🌈設計,因(yin)此流量測量(liang)方式選用孔(kǒng)闆式。 1.2小型孔(kǒng)闆流量計的(de)設計 按照配(pei)注裝置整體(tǐ)結構排布(截(jié)面如圖1所示(shi)),流量計測量(liàng)通道的最大(da)外徑爲26mm。由于(yu)配注裝置結(jie)構緊湊,按照(zhao) 标準孔闆流(liu)量計 法蘭夾(jia)持孔闆的結(jié)構形式無法(fa)實現,因此在(zai)小型☎️化的設(she)計上,取消了(le)法蘭連接,大(dà)大縮小了外(wai)徑尺寸,如圖(tú)2所示。 孔(kong)闆流量計 的(de)設計首先應(yīng)保證流道内(nèi)的流體處于(yu)紊流狀态,避(bi)免流态變化(huà)引起流量測(ce)量誤差。由于(yu)結構約束關(guan)系,孔闆流量(liàng)計的流道🛀🏻直(zhi)徑設計爲14~22mm,單(dān)層注水量取(qu)Q=2~20m3/d。計算孔闆流(liu)量計的雷諾(nuò)數與流道直(zhi)徑和單層注(zhù)水量之🤞間的(de)關系,結果見(jiàn)圖🏃🏻♂️3。 流道直徑(jing)減小,有利于(yú)提高測量精(jīng)度,但流道過(guo)小會🤞增大沿(yán)程阻力。流道(dao)直徑爲14~22mm,單層(ceng)注水量取Q=5~50m3/d,按(àn)照達西-韋斯(si)巴赫公式(1)與(yu)布拉修斯公(gōng)式(2)[7]計算流量(liàng)計流道内的(de)壓力損失。從(cong)圖4可以看出(chū):随🌐着流道直(zhí)徑的增加,流(liu)💃🏻阻明顯下💁降(jiàng),若要減小壓(ya)力損失,流道(dao)直💔徑應盡量(liàng)大。 式中:hf爲沿(yan)程阻力損失(shi);λ爲沿程阻力(lì)系數;L爲流道(dao)長度;v爲平😍均(jun1)流速;D爲流道(dào)直徑;g爲重力(li)加速度;Re爲雷(lei)諾💯數。 綜合考(kǎo)慮流态、結構(gòu)尺寸約束和(hé)壓力損失等(děng)因素,小型流(liu)量計流道直(zhí)徑取值範圍(wéi)爲14~22mm。标準孔闆(pan)流量計的直(zhi)徑比一般在(zai)0.2~0.75之間[8]。根據以(yǐ)上分析取流(liu)道直徑的1/3~1/2作(zuò)爲孔闆🔴直徑(jing)較爲合适。孔(kong)闆直徑越小(xiǎo),流量計靈敏(mǐn)度會越高,有(yǒu)利于傳感🈲器(qi)檢測,但也會(hui)引起壓力損(sǔn)失的增加,如(ru)果孔闆直徑(jing)過小,也存在(zài)孔闆被堵塞(sai)的危險。綜合(hé)考慮各因素(sù),流量計孔闆(pǎn)📱直徑取值範(fan)圍🐕爲5~16mm。 1.3小型孔(kong)闆流量計的(de)模拟仿真計(jì)算 運用FLUENT軟件(jiàn)與标準孔闆(pan)流量計流量(liàng)-壓差計算公(gōng)式(3),對量程爲(wèi)3~30m3/d的流量計對(dui)應的流道結(jié)構進行數值(zhí)模🌐拟,繪👉制的(de)流量與壓差(cha)關系曲線如(ru)圖5—6所示。孔闆(pan)兩端最高👣壓(ya)差爲0.2MPa時,對應(yīng)流量計的流(liu)道尺寸爲:流(liú)道直徑14mm,孔闆(pǎn)直徑5.1mm。 式中:qv爲(wèi)體積流量;C爲(wei)修正系數;β爲(wei)流量計的直(zhí)徑比;A0爲流道(dào)橫截面積;Δp爲(wei)流道出口與(yǔ)入口處的壓(ya)差;ρ爲流體密(mi)度👄。 在3~30m3/d流量計(jì)設計成功的(de)基礎上,利用(yong)FLUENT軟件對量程(cheng)分别爲15~150m3/d、30~400m3/d的流(liú)量計對應流(liú)道進行了模(mó)拟,繪制流量(liàng)與壓差關系(xi)曲線如圖7—8所(suo)示🚶。 可以看出:孔(kong)闆兩端最高(gao)壓差爲0.2MPa時,量(liang)程15~150m3/d對應流量(liàng)計的流道尺(chǐ)寸爲:流道直(zhí)徑18mm,孔闆直徑(jing)10.3mm;量程30~400m3/d對應流(liú)量計的流道(dao)尺寸爲:流道(dao)直徑20mm,孔闆直(zhi)徑15mm。 1.4差壓傳感(gǎn)器的優選與(yu)保護 差壓傳(chuán)感器的選型(xing)原則:流量測(cè)量通道壓差(cha)損失💋小☀️,滿足(zú)☔配注器的結(jie)構尺寸要求(qiú),測量精度高(gāo)以及耐高🔞溫(wen)高壓。選擇的(de)🎯差壓🔞傳感器(qì)性能參數如(rú)下:差壓0~0.2MPa、精度(du)0.1%、耐溫-40℃~125℃、外形尺(chi)寸19mm×35mm。 選用該差(cha)壓傳感器,承(cheng)受的絕對壓(ya)力可以滿足(zu)設計要求,傳(chuan)感器綜合精(jing)度爲0.1%,流量分(fen)辨率較高、可(kě)區分0.5m3,40m3的水流(liu)沖擊♋爲0.19MPa(<0.2MPa),不易(yi)損壞。 差壓傳(chuán)感器承受的(de)壓差不能超(chao)過工作壓差(cha)的3倍🙇🏻,爲防止(zhǐ)高壓差或尖(jian)峰壓力脈沖(chong)對傳感器的(de)損壞,設計了(le)單❗向閥🌈和波(bo)紋管保護組(zǔ)件,與流量計(jì)共同夠成流(liú)量計短節,如(rú)圖9所示。其中(zhōng)單向閥保護(hu)組件主要是(shi)用來防止長(zhǎng)時間的高壓(ya)差對傳⭐感器(qì)造成損害;波(bō)紋管🈚保護組(zǔ)件采用低剛(gang)度金屬片,迅(xùn)速做出緩沖(chong)壓力較大的(de)脈沖,主要是(shì)用來吸收快(kuài)速的尖峰壓(ya)力脈沖,防止(zhi)尖峰壓力脈(mo)沖損壞。單向(xiàng)閥與波紋管(guan)相輔相成可(kě)🙇🏻以有效地保(bao)護傳感器不(bu)被損壞。 2室(shì)内與現場試(shì)驗 2.1室内試驗(yàn) 在室溫25℃,流量(liàng)0~300m3/d對流量計進(jìn)行标定,标準(zhǔn)流量計的量(liang)程範💔圍1.5~450m3/d,精✊度(dù)0.1%。在圖10所示的(de)流量計标定(dìng)實驗平台上(shàng),分别🌈進行正(zhèng)行程和反行(háng)程流量測試(shi),流量标定數(shu)㊙️據見表☀️1。 試驗(yan)結論:試驗流(liu)量最小爲2.6m3/d,最(zuì)大爲286.1m3/d,流量标(biāo)定最大誤差(chà)正行程🚩爲3.9%,反(fǎn)行程爲3.7%,流量(liàng)與壓力計數(shù)呈抛物🧑🏽🤝🧑🏻線關(guan)系。将正行程(cheng)和反行程的(de)測量數據進(jin)行拟合,拟合(he)結果如圖11所(suǒ)示,曲🏒線基本(běn)重合,誤差很(hěn)小,說明流量(liang)計重複性高(gāo)。 2.2現場(chǎng)試驗 該井上(shàng)層配注30m3/d,下層(céng)配注20m3/d,井下小(xiao)型孔闆流量(liang)計測量❗值在(zai)多功能配注(zhù)裝置上顯示(shi)上層注水量(liang)32.3m3/d,下層注水量(liang)19.4m3/d,地✌️面水表顯(xian)示50m3/d。爲驗證分(fèn)層流量調配(pèi)結果是否準(zhun)确進行了超(chao)聲波流量計(jì)測試驗證,分(fèn)層水⛱️量調配(pei)結果、超聲波(bō)流量計測🆚試(shì)驗證結果與(yǔ)地面水表計(ji)量結🈲果3個參(cān)數吻合度達(dá)到95%以上。 該井(jǐng)現場試驗9個(ge)月以來,不斷(duan)跟蹤現場實(shi)時測試情況(kuang),超聲♻️波⁉️流量(liàng)計分層測試(shi)驗證結果顯(xiǎn)示:井下小型(xing)孔闆流量計(jì)測量值在多(duo)功能配注裝(zhuang)置上顯示的(de)測試誤差仍(réng)小于3%。目前已(yǐ)開展現🚩場試(shi)驗6口井,測試(shì)誤差均小于(yu)5%,現場試驗效(xiao)果良好。 3結論(lùn) (1)小型孔闆流(liú)量計結構簡(jiǎn)單、無運動部(bu)件,安裝于配(pèi)注裝置内,與(yu)配注裝置在(zai)井下長期使(shi)用,進行井下(xia)分層注水🤞量(liang)的自動監測(cè)☂️。 (2)試驗結果顯(xiǎn)示,小型孔闆(pan)流量計測量(liàng)值較爲準确(que),計量誤差小(xiao)于5%。 (3)單向閥和(he)波紋管保護(hu)組件有效防(fang)止高壓差或(huo)尖峰壓力脈(mò)🔱沖對傳感器(qì)的損壞,提高(gāo)了流量計的(de)工作可靠性(xìng)。
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