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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