摘要(yào):文章通過對渦(wo)輪流量傳感器(qì)在多相流實驗(yan)裝置進♋行氣/水(shui)兩相流實驗,總(zong)結出傘集流過(guò)環空渦輪流量(liang)計 在氣1水兩相(xiang)流下的響應規(gui)律。在氣/水兩相(xiang)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(liú)量👣爲10m³/d以💃🏻上，保持(chí)氣量不變,渦輪(lun)響應與水流量(liàng)呈線性關系,并(bìng)且随着氣量的(de)增加，渦輪響應(yīng)與水流🈲量關系(xi)直🔱線的斜率❓(即(ji)渦輪K值)增加。在(zai)低液量下(<10m2/d)渦輪(lún)更敏感于👈氣，氣(qi)量達到🧑🏽‍🤝‍🧑🏻20方以上(shàng)時對水失去了(le)分辨率。在水流(liu)量低于10m³/d時,渦輪(lun)響應值波動大(da),水流量10m³/d以上時(shi),随着流量增大(dà),波動越來越小(xiǎo)。.
0引言
　　渦輪流量(liang)計是一類非常(chang)重要的流量測(ce)量儀表,因其精(jing)度高重複性好(hao)量程範圍寬體(tǐ)積小輸出脈沖(chong)✏️信号等優🤩點,而(ér)廣泛應用👅于天(tian)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(děng)領域[1。渦輪🏒流量(liàng)計也是生産測(ce)❓井産出剖面流(liu)量測量的主要(yao)方法。目前大慶(qìng)油田和國内多(duō)數陸相沉積油(yóu)田的生産井普(pu)遍存在脫氣現(xiàn)象,造👅成油氣水(shui)三相🐪流動,産出(chū)剖面測井中三(sān)相流♉測量是一(yī)個急需解決的(de)難題。針對渦輪(lún)流量⭕計在三相(xiàng)流中的⁉️響應已(yǐ)經有人進行了(le)研究,鍾興福㊙️等(děng)[2]對渦輪傳感器(qi)進行💜了理論分(fen)析,給出了三相(xiàng)流動中渦輪流(liú)量計的實驗響(xiang)💋應特性，最後總(zǒng)結出用渦輪流(liu)量計測量多相(xiang)流流量的🈲半理(lǐ)論半經驗公式(shi)。金甯德等[3]基于(yú)傘集流渦輪流(liú)量計📞與放射性(xìng)密度.持水率計(ji)組合儀在油氣(qi)㊙️水三相流流動(dòng)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(shui)三相流進行了(le)實驗研究結果(guo)。雖然如此,三相(xiang)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(yòng)集流式渦輪流(liú)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(liang)相流條件下新(xin)的性應規律,爲(wèi)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(tián)的多相流模拟(nǐ)實驗室24m筒進行(hang)⛱️的，透明的有機(ji)玻璃井筒内徑(jìng)爲125mm,實驗介質爲(wei)自來水和🔞壓縮(suo)🈲空氣,實驗中氣(qi)♍水的流量可以(yi)由儀表正确控(kòng)制💁和計量。實驗(yan)儀器爲渦輪流(liú)量計,采用傘式(shì)集流器集流,集(jí)流傘💰爲16根金屬(shǔ)傘筋,傘布采用(yong)高強度薄織料(liao),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(nèi)的進液口，經過(guo)流♍量計所在的(de)測量通道,然後(hòu)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(di)渦輪的啓動排(pái)量;還可以使🐕氣(qi)/水混合均勻,減(jian)少流态對流量(liàng)😘和含水率🔅測量(liàng)的影響。在與流(liú)🈲量計相同高度(dù)的井筒上安置(zhì)了溫度和壓力(li)傳感器以進行(hang)對氣相的流量(liang)進行PVT校正。實驗(yan)中所采用測井(jing)儀器的流量測(cè)量範❗圍爲:2m³/d~80m³/d,測量(liang)精度爲±5%,啓動排(pái).量‼️:2m³/d,儀器測量通(tong)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(liang),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(jing)綜合參數測試(shì)儀記錄渦輪轉(zhuǎn)數,給儀器供電(diàn)+42V,電流60mA。重複測量(liàng)時也是按流量(liang)遞減的順序測(ce)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(qì)體流👅量。對所獲(huò)取的數據進行(háng)處理和分析。
2實(shí)驗結果[67]
2.1渦輪在(zài)純水中的響應(ying).
　　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(dì)減,測量每一流(liu)量點的渦🏃‍♂️輪轉(zhuan)數。實驗中共對(dui)兩支🔞儀器進行(háng)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(zhou)爲🚶渦輪轉數。
 
　　實驗結果(guo)表明，,在純水中(zhong)，渦輪流量計儀(yí)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(hé)得到渦輪🌂轉速(sù)與流🚶‍♀️量的🏃‍♀️關系(xì)爲:F=1.2225Q+0.4591;線性相關系(xì)數爲R2=0.9997。啓動排量(liàng):1#儀器的啓動排(pái)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(shi)驗考察流量計(jì)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(qi),分别按照流量(liàng)增加和遞減方(fāng)向調☎️節氣相流(liú)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(yīng)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(xiang)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(qì)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(an)流量遞減調節(jiē)時,對應于同樣(yang)流量時✨的渦輪(lun)轉速要大于按(àn)遞增方向上的(de)轉速。啓動流量(liàng)強烈地依賴于(yu)流量遞增或遞(dì)減,按流量⭕遞增(zēng)調節氣流量時(shí),啓動流量爲40m³/d.而(er)按氣量遞💃減調(diào)節,則💜截止流量(liang)爲7m³/d,這是由于渦(wō)輪🏃的慣性所緻(zhi)。本實驗中,氣相(xiàng)💰流量最大達到(dao)了150m³/d。
2)靜水中純氣(qì)(井筒中充滿靜(jing)水)
　　本實驗考察(cha)流量計在井筒(tǒng)内有底水情況(kuàng)下對氣⭐相.流量(liàng)的響⛱️應規律。将(jiang)流量計置于充(chong)滿靜水井筒中(zhōng)，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(liàng)按10m³/d變化量遞減(jiǎn),待流量穩定後(hou)記錄渦輪轉數(shù)。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(zhong)一支渦輪流量(liang)計的響應曲線(xian),如圖4所示。由圖(tu)4可知,渦輪💯響應(yīng)在靜水中與氣(qi)體流量呈非線(xiàn)💰性關系。當氣相(xiang)流⛹🏻‍♀️量低于20m³/d時,渦(wō)輪轉速💰高于相(xiàng)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(liú)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(jia)氣相的💘流量,渦(wo)輪響應逐漸趨(qū)向于🏒線性。
 
　　在井筒内充滿(mǎn)靜水的條件下(xia),兩支流量計在(zai)氣流量爲2.5m³/d即👣啓(qǐ)動,渦輪的啓動(dong)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(qi)時,在較低的流(liú)速下，氣在經過(guo)渦輪時,由于氣(qì)時可壓縮的，，氣(qì)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(yi)部分氣推動渦(wo)輪葉片旋轉;而(er)存在底水的情(qing)況下，,對于在低(di)⭕流量氣/水爲泡(pào)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(pào)隻能經過渦輪(lun)葉片,推動♉渦輪(lún)旋轉,因此啓動(dòng)流量低于幹氣(qì)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(zài)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(bao)持爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于每🥵一(yi)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(ding)後記錄渦輪轉(zhuan)速。獲得的兩支(zhī)渦輪流量計在(zài)氣/水兩相流中(zhong)的渦輪響應規(gui)律一緻。其中1#流(liú)量🏃🏻‍♂️計在氣/水兩(liǎng)相流中的響應(ying),如圖5所示。渦輪(lún)在低液🔞量和高(gāo)流量時有不同(tóng)的規律,在水流(liú).量高于10m³/d時,保持(chi)氣量不變，渦輪(lún)響應與水流量(liang)呈線性關系,但(dan)在較高的氣量(liang)下具有較高的(de)斜率,或較大的(de)儀表常數。而在(zai)在低液量下,即(ji)在水流量低于(yu)10m³/d時,渦輪📧響應與(yǔ)水相流量呈非(fēi)線性關✍️系。此時(shí),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(suí)着氣量的增加(jia),渦輪響應對液(ye)相的敏感性越(yuè)差,當氣❓量達到(dào)20m³/d時,幾乎呈一個(gè)平的.台階,說明(míng)此☔時渦輪對液(ye)相☁️流量失去了(le)分辨能力,表明(míng)渦輪流量計在(zai)高氣相流量♋時(shi)不适合用來測(cè)量低液量液相(xiàng)的流量。
 
　　保持氣(qì)量不變,取水相(xiàng)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(hòu)做🥰出氣流量❄️與(yǔ)K值的關系圖版(bǎn)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(tōng)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(shui)流量爲10m³/d以上,保(bǎo)持氣量不變,渦(wo)輪響應與水相(xiang)流🔞量呈線性關(guan)系,而且随着氣(qi)量的增加,渦輪(lún)響應與水流量(liàng)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(shuǐ)流量10m³/d内,随着水(shuǐ)流量的增加,渦(wo)輪響應增加,但(dan)較純水中的響(xiang)應增加緩慢.而(ér)且随着氣量的(de)增加,渦輪響應(yīng)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(ji)乎呈一平的台(tái)階,此時渦輪對(duì)液相流量失去(qù)了分辨能力,表(biǎo)明渦輪流量計(ji)在高氣相流量(liang)時不适合用來(lai)測量低産液井(jing)的液相流量。
3)在(zài)井筒存在底水(shui)的情況下,集流(liú)式渦輪流量計(ji)對氣相的啓動(dòng)流量大大低于(yu)無底水(幹氣)時(shi)的啓動流量。

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