摘要(yao):文章(zhang)通過(guo)對渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)在多(duo)相流(liu)實驗(yan)裝🚩置(zhi)進行(hang)氣/水(shui)兩相(xiang)流實(shi)驗,總(zong)結出(chu)傘集(ji)流過(guo)環空(kong)渦輪(lun)流量(liang)計 在(zai)氣1水(shui)兩相(xiang)流下(xia)的響(xiang)應規(gui)律。在(zai)氣/水(shui)兩相(xiang)流條(tiao)件下(xia),渦㊙️輪(lun)在低(di)流量(liang)和高(gao)流量(liang)時有(you)不同(tong)的規(gui)律,在(zai)水😄流(liu)量爲(wei)10m³/d以上(shang)，保持(chi)氣量(liang)不變(bian),渦輪(lun)響應(ying)與水(shui)流量(liang)呈線(xian)性關(guan)系,并(bing)且随(sui)着氣(qi)量的(de)增加(jia)，渦輪(lun)響應(ying)與水(shui)流量(liang)關系(xi)直線(xian)的斜(xie)率(即(ji)渦輪(lun)K值)增(zeng)加。在(zai)低液(ye)量下(xia)(<10m2/d)渦💃輪(lun)更敏(min)感于(yu)氣，氣(qi)量達(da)到20方(fang)以上(shang)時對(dui)水失(shi)去了(le)分🍓辨(bian)率。在(zai)水流(liu)🔆量低(di)于10m³/d時(shi),渦輪(lun)響👉應(ying)值波(bo)動大(da),水流(liu)量🌐10m³/d以(yi)上時(shi),随✏️着(zhe)流量(liang)增大(da),波動(dong)越來(lai)越小(xiao)。.
0引言(yan)
　　渦輪(lun)流量(liang)計是(shi)一類(lei)非常(chang)重要(yao)的流(liu)量測(ce)量儀(yi)表,因(yin)其精(jing)度高(gao)重複(fu)性好(hao)量程(cheng)範圍(wei)寬體(ti)積小(xiao)輸出(chu)脈沖(chong)信号(hao)等優(you)點,而(er)♋廣泛(fan)應用(yong)于天(tian)然氣(qi)計量(liang)油品(pin)正确(que)計量(liang)和⛱️貿(mao)易工(gong)業生(sheng)産過(guo)程監(jian)🚶‍♀️控測(ce)量等(deng)領域(yu)[1。渦輪(lun)流量(liang)計也(ye)🈲是生(sheng)産測(ce)井産(chan)出剖(pou)面流(liu)量測(ce)量的(de)主要(yao)方法(fa)。目前(qian)大慶(qing)油田(tian)和國(guo)内多(duo)數陸(lu)相沉(chen)積油(you)田的(de)☀️生産(chan)井普(pu)遍存(cun)在脫(tuo)氣現(xian)象,造(zao)成油(you)氣水(shui)三相(xiang)💯流動(dong),産出(chu)剖面(mian)測井(jing)中三(san)相流(liu)測量(liang)是一(yi)🔅個急(ji)需解(jie)決的(de)難題(ti)。針對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)三相(xiang)流中(zhong)的響(xiang)應已(yi)經有(you)人進(jin)行了(le)研究(jiu),鍾興(xing)福等(deng)[2]對渦(wo)輪傳(chuan)感器(qi)進行(hang)了理(li)論分(fen)析,給(gei)出了(le)三相(xiang)流動(dong)中渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的實(shi)驗響(xiang)應特(te)性，最(zui)後🏃🏻總(zong)結出(chu)用渦(wo)輪流(liu)量計(ji)測量(liang)多相(xiang)流流(liu)量的(de)🐆半理(li)論半(ban)經驗(yan)公式(shi)。金甯(ning)德等(deng)[3]基于(yu)傘集(ji)流渦(wo)輪流(liu)量計(ji)與放(fang)射性(xing)密度(du).持水(shui)率計(ji)組合(he)儀在(zai)油氣(qi)水三(san)相流(liu)流動(dong)環中(zhong)的動(dong)态試(shi)驗結(jie)果,建(jian)立了(le)三相(xiang)流渦(wo)輪流(liu)量計(ji)統計(ji)🐅測量(liang)模型(xing)🐪。胡金(jin)海🌈等(deng)[4]對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在.水(shui)平模(mo)拟井(jing)中測(ce)量油(you)氣水(shui)三相(xiang)💛流進(jin)行了(le)實驗(yan)研究(jiu)結果(guo)。雖然(ran)如此(ci),三相(xiang)流測(ce)量需(xu)要✔️進(jin)行長(zhang)期艱(jian)巨的(de)研究(jiu)才能(neng)解決(jue),本工(gong)作在(zai)三👣相(xiang)流裝(zhuang)置上(shang)采用(yong)集流(liu)式渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在氣(qi)/水兩(liang)相流(liu)條件(jian)下進(jin)行實(shi)驗,發(fa)現了(le)集流(liu)式渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在氣(qi)/水兩(liang)♻️相流(liu)條件(jian)下新(xin)的❄️性(xing)應規(gui)律,爲(wei)三相(xiang)流測(ce)量提(ti)供借(jie)鑒。
1實(shi)驗條(tiao)件及(ji)準備(bei)[5]
　　實驗(yan)是在(zai)大慶(qing)油田(tian)的多(duo)相流(liu)模拟(ni)實驗(yan)室24m筒(tong)進行(hang)的，透(tou)明的(de)有🏃機(ji)玻璃(li)井筒(tong)内徑(jing)爲125mm,實(shi)驗介(jie)質爲(wei)自來(lai)💜水和(he)壓縮(suo)空氣(qi),實驗(yan)⭕中氣(qi)☁️水的(de)流量(liang)可以(yi)由儀(yi)表正(zheng)确控(kong)制和(he)計量(liang)。實驗(yan)儀器(qi)爲渦(wo)輪流(liu)量計(ji),采用(yong)傘式(shi)🌂集流(liu)器集(ji)流,集(ji)流傘(san)爲16根(gen)金屬(shu)💯傘筋(jin),傘布(bu)采用(yong)高強(qiang)♌度薄(bao)織料(liao),質💯密(mi)不透(tou)氣，密(mi)封效(xiao)果好(hao),如圖(tu)1所示(shi)
 
　　集流(liu)後,井(jing)眼内(nei)所有(you)流體(ti)進入(ru)集流(liu)器内(nei)的進(jin)液口(kou)，經過(guo)流量(liang)計💚所(suo)在的(de)測量(liang)通道(dao),然後(hou)由出(chu)液口(kou)流回(hui)到井(jing)筒。集(ji)流後(hou),可以(yi)将測(ce)量通(tong)道内(nei).的流(liu)速提(ti)高幾(ji)👨‍❤️‍👨十倍(bei),降低(di)渦輪(lun)的啓(qi)動排(pai)量;還(hai)♊可以(yi)使氣(qi)/水混(hun)合均(jun)勻,減(jian)少流(liu)态對(dui)流量(liang)🎯和含(han)水率(lü)測量(liang)的影(ying)響。在(zai)與流(liu)量計(ji)相同(tong)高度(du)的井(jing)筒上(shang)🤩安置(zhi)了溫(wen)度和(he)壓力(li)傳感(gan)♈器以(yi)進行(hang)對✌️氣(qi)相的(de)流量(liang)進行(hang)PVT校正(zheng)。實驗(yan)中所(suo)采用(yong)測井(jing)儀器(qi)的流(liu)量測(ce)量範(fan)圍爲(wei):2m³/d~80m³/d,測量(liang)精度(du)爲±5%,啓(qi)動排(pai)🥵.量:2m³/d,儀(yi)器測(ce)量通(tong)道内(nei)🐆徑爲(wei)19mm。氣流(liu)量的(de)調🔅節(jie)點依(yi)次爲(wei)💚3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流(liu)量的(de)調節(jie)點分(fen)别💚爲(wei)60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗(yan)中,先(xian)固定(ding)某一(yi)氣體(ti)流量(liang),待氣(qi)體流(liu)量穩(wen)定後(hou),按流(liu)量遞(di)減的(de)順序(xu)調節(jie)水流(liu)量。流(liu)量⛷️穩(wen)定後(hou),利用(yong)油井(jing)綜合(he)參數(shu)測試(shi)儀記(ji)錄渦(wo)輪轉(zhuan)數,給(gei)儀器(qi)供電(dian)💃🏻+42V,電流(liu)60mA。重複(fu)測量(liang)時也(ye)是按(an)流量(liang)遞減(jian)的順(shun)序測(ce)量。記(ji)錄渦(wo)輪的(de)轉速(su),每一(yi)水流(liu)量都(dou)調節(jie)完畢(bi)後,按(an)遞增(zeng)的順(shun)序調(diao)節下(xia)一氣(qi)體流(liu)💁量。對(dui)所獲(huo)取的(de)數據(ju)進行(hang)處理(li)和分(fen)析。
2實(shi)驗結(jie)果[67]
2.1渦(wo)輪在(zai)純水(shui)中的(de)響應(ying).
　　實驗(yan)過程(cheng)中,初(chu)始水(shui)流量(liang)爲80m³/d,待(dai)流量(liang)穩定(ding)後記(ji)錄渦(wo)輪轉(zhuan)✍️數,之(zhi)🌂後按(an)10m³/d的流(liu)量遞(di)減,測(ce)量每(mei)一流(liu)量點(dian)的渦(wo)🌈輪轉(zhuan)數。實(shi)驗中(zhong)😘共對(dui)♻️兩支(zhi)儀器(qi)進行(hang)了實(shi)驗,兩(liang)支渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在水(shui)中響(xiang)應特(te)性一(yi)緻。給(gei)出了(le)其中(zhong)一支(zhi)👈渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)純水(shui)中的(de)渦輪(lun)響應(ying)的實(shi)驗結(jie)果,如(ru)💞圖2所(suo)示。圖(tu)2中橫(heng)坐标(biao)爲水(shui)流量(liang),縱軸(zhou)爲渦(wo)輪轉(zhuan)數。
 
　　實驗(yan)結果(guo)表明(ming)，,在純(chun)水中(zhong)，渦輪(lun)流量(liang)計儀(yi)器響(xiang)應與(yu)流量(liang)有👌很(hen)好❓的(de)線性(xing)關系(xi)，重複(fu)性好(hao),規律(lü)一緻(zhi)。拟合(he)得到(dao)渦輪(lun)轉速(su)與流(liu)♈量的(de)關系(xi)爲:F=1.2225Q+0.4591;線(xian)性相(xiang)關系(xi)數爲(wei)R2=0.9997。啓動(dong)排量(liang):1#儀器(qi)的啓(qi)動排(pai)量爲(wei)2.5m³/d,2#儀器(qi)的啓(qi)動排(pai)量爲(wei)3.0m³/d.
2.2渦輪(lun)在單(dan)相氣(qi)中的(de)響應(ying)
1)幹氣(qi)(井筒(tong)中無(wu)底水(shui))
　　本實(shi)驗考(kao)察流(liu)量計(ji)對單(dan)相氣(qi)(幹氣(qi))的響(xiang)應規(gui)律。當(dang)井筒(tong)中🔴無(wu)🔆底水(shui),流體(ti)爲單(dan)相氣(qi),分别(bie)按照(zhao)流量(liang)增加(jia)和遞(di)減方(fang)向調(diao)節氣(qi)相流(liu)量,流(liu)量計(ji)在氣(qi)中的(de)響應(ying)規律(lü)如圖(tu)3所示(shi)。由圖(tu)3可知(zhi),渦輪(lun)響應(ying)與氣(qi)相流(liu)量近(jin)似呈(cheng)線性(xing)🏃‍♀️規律(lü),但數(shu)👅據的(de)離散(san)性遠(yuan)較純(chun)水相(xiang)時大(da)，重複(fu)數據(ju)的離(li)散性(xing)也大(da)得多(duo)。而且(qie)渦輪(lun)轉速(su)依賴(lai)🌐于氣(qi)相流(liu)量按(an)增加(jia)或減(jian)小方(fang)向的(de)調節(jie)。由于(yu)渦輪(lun)慣性(xing)的影(ying)響,按(an)流量(liang)遞減(jian)❄️調節(jie)時,對(dui)應于(yu)同樣(yang)流量(liang)♊時的(de)渦輪(lun)轉速(su)要大(da)于按(an)遞增(zeng)方向(xiang)上的(de)轉速(su)。啓動(dong)流量(liang)強烈(lie)地依(yi)賴于(yu)流量(liang)遞增(zeng)🌈或遞(di)減,按(an)流量(liang)🔞遞增(zeng)調節(jie)氣流(liu)量時(shi),啓動(dong)流量(liang)爲40m³/d.而(er)按氣(qi)量遞(di)🛀減調(diao)節,則(ze)💃🏻截止(zhi)流量(liang)爲7m³/d,這(zhe)是由(you)于渦(wo)輪📐的(de)慣性(xing)所緻(zhi)。本實(shi)驗中(zhong)💘,氣相(xiang)流量(liang)最大(da)達到(dao)了150m³/d。
2)靜(jing)水中(zhong)純氣(qi)(井筒(tong)中充(chong)滿靜(jing)水)
　　本(ben)實驗(yan)考察(cha)流量(liang)計在(zai)井筒(tong)内有(you)底水(shui)情況(kuang)下對(dui)氣💜相(xiang).流量(liang)的響(xiang)應規(gui)律。将(jiang)流量(liang)計置(zhi)于充(chong)滿靜(jing)水井(jing)筒中(zhong)，增加(jia)氣相(xiang)的🌈流(liu)量,記(ji)錄渦(wo)輪的(de)轉速(su)。初始(shi)氣流(liu)量爲(wei)60m³/d,每次(ci)☁️流量(liang)按10m³/d變(bian)化量(liang)🙇‍♀️遞減(jian),待💘流(liu)量穩(wen)定後(hou)記錄(lu)渦🔴輪(lun)轉數(shu)。然🔆後(hou)仍按(an)流量(liang)遞減(jian)的順(shun)序重(zhong)複上(shang)述實(shi)驗🌈過(guo)程。實(shi)驗獲(huo)得的(de)兩支(zhi)儀器(qi)的響(xiang)應規(gui)律一(yi)緻。本(ben)文給(gei)出了(le)其中(zhong)一支(zhi)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)響應(ying)曲線(xian),如🔴圖(tu)4所示(shi)。由圖(tu)4可知(zhi),渦輪(lun)響應(ying)在📞靜(jing)水中(zhong)與氣(qi)體流(liu)量呈(cheng)非線(xian)性關(guan)系。當(dang)氣相(xiang)流量(liang)低于(yu)20m³/d時,渦(wo)輪轉(zhuan)速👌高(gao)于相(xiang)同水(shui)流量(liang)時的(de)轉速(su),表明(ming)此時(shi)渦輪(lun)對氣(qi)更敏(min)感;而(er)當氣(qi)體流(liu)量大(da)于20m³/d時(shi),渦輪(lun)轉速(su)小于(yu)在相(xiang)同流(liu)量時(shi)水中(zhong)的轉(zhuan)速,表(biao)明此(ci)時渦(wo)輪對(dui)水更(geng)敏感(gan)。繼續(xu)增加(jia)氣⛱️相(xiang)的流(liu)量,渦(wo)輪響(xiang)應逐(zhu)漸趨(qu)向于(yu)線性(xing)。
 
　　在井(jing)筒内(nei)充滿(man)靜水(shui)的條(tiao)件下(xia),兩支(zhi)流量(liang)計在(zai)氣流(liu)🈲量爲(wei)2.5m³/d即啓(qi)動🌍,渦(wo)輪的(de)啓動(dong)排量(liang)與純(chun)水類(lei)似,啓(qi)動流(liu)量遠(yuan)遠低(di)于單(dan)相氣(qi)的情(qing)況。其(qi)原因(yin)可能(neng)是單(dan)相氣(qi)時,在(zai)較低(di)的流(liu)速下(xia)，氣在(zai)經過(guo)⁉️渦輪(lun)時,由(you)于氣(qi)時可(ke)壓縮(suo)的，，氣(qi)💃🏻更容(rong)易繞(rao)😍過渦(wo)輪而(er)從葉(ye)片與(yu)⛱️外殼(ke)之間(jian)🔞的縫(feng)隙流(liu)過,僅(jin)有一(yi)部分(fen)氣推(tui)動渦(wo)輪葉(ye)片旋(xuan)轉;而(er)存在(zai)底水(shui)的情(qing)♍況下(xia)，,對于(yu)在低(di)流量(liang)氣/水(shui)爲泡(pao)狀流(liu)，輕質(zhi)相的(de)氣趨(qu)于沿(yan)管心(xin)向上(shang)流動(dong)📱,由于(yu)液相(xiang)的水(shui)具有(you)不可(ke)壓縮(suo)性,較(jiao)大比(bi)例的(de)氣泡(pao)隻能(neng)經過(guo)渦輪(lun)葉片(pian),推動(dong)渦輪(lun)旋轉(zhuan),因此(ci)啓動(dong)流量(liang)低于(yu)幹氣(qi)的情(qing)💃況。
2.3渦(wo)輪在(zai)氣/水(shui)兩相(xiang)流中(zhong)的響(xiang)應
　　本(ben)實驗(yan)考察(cha)流量(liang)計在(zai)動水(shui)中(水(shui)相流(liu)量不(bu)爲零(ling))對♍氣(qi)相流(liu)量的(de)響應(ying)規律(lü)。實驗(yan)中，氣(qi)體流(liu)量依(yi)次保(bao)持爲(wei).3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于(yu)每一(yi)個氣(qi)相流(liu)量,水(shui)流量(liang)依次(ci)按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的(de)遞次(ci)調節(jie),穩定(ding)後記(ji)錄渦(wo)輪轉(zhuan)🐉速。獲(huo)得的(de)兩支(zhi)💋渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)氣/水(shui)兩相(xiang)流中(zhong)的渦(wo)輪響(xiang)應規(gui)律一(yi)緻。其(qi)中1#流(liu)量計(ji)在氣(qi)/水兩(liang)相流(liu)中的(de)響應(ying),如圖(tu)5所示(shi)🍓。渦輪(lun)在低(di)液🍉量(liang)和高(gao)流量(liang)時有(you)不同(tong)的規(gui)律,在(zai)水流(liu).量高(gao)于10m³/d時(shi),保持(chi)氣量(liang)不變(bian)，渦輪(lun)響應(ying)與水(shui)流量(liang)呈線(xian)性關(guan)系,但(dan)在較(jiao)💛高的(de)氣量(liang)下具(ju)有較(jiao)高的(de)斜率(lü),或較(jiao)大的(de)儀表(biao)常數(shu)。而在(zai)在低(di)液量(liang)下,即(ji)💔在水(shui)流量(liang)低于(yu)10m³/d時,渦(wo)輪響(xiang)應📧與(yu)水相(xiang)流量(liang)呈非(fei)線性(xing)關系(xi)。此時(shi),随着(zhe)水流(liu)量的(de)增📐加(jia)，渦輪(lun)響應(ying)也增(zeng)加,但(dan)較純(chun)🔆水時(shi)的響(xiang);應增(zeng)加緩(huan)慢,而(er)且🍓随(sui)着氣(qi)量的(de)增加(jia),渦輪(lun)響應(ying)對液(ye)相的(de)敏感(gan)性越(yue)差,當(dang)氣㊙️量(liang)達到(dao)20m³/d時,幾(ji)乎呈(cheng)一個(ge)平的(de).台階(jie),說明(ming)此時(shi)渦輪(lun)對液(ye)相流(liu)量失(shi)去了(le)分辨(bian)能力(li),表明(ming)渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)高氣(qi)相流(liu)量時(shi)不适(shi)合用(yong)來測(ce)量低(di)液量(liang)液相(xiang)的流(liu)量。
 
　　保(bao)持氣(qi)量不(bu)變,取(qu)水相(xiang)流量(liang)10m³/d及以(yi)上時(shi)的數(shu)據,計(ji)算渦(wo)輪響(xiang)應與(yu)水流(liu)量關(guan)系直(zhi)線的(de)斜率(lü)(即K值(zhi)),然後(hou)做出(chu)氣流(liu)量與(yu)K值🤟的(de)關系(xi)圖版(ban)如圖(tu)6所示(shi)5随着(zhe)氣相(xiang)流量(liang)的增(zeng)加，K值(zhi)近似(si)呈線(xian)性增(zeng)加。
 
結(jie)論
　　通(tong)過對(dui)集流(liu)式渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在多(duo)相流(liu)實驗(yan)裝置(zhi)進🤟行(hang)氣🐪/水(shui)兩相(xiang)流實(shi)驗，發(fa)現流(liu)量計(ji)具有(you)如下(xia)響應(ying)規律(lü):
1)當水(shui)流量(liang)爲10m³/d以(yi)上,保(bao)持氣(qi)量不(bu)變,渦(wo)輪響(xiang)應與(yu)水相(xiang)🏃流🐪量(liang)❄️呈💯線(xian)😄性關(guan)系,而(er)且随(sui)着氣(qi)量的(de)增加(jia),渦輪(lun)響應(ying)🧡與水(shui)流量(liang)關系(xi)直線(xian)的斜(xie)率(即(ji)渦輪(lun)K值)明(ming)顯增(zeng)加。
2)在(zai)低液(ye)相流(liu)量下(xia),即水(shui)流量(liang)10m³/d内,随(sui)着水(shui)流量(liang)的增(zeng)加,渦(wo)輪響(xiang)應⛱️增(zeng)♻️加,但(dan)較純(chun)水中(zhong)的響(xiang)應增(zeng)加緩(huan)慢.而(er)且👣随(sui)着氣(qi)量的(de)增加(jia),渦輪(lun)響應(ying)對液(ye)相流(liu)量敏(min)感性(xing)變🔴差(cha)。當氣(qi)相流(liu)量充(chong)分高(gao)時,響(xiang)應曲(qu)線幾(ji)乎呈(cheng)一平(ping)的台(tai)階,此(ci)時渦(wo)輪對(dui)液相(xiang)流量(liang)失去(qu)了分(fen)辨能(neng)力,表(biao)明渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在高(gao)氣相(xiang)流量(liang)時不(bu)适合(he)🤩用來(lai)測量(liang)低産(chan)液井(jing)的液(ye)相流(liu)量。
3)在(zai)井筒(tong)存在(zai)底水(shui)的情(qing)況下(xia),集流(liu)式渦(wo)輪流(liu)量計(ji)對氣(qi)相的(de)啓動(dong)流量(liang)大大(da)低于(yu)無底(di)水(幹(gan)氣)時(shi)的啓(qi)動流(liu)量。

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