摘要(yào):文章通過對渦(wō)輪流量傳感器(qì)在多相流實驗(yàn)裝置進行氣/水(shuǐ)兩相流實驗,總(zǒng)結出傘集流過(guò)環空渦輪流量(liàng)計 在氣1水兩相(xiang)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(gao)流量時有不同(tong)的規律,在水⛷️流(liu)量爲10m³/d以上，保㊙️持(chí)氣量不變,渦輪(lún)響應與水流量(liang)呈線性關系,并(bing)且🤟随着氣量的(de)增加，渦輪響應(yīng)與水流量關系(xì)直💃線的斜率(即(ji)渦輪K值)增加。在(zài)低液量下(<10m2/d)渦✍️輪(lún)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(lun)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(cháng)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(ti)積小輸出脈沖(chong)信号等優點,而(ér)❓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(děng)領域[1。渦輪流量(liang)計也是生産測(ce)井産出剖面流(liú)量測量的主要(yao)💜方法。目前大慶(qing)油田和國🔴内多(duō)數陸相沉積油(you)田的生産井普(pǔ)遍存在脫氣現(xiàn)象,造成油氣水(shuǐ)三相流動,産出(chu)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(xiang)流中的響應已(yi)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(xiang)應特性，最後總(zong)結出用渦輪流(liú)量計測量多相(xiang)流流量的半理(li)論半經驗公式(shì)。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(qi)水三相流流動(dong)環中的動态試(shi)驗結果,建立了(le)三相流渦輪流(liú)量計統計測量(liang)模型。胡金海等(děng)[4]對渦輪流量計(jì)在.水平☀️模拟井(jing)中測量油氣水(shui)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(xiàng)流裝置上采用(yong)集流式渦輪流(liú)量計在氣/水兩(liǎng)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(tí)供借鑒。
1實驗條(tiao)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(ji)玻璃井筒内徑(jing)爲125mm,實驗介質爲(wèi)自來水和壓縮(suo)空氣,實驗🔞中氣(qì)水的流量可以(yǐ)由儀表正确控(kong)制♉和計量。實驗(yàn)儀器爲渦輪流(liú)量💛計,采用傘式(shì)🚶‍♀️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(mì)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(guò)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(hòu),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(pái)量;還💁可以使氣(qì)/水混合均勻,減(jiǎn)少流态對流量(liang)和含水率測量(liang)的影響。在與流(liu)量計相同高🧑🏾‍🤝‍🧑🏼度(dù)的井筒上安置(zhi)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(yàn)中所👣采用測井(jǐng)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(pai).量🔴:2m³/d,儀器測量通(tong)道内徑爲19mm。氣流(liú)量的調🈲節點依(yī)次爲3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流量的(de)調節點分别爲(wei)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(jiē)水流量。流量穩(wěn)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(dian)+42V,電流60mA。重複測量(liàng)時也是按🎯流量(liàng)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(qi)體💚流量。對所獲(huo)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(zhuǎn)數。實🚶‍♀️驗中㊙️共對(dui)兩支儀器進行(háng)了實驗,兩支渦(wō)輪流量計在水(shuǐ)👅中響應特性一(yī)緻。給出了其中(zhōng)一支渦輪流量(liàng)計在純水中的(de)渦輪響應的實(shi)驗結果,如圖2所(suo)示。圖2中橫坐标(biao)爲水流量,縱軸(zhou)爲渦輪轉數。
 
　　實驗結果(guǒ)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(he)㊙️得到🧑🏾‍🤝‍🧑🏼渦輪轉速(sù)與流量的關系(xi)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(pai)量爲2.5m³/d,2#儀器的啓(qǐ)動排量爲🈲3.0m³/d.
2.2渦輪(lún)在單相氣中的(de)響應
1)幹氣(井筒(tǒng)中無底水)
　　本實(shí)驗考察流量計(jì)對單相氣(幹氣(qi))的響應規律。當(dang)井筒中無底水(shuǐ),流體爲單相氣(qì),分别按照流量(liàng)增加和遞減方(fang)向調節氣相流(liú)量,流量計在氣(qi)中的響應規律(lü)如🐕圖3所示。由圖(tú)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(xiang)時大，重複數據(jù)的離散性也大(da)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(lún)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(lun)轉速要大于按(an)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(zeng)調節氣流量時(shi),啓動流量爲40m³/d.而(ér)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(xiang)流量最大達到(dào)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(jiāng)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(liú)量爲60m³/d,每次♈流量(liàng)按10m³/d變化量遞減(jiǎn),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(zhong)複上述實驗過(guo)程。實驗獲得的(de)兩支儀器的響(xiǎng)應規律一緻。本(ben)文給出了其中(zhong)一✏️支渦輪流量(liàng)計的響應曲線(xiàn),如💰圖4所✌️示。由圖(tu)4可知,渦輪響應(ying)在靜水中與氣(qì)體流量呈非線(xiàn)📧性關系。當氣相(xiang)流量低于20m³/d時,渦(wo)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(min)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(ci)時渦輪對水更(gèng)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(xià),兩支流量計在(zài)氣流量爲2.5m³/d即啓(qǐ)動,渦輪的啓動(dòng)排量與純水類(lèi)似,啓動流量遠(yuan)遠低于單相氣(qì)的情況。其原因(yīn)可能是單相氣(qi)時,在較低的流(liu)🈲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(wō)輪而‼️從葉片與(yǔ)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(pao)狀流，輕質相的(de)氣趨于💋沿管心(xin)向上流動❄️,由于(yu)液相的水具有(yǒu)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(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(yàn)考察流量計在(zài)動水中(水相流(liú)量不爲零)對氣(qi)相流量的響應(ying)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(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(zhuǎn)速。獲得🏃🏻‍♂️的兩支(zhi)渦輪流量計在(zài)氣/水兩相流中(zhōng)的渦輪響應✨規(guī)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(gao)流量🌏時有不同(tóng)的規律,在水流(liu).量高于10m³/d時,保持(chi)氣量不變，渦輪(lun)響應與水流量(liàng)呈線性關系,但(dan)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(ji)❤️在水流量低于(yu)10m³/d時,渦輪響應與(yu)水相流量呈非(fei)🌈線性關系。此時(shí),随着水流量的(de)增加，渦輪響應(ying)也增加,但較純(chún)水時的響;應增(zēng)加緩慢,而且⭐随(sui)着氣量的增加(jiā),渦輪響應對液(ye)相的敏感性越(yuè)差,當氣💰量達到(dao)20m³/d時,幾乎呈一個(ge)平的.台階,說明(míng)此時渦輪對液(yè)相流量失去了(le)分辨能☂️力,表明(ming)渦輪流量計在(zài)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(qi)量不變,取水相(xiang)流量10m³/d及以上時(shí)的數據,計算渦(wo)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(yǔ)K值的關🙇🏻系圖版(bǎn)如圖6所示5随着(zhe)氣相流量的增(zeng)📧加，K值近似呈線(xiàn)性增加👉。
 
結論
　　通(tōng)過對集流式渦(wo)輪流量計在多(duo)相流實驗裝置(zhì)進行氣🏃🏻‍♂️/水兩相(xiang)🈲流實驗，發現流(liú)量計具有如下(xià)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(xiàng)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(liàng)🐅關系直線💘的斜(xié)率(即渦輪K值)明(ming)顯增加。
2)在低液(ye)相流量下,即水(shuǐ)流量10m³/d内,随着水(shuǐ)流量的增加🛀🏻,渦(wō)👣輪響應增加,但(dàn)較純水中的響(xiang)應增加緩慢.而(er)且随着✂️氣量的(de)增加,渦🏃‍♂️輪響應(yīng)對液相流量敏(min)感性變差。當氣(qì)相流量充分高(gāo)🚶時,響應曲線幾(jǐ)乎呈一平的台(tái)階,此時渦輪對(dui)液相流量失去(qù)了分辨♉能力,表(biao)明渦輪流量計(ji)在高氣相流🏃🏻量(liàng)時不适合用來(lái)測量低⭐産液井(jǐng)的液💜相流量。
3)在(zai)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(shí)的啓動流量。

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