摘要：在三(sān)相流實驗裝(zhuang)置上采用傘(san)式集流器對(duì)渦輪流量計(jì) 在氣/水兩相(xiang)流及油、氣、水(shui)三相流中進(jìn)行實驗，獲得(de)了渦輪♉流量(liàng)計在氣/水兩(liǎng)相流及油/氣(qi)/水三相流條(tiáo)件下🐪的實驗(yan)數據，分析氣(qi)體對渦輪流(liu)量計測量流(liú)量的影🈲響。在(zai)氣體流量較(jiào)低時，渦輪流(liu)量計與液相(xiang)流量的響應(ying)關系受⛷️油水(shuǐ)兩相含水率(lǜ)的影響較小(xiǎo)，可以将油/氣(qi)/水三相的流(liú)量測量問題(tí)簡化成氣/水(shuǐ)兩相的流量(liang)測量問題。氣(qì)體會對渦輪(lún)流量計💛産生(sheng)較大的測量(liàng)誤差，當氣體(ti)⚽流量爲3m3/d、液🌈相(xiàng)流量小于10m3/d的(de)💁條件下以及(jí)氣體流🏃🏻‍♂️量大(da)于3m3/d的條件下(xia)，液相流量測(ce)🌐量誤差大于(yu)10%。
0引言
　　渦輪流(liu)量計已廣泛(fan)應用于井下(xià)油、水兩相流(liu)流量測量，它(tā)具有🔱儀表常(cháng)數穩定的優(you)點，在油水兩(liang)相流條件下(xià)可🈲以正确測(ce)量流量，并取(qǔ)得良好的應(yīng)用效果。渦輪(lun)流量計通常(chang)在油/水兩相(xiang)流條件下進(jin)行标定，對渦(wo)輪流量計的(de)🐉也主要在✍️油(you)/水兩相流下(xià)進行。大慶油(yóu)田及🌈中國多(duo)數陸相油田(tian)的生🌈産井普(pǔ)遍存⭐在産氣(qì)、脫氣現🌈象，在(zai)測試井段存(cun)在油氣水三(sān)相流的情況(kuàng)。氣相的加入(ru)使渦輪流量(liang)計的響應特(te)性發生了明(míng)顯的變化，對(dui)❗産出剖面的(de)測量産生了(le)影響，氣體對(duì)低🌈産井的測(ce)量影響尤爲(wèi)嚴重，因爲在(zài)低産✔️井中容(róng)易出現高🐅含(hán)氣率情況，有(yǒu)必要渦輪流(liú)量計🌈在油井(jǐng)中産氣時的(de)響應特性。
　　渦(wo)輪流量計在(zài)油/氣/水三相(xiàng)流下的響應(ying)已有人針對(dui)不同的㊙️測井(jing)儀器。基于傘(san)集流渦輪流(liú)量計與放🚩射(shè)性密度－持水(shuǐ)率計組合儀(yi)在油氣水三(san)相流流動裝(zhuāng)置中的動态(tài)結果，建立了(le)三相流渦輪(lún)流量計統計(ji)測量模型。對(duì)渦輪流量計(ji)在水平模拟(nǐ)❌井中測量🐅油(you)氣水三相流(liu)進行了實驗(yàn)。
　　在多相流模(mo)拟實驗裝置(zhì)上采用渦輪(lún)流量計在油(you)/氣/水三相流(liú)及氣/水兩相(xiàng)流條件下開(kāi)展室内動态(tai)實驗，渦輪🌈流(liú)量計在油、氣(qi)、水三相流及(ji)氣/水兩相流(liu)☀️低産氣（氣體(tǐ)流量不大于(yu)15m3/d）條件下的響(xiang)應特性，計算(suan)氣體對渦輪(lun)流量計🏃🏻測量(liàng)液相流量産(chǎn)生💚的測量誤(wù)差，爲該儀器(qì)應用到三相(xiang)♍流的生産測(ce)井中提供借(jiè)鑒。
1實驗條件(jian)及實驗方案(àn)
　　實驗在大慶(qìng)油田測井試(shi)井檢測實驗(yan)中心多相流(liu)實🔴驗室24ｍ模拟(nǐ)🈲井中進行。透(tou)明的有機玻(bō)璃井筒内徑(jìng)爲125ｍｍ，實驗介🔞質(zhi)爲自來水、柴(chái)油和壓縮空(kong)氣，實驗中油(you)、氣、水的🌈流量(liàng)可以由儀表(biǎo)正确控制和(hé)計量。實驗儀(yí)💃器采用安裝(zhuang)有傘式集流(liu)器的🌐渦輪流(liú)量♋計。傘式集(jí)流器具有16根(gen)金屬傘筋，傘(san)布采用高強(qiang)度薄織料，質(zhi)密不透氣，集(ji)流效果好。采(cai)用傘式集流(liu)器可以使測(cè)量通道内的(de)流體流速提(ti)高幾十倍，并(bìng)且使被測流(liu)體混合更加(jia)均勻。渦輪流(liu)量計安裝在(zai)集流傘上部(bù)㊙️，油/氣/水混合(he)流體被集流(liu)傘集流後，從(cóng)進液口流入(ru)測量通道，流(liú)經渦🈲輪流量(liàng)計測量流量(liàng)，再由出液口(kou)流回到井筒(tǒng)🛀（見圖1）。
　　渦輪流(liú)量計位于傘(sǎn)式集流器上(shang)部，傳感器内(nèi)徑爲🧑🏾‍🤝‍🧑🏼19mm。渦輪測(cè)量流量範圍(wéi)爲3～80m3/d，測量精度(dù)爲±5%。根據儀器(qi)的工作原理(lǐ)及儀器結構(gòu)等條件，實驗(yàn)時氣體流量(liàng)範圍爲3～15m3/d，流量(liang)💃調節分别爲(wèi)3、5、7、10、15m3/d；油水液相流(liú)量範💚圍爲3～80m3/d，流(liú)量調節分别(bie)爲3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含水率調(diao)節範圍50%～100%。實驗(yan)中，先固定某(mǒu)一氣體流量(liàng)，待氣體流量(liang)穩定🐆後分别(bie)調節油水兩(liǎng)相含水率和(he)流量，待👣流動(dong)穩定後，進行(hang)測量。

2實驗結果(guo)及分析
2．1油氣(qi)水三相條件(jian)下含水率對(duì)流量測量的(de)影響
　　在不同(tóng)氣體流量下(xia)标定了渦輪(lun)流量計在油(you)、氣、水😍三🌈相流(liu)中不同氣相(xiàng)流量不同液(ye)相含水率時(shí)的響應圖2固(gù)定氣體流量(liàng)5m3/d渦輪🏃‍♂️流量計(ji)标定曲線曲(qǔ)線。圖2爲固定(ding)🌏氣體流✉️量5m3/d、液(yè)相流量及液(ye)相含水率變(bian)化時‼️測量的(de)渦🏃輪響應曲(qu)線，液相流❌量(liang)從60m3/d逐漸🌍遞減(jian)到5m3/d，含水率從(cóng)100%逐漸🏒遞減到(dao)50%。測量數據表(biao)明，當改變不(bu)同液相流量(liang)時的測量結(jie)果與10m3/d的測量(liàng)結果一緻，即(ji)當固☀️定氣體(ti)流☁️量5m3/d時，在同(tong)一液相流量(liàng)下，當含水率(lǜ)從100%變化到50%時(shi)，渦輪響應數(shù)值基本不變(biàn)，保持在同一(yi)數值，即渦輪(lun)響應受油水(shui)比例變化的(de)影響較小。分(fen)析認爲，當液(yè)相流量大💋于(yú)5m3/d時，由🏃🏻于集流(liú)傘的集流作(zuo)用，使測量通(tong)道内的流體(tǐ)流速提高，油(yóu)水兩相以泡(pào)狀流流動，并(bìng)且使被測流(liu)體油👌水混合(he)🏃🏻更加均勻，減(jian)小了油水相(xiang)間☂️的滑脫效(xiào)應；氣相的擾(rao)動也減小了(le)油水相間的(de)滑脫，使🏃得渦(wo)輪流量計響(xiang)應☀️受油水兩(liang)相🔴含水率變(biàn)化影響較小(xiǎo)，氣相成爲影(yǐng)響渦輪流量(liang)計響應的主(zhu)要因素。

　　圖(tú)3爲固定氣體(ti)流量5m3/d标定的(de)渦輪流量計(jì)響應圖版。實(shi)驗數💜據表明(ming)，對于固定的(de)氣相流量、不(bú)同含水率下(xià)的測量曲線(xiàn)近于重合🔴，說(shuō)明對于固定(dìng)的氣相流🏃‍♂️量(liang)渦輪響應與(yu)液相流量的(de)響應關系🏃🏻受(shòu)油水兩相含(hán)水率的影響(xiǎng)很小。因此，在(zài)氣體流量較(jiao)低時，油/氣/水(shui)三相的流量(liàng)測量問題可(kě)以簡化成氣(qi)/水兩相的👨‍❤️‍👨流(liu)量測量問題(ti)。固定氣體流(liu)量🔴10m3/d及15m3/d标定的(de)渦輪♈流量計(jì)響應規律同(tong)圖3。

2．2氣(qì)/水兩相條件(jian)下的實驗結(jie)果及誤差分(fèn)析
　　圖4爲傘式(shi)集流器渦輪(lun)流量計在氣(qi)/水兩相流圖(tu)4渦輪💛流量計(ji)氣水兩相流(liú)标定圖版中(zhōng)的響應圖版(ban)。渦輪在低液(yè)量和🌈高流量(liàng)時有不同的(de)規律，在水流(liú)量高于15m3/d時，保(bao)持氣量不變(biàn)，渦輪響應與(yu)水流量呈線(xiàn)性關系。在低(di)液量下，即在(zai)水流量低于(yu)15m3/d時，渦輪響應(ying)與😍水相流量(liàng)呈非線性關(guān)系。此時随着(zhe)水流量的增(zeng)加，渦輪響應(ying)也增😄加，但較(jiào)純水時㊙️的響(xiang)應增加緩慢(màn)，而且随着氣(qi)量的增加，渦(wo)輪響應對液(yè)相的敏感性(xing)越差。當氣量(liang)達到10m3/d時，幾乎(hū)呈平的台階(jie)，說明此時渦(wō)輪對液相流(liú)量失去了分(fèn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼辨能力，渦輪(lun)流量計在高(gāo)氣🔞量時測量(liang)低液相流量(liang)會有較大誤(wu)差。分析認爲(wei)，當💃🏻水流量較(jiao)低（水流量小(xiao)于15m3/d）時㊙️，在集流(liu)測量通道内(nei)，當🔞氣量較少(shǎo)時，氣相滑脫(tuō)明顯，氣相以(yǐ)較大的氣泡(pao)向上流動［如(rú)圖5（ａ）所示，水流(liu)量10m3/d、氣流量1．44m3/d］，氣(qi)相對渦輪起(qi)主導作用，使(shǐ)渦輪響應明(míng)顯偏高；随着(zhe)氣相流量的(de)增🏃加，持氣率(lü)不斷增加，更(geng)多的氣泡在(zai)集流傘頂端(duān)聚集形成段(duan)塞進入集流(liu)通❄️道。圖5（ｂ）爲水(shui)流量🈲10m3/d、氣相流(liu)量4．8m3/d時拍攝的(de)高速攝像圖(tú)片，圖片👄顯示(shì)測量通道内(nei)氣💔/水兩相流(liu)爲段塞流。圖(tú)6爲此時采集(ji)👄的渦輪響應(yīng)實時波動信(xin)号，随大塊氣(qì)體段塞的出(chu)現，渦輪響應(ying)🚩頻率劇烈波(bō)動，最高幅📱度(du)可達40Ｈｚ，渦輪響(xiang)應的平均✏️值(zhí)增🤞加，導緻渦(wō)輪流量計測(ce)量流量明顯(xiǎn)偏高。尤其是(shì)氣🌐相流量較(jiao)高（大于９．6m3/d）時，在(zài)集流傘頂部(bù)形成氣頂，集(ji)流測量☔通道(dào)内的氣段塞(sai)更加嚴重，較(jiao)多的水流量(liàng)被🍉迫從集流(liú)傘與井壁之(zhī)間的縫隙漏(lòu)失，渦輪對液(yè)相🔞流量變化(hua)失去了分辨(bian)能力，使渦輪(lun)流量計産生(sheng)了較大的測(cè)量誤差。



2．3測量誤差分(fen)析
　　在實際的(de)産出剖面測(ce)量中，儀器通(tong)常在液相中(zhong)标定刻度圖(tu)版。測井時不(bú)知道井下是(shi)否有氣，如果(guǒ)存在氣體，仍(réng)然使⛷️用液相(xiang)圖版解釋，會(huì)産生很多誤(wù)差💞。
　　利用清水(shuǐ)中渦輪的刻(kè)度方程計算(suan)加入不同氣(qi)體流量後渦(wo)輪響應頻率(lǜ)所對應的流(liu)量，即爲加入(ru)氣體後的測(ce)量流量，再🔴用(yòng)所得測量流(liu)量減去配比(bǐ)的❤️标準水流(liu)量，得到氣相(xiàng)加入後測量(liang)的絕對增加(jia)值，即加入氣(qi)相流量産生(sheng)的測量誤差(cha)（見表1）。計算結(jié)果表明，加入(rù)氣體流量後(hòu)，渦輪的測量(liang)流🍉量明顯增(zēng)加💚，尤其是液(yè)相流量較低(di)時，增加的測(ce)量流量更高(gāo)，氣體對流量(liàng)測量産生了(le)較大的測量(liàng)誤差。低氣量(liang)下，平均1m3/d的氣(qi)量産生的測(cè)量誤差大約(yue)相當🌈于5m3/d（絕對(duì)增加值）。


　　利用測(ce)量的絕對增(zeng)加值除以滿(mǎn)量程流量80m3/d，得(dé)到氣體📞對流(liu)🏒量‼️測量的滿(mǎn)量程誤差（見(jiàn)圖7）。計算結果(guo)表明，隻有氣(qi)體流量爲3m3/d以(yǐ)下液🍓相流量(liang)10m3/d以上時，滿量(liang)程測量誤差(cha)在10%以内，其他(tā)測點滿量程(cheng)誤差均大于(yu)10%。
3結論
（1）氣體流(liú)量較低時，在(zai)同一氣體流(liú)量下保持液(yè)相流量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼不🌈變(bian)、液📧相含水率(lǜ)從100%變化到50%時(shi)，渦輪流量計(ji)與液✌️相流量(liang)的響應關系(xì)不受油水兩(liang)相含水率的(de)影響或受油(yóu)水兩相🔞含水(shui)率的影響很(hěn)小，可以将油(you)/氣/水三相的(de)流🌏量測量問(wen)題簡化成氣(qi)/水兩相的流(liu)量測🆚量問題(tí)。
（2）在不同含氣(qi)量條件下，渦(wō)輪在低液量(liàng)和高液量時(shí)有不同的響(xiang)應規律，在水(shui)流量高于15m3/d時(shi)，渦輪響應與(yǔ)水流量呈線(xian)性關系。在水(shuǐ)🏃🏻‍♂️流量低于15m3/d時(shí)，渦輪響應與(yu)水相流🏃量呈(cheng)非線性關系(xi)，當含氣量達(dá)🛀到10m3/d時，渦輪響(xiǎng)應呈水平🏃的(de)台階狀，渦輪(lún)對液相流量(liàng)失去了分辨(bian)✉️能力。
（3）液相流(liu)量較低時，渦(wō)輪流量計測(cè)量流量明顯(xian)高于标準流(liu)量，即使是較(jiao)低的氣體流(liu)量也會對渦(wō)輪流量計産(chan)生👅較大的測(ce)量誤差。當氣(qi)體流量爲3m3/d、液(ye)相流量小于(yú)10m3/d的條件下以(yǐ)及氣體流量(liàng)大于3m3/d的條件(jiàn)下，液相流量(liang)測量誤差均(jun1)大于10%。

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