摘要:通過(guo)将 流量計(ji) 安裝在注(zhu)水井配注(zhu)裝置内，實(shi)現井下分(fen)層注水量(liàng)☔的自動監(jian)測。目前地(di)面上進行(hang)流量測量(liang)的流量計(jì)種類🌈較多(duō)，但大多不(bú)✍️适合在井(jing)下長期使(shi)用，且無法(fa)滿足配注(zhu)裝置内部(bu)的空間要(yào)求。對比油(you)田測試常(cháng)用流量計(jì)的功能特(te)點，優選流(liú)量測量方(fang)式;綜合考(kǎo)慮流态、結(jié)構尺寸約(yuē)束和壓力(li)損失等因(yīn)素并通過(guo)🤩FLUENT軟件模拟(nǐ)确定了流(liú)量計的尺(chi)寸，優選 差(cha)壓傳感器(qi) 并設計保(bǎo)護組件。室(shì)内試驗與(yǔ)現場試驗(yàn)表明:流量(liàng)計測量值(zhi)較爲準确(què)，測量誤差(chà)小于5%。
　　油田(tian)針對分層(ceng)注水井測(ce)調工藝繁(fan)瑣、工作量(liang)大［1］、不能實(shi)✨時㊙️監測分(fen)層注水量(liang)并根據總(zǒng)注水量的(de)變化🏃🏻‍♂️對井(jǐng)下分層水(shui)🏃‍♂️嘴進行實(shi)時調節等(deng)問題。井下(xià)分層🐆注水(shuǐ)量的自動(dòng)監測，通🈲過(guò)将流😘量計(jì)安📞裝在配(pèi)注裝置内(nei)實現，流量(liang)計有☀️小型(xing)化、結構簡(jian)單、無🤟運動(dòng)部件、穩定(dìng)可靠等基(ji)本要求。目(mu)前用來在(zài)地面上實(shí)現流量測(ce)量的流量(liàng)計有幾十(shí)種之多，但(dan)大多不适(shì)合在🔴井下(xia)長期♌使用(yong)，一方面由(you)于地面和(he)井下的環(huan)境差異(溫(wēn)度、壓力)，另(ling)一方🔞面是(shì)目前的流(liu)量計的體(ti)積、安🔴裝方(fāng)式無法直(zhi)接用于配(pèi)注裝🏃🏻‍♂️置上(shang)，因此需要(yào)根據現有(you)流量測量(liang)原理，适合(he)于井下流(liu)量測量的(de)小型流量(liang)計。
1小型孔(kong)闆流量計(ji)的設計
1.1流(liú)量測量方(fang)式的選擇(ze)
對井下分(fèn)層注水量(liàng)自動監測(ce)使用的流(liú)量計有以(yǐ)下要求:
(1)長(zhang)期使用的(de)可靠性。目(mù)前井下常(cháng)用流量計(jì)的使用僅(jǐn)限于測試(shi)，測試後即(ji)可進行維(wei)護、标定。所(suo)述的流量(liàng)計，在井下(xià)長時間連(lián)續使用，其(qi)可靠性要(yào)求遠大⚽于(yú)目前使用(yong)的💚流量計(jì)。
(2)結構緊湊(còu)。流量計安(an)裝于配注(zhù)裝置的環(huan)空内，空間(jiān)位置有限(xian)，流量計的(de)直徑受到(dào)限制，其直(zhi)徑小于30mm。
(3)具(ju)備抗堵塞(sai)能力。分層(ceng)計量流量(liang)計的通道(dao)較小，容🔞易(yi)㊙️産生堵塞(sai)，需保持流(liú)道通暢。
　　進(jìn)行流量測(cè)量方式的(de)選取。電磁(cí)流量計和(he)超聲波流(liu)量計結構(gòu)🏒較複雜［2－3］，小(xiao)型化則結(jié)構設計困(kun)難;渦街流(liú)量計怕震(zhen)動［4］，不利㊙️于(yu)井下長期(qi)使用;靶式(shì)流量計對(duì)流體🎯的要(yào)求較高［5］，不(bu)适用于低(di)雷諾數測(ce)量，且流體(tǐ)必須充滿(man)流量計的(de)測量管;标(biāo)準孔闆流(liú)量計采用(yong)圓形薄壁(bì)孔闆，性能(néng)穩定可靠(kào)，使用壽命(mìng)長［6］，常用💜來(lai)做污水計(ji)量，此外孔(kǒng)闆流量計(jì)結構簡單(dan)，易🔞于實😍現(xian)小型化設(she)計，因此流(liú)量測量方(fang)式㊙️選用孔(kong)闆式。
1.2小型(xing)孔闆流量(liàng)計的設計(jì)
　　按照配注(zhù)裝置整體(tǐ)結構排布(bu)(截面如圖(tu)1所示)，流量(liàng)計測量👌通(tong)道的最大(da)外徑爲26mm。由(you)于配注裝(zhuāng)置結構緊(jǐn)湊，按照 标(biāo)準孔闆流(liú)量計 法蘭(lán)夾持孔闆(pǎn)的結構形(xing)式無法實(shi)現，因此在(zai)小型🈲化💔的(de)✊設🏃計上🐉，取(qǔ)消了法蘭(lán)連接，大大(da)縮小了外(wài)徑尺寸，如(ru)圖2所示。


　　 孔闆(pan)流量計 的(de)設計首先(xian)應保證流(liu)道内的流(liu)體處于紊(wen)流狀态，避(bì)免流态變(biàn)化引起流(liu)量測量誤(wù)差。由于結(jie)構約束關(guan)系⛷️，孔闆流(liú)量計的流(liu)道直徑設(shè)計爲14～22mm，單層(ceng)注水量取(qu)Q=2～20m3/d。計算孔闆(pǎn)流量計的(de)雷諾數🤞與(yu)流道直徑(jing)和單層注(zhù)水量之🌂間(jian)的關系，結(jie)果見圖3。
　　流(liú)道直徑減(jian)小，有利于(yú)提高測量(liàng)精度，但流(liu)道過小會(huì)增⭐大沿程(cheng)阻力。流道(dao)直徑爲14～22mm，單(dān)層注水量(liàng)取Q=5～50m3/d，按照㊙️達(da)西－韋斯巴(ba)赫公式(1)與(yǔ)布拉修斯(si)公式(2)［7］計算(suan)流量計流(liu)道内的壓(ya)力損失。從(cóng)圖4可以看(kan)出:随着流(liu)道直徑的(de)增加，流⭐阻(zǔ)明顯下📱降(jiang)，若要減小(xiao)壓力損失(shī)，流道直徑(jing)應盡量大(da)。

式中:hf爲沿(yán)程阻力損(sun)失;λ爲沿程(chéng)阻力系數(shù);L爲流道長(zhǎng)🔅度;v爲平⛱️均(jun1)流速;D爲流(liu)道直徑;g爲(wèi)重力加速(sù)度;Re爲雷諾(nuo)數。

　　綜合考(kǎo)慮流态、結(jie)構尺寸約(yuē)束和壓力(lì)損失等因(yīn)素，小型流(liu)量計💰流道(dào)直徑取值(zhi)範圍爲14～22mm。标(biāo)準孔闆流(liu)量計的直(zhi)徑比一般(bān)在0.2～0.75之間［8］。根(gēn)據以上分(fèn)析取流道(dao)直徑的1/3～1/2作(zuò)爲孔闆直(zhí)徑較爲合(hé)适。孔闆直(zhi)徑越小，流(liú)量🔆計靈敏(min)度會越高(gāo)，有利于傳(chuán)感器檢測(ce)，但也會引(yin)起🛀壓力損(sun)失的✏️增加(jia)，如果孔闆(pan)直徑過小(xiǎo)，也存在孔(kong)闆被堵塞(sāi)的危險。綜(zōng)合考慮各(ge)因素，流量(liàng)計孔闆直(zhi)徑取值範(fan)圍爲5～16mm。
1.3小型(xíng)孔闆流量(liàng)計的模拟(ni)仿真計算(suan)
　　運用FLUENT軟件(jian)與标準孔(kǒng)闆流量計(ji)流量－壓差(cha)計算公式(shi)(3)，對量程爲(wèi)3～30m3/d的流量計(jì)對應的流(liu)道結構進(jìn)行數值模(mó)拟，繪⭕制的(de)流量與壓(ya)差關系曲(qǔ)線如圖5—6所(suǒ)示。孔闆兩(liǎng)🔴端最高壓(yā)差爲0.2MPa時，對(dui)應流量計(ji)的流道尺(chi)寸爲:流道(dao)直徑14mm，孔闆(pan)直徑5.1mm。

式中(zhōng):qv爲體積流(liu)量;C爲修正(zhèng)系數;β爲流(liú)量計的直(zhi)徑比✏️;A0爲流(liu)🏃🏻‍♂️道橫截面(mian)積;Δp爲流道(dao)出口與入(ru)口處的壓(yā)差;ρ爲❤️流體(ti)密度。


　　在3～30m3/d流量(liang)計設計成(chéng)功的基礎(chǔ)上，利用FLUENT軟(ruan)件對量程(chéng)分别爲15～150m3/d、30～400m3/d的(de)流量計對(dui)應流道進(jin)行了模拟(nǐ)，繪制流量(liang)與壓差關(guān)系曲線如(ru)圖7—8所示。


　　可以(yi)看出:孔闆(pǎn)兩端最高(gāo)壓差爲0.2MPa時(shi)，量程15～150m3/d對應(yīng)流量計🥵的(de)流道尺寸(cùn)爲:流道直(zhí)徑18mm，孔闆直(zhi)徑10.3mm;量程30～400m3/d對(duì)應流量計(ji)的流道尺(chi)寸爲:流道(dao)直徑20mm，孔闆(pan)直徑15mm。
1.4差壓(ya)傳感器的(de)優選與保(bǎo)護
　　差壓傳(chuán)感器的選(xuan)型原則:流(liu)量測量通(tōng)道壓差損(sun)失小🔴，滿足(zu)配注🔞器的(de)結構尺寸(cun)要求，測量(liang)精度高以(yi)及耐高溫(wēn)高壓。選擇(ze)的差壓傳(chuan)感器性能(néng)參數如下(xià):差💁壓0～0.2MPa、精度(du)0.1%、耐溫－40℃～125℃、外形(xíng)尺寸19mm×35mm。
　　選用(yong)該差壓傳(chuan)感器，承受(shou)的絕對壓(ya)力可以滿(man)足設計🈲要(yao)求🎯，傳感器(qì)綜合精度(dù)爲0．1%，流量分(fèn)辨率較高(gao)、可區分0．5m3，40m3的(de)水流🏃🏻沖擊(jī)爲0.19MPa(＜0.2MPa)，不易損(sǔn)👌壞。
　　差壓傳(chuan)感器承受(shou)的壓差不(bu)能超過工(gong)作壓差的(de)3倍❗，爲防止(zhi)高壓差或(huo)尖峰壓力(lì)脈沖對傳(chuán)感器的損(sun)壞，設計了(le)單向閥和(hé)波㊙️紋管保(bao)護組件，與(yǔ)流量計共(gòng)同夠成流(liu)量計短節(jie)，如圖9所示(shi)。其中單向(xiang)閥保護組(zu)件主要是(shi)用來防止(zhǐ)長時間的(de)高壓差對(dui)傳感器造(zao)成損害;波(bo)紋管❌保護(hu)組件采用(yong)低剛度金(jīn)屬片，迅速(sù)做出緩沖(chong)壓力較大(da)的脈沖，主(zhǔ)要⭐是用來(lái)吸收快速(sù)的尖峰壓(yā)力👈脈沖，防(fáng)止尖峰壓(ya)力脈沖損(sǔn)壞。單向閥(fá)與波紋管(guan)相輔相成(chéng)可以有效(xiào)地保護傳(chuán)感器不被(bei)損壞。

2室内與(yu)現場試驗(yan)
2.1室内試驗(yàn)
　　在室溫25℃，流(liu)量0～300m3/d對流量(liang)計進行标(biao)定，标準流(liú)量計的量(liang)程範圍💋1.5～450m3/d，精(jing)🈲度🈲0.1%。在圖10所(suǒ)示的流量(liang)計标定實(shi)驗平台上(shang)，分别進行(háng)正行㊙️程和(hé)🔴反行🏃🏻程流(liu)量測試，流(liu)量标定數(shù)據見表1。
　　試(shì)驗結論:試(shì)驗流量最(zuì)小爲2.6m3/d，最大(dà)爲286.1m3/d，流量标(biao)定最大誤(wu)差正行程(chéng)爲3.9%，反行程(chéng)爲3.7%，流量與(yu)壓力計數(shù)呈抛物線(xiàn)關系。将正(zheng)行💚程和反(fan)行程的測(ce)量數據進(jìn)行拟合，拟(ni)合結果如(rú)圖11所示，曲(qǔ)線基本重(zhòng)合，誤差很(hen)小，說明流(liú)量計重複(fu)性高。



2.2現(xiàn)場試驗
　　該(gai)井上層配(pei)注30m3/d，下層配(pei)注20m3/d，井下小(xiǎo)型孔闆流(liú)量計測量(liàng)值在多功(gong)能配注裝(zhuāng)置上顯示(shi)上層注水(shui)量32.3m3/d，下層注(zhù)水量19.4m3/d，地面(miàn)水表顯示(shì)50m3/d。爲驗證分(fen)層流量調(diao)配結果是(shi)否準确進(jin)行了超聲(sheng)波流量計(ji)測試🤩驗證(zheng)，分層水量(liàng)調配結果(guǒ)、超聲波流(liú)量計測試(shi)驗證結果(guǒ)與地面💚水(shuǐ)表計量結(jie)♉果3個參數(shù)吻合度達(da)到95%以上。
　　該(gai)井現場試(shi)驗9個月以(yǐ)來，不斷跟(gen)蹤現場實(shi)時測試情(qing)況，超聲波(bo)☁️流量計分(fèn)層測試驗(yàn)證結果顯(xiǎn)示:井下小(xiǎo)型孔闆⭐流(liú)量計測量(liàng)值在多功(gong)能配注裝(zhuang)置上顯示(shì)的測試誤(wu)差仍小于(yu)🈲3%。目前已🥰開(kāi)展現場試(shi)驗6口井，測(ce)試誤差均(jun1)小于5%，現場(chang)試驗效果(guǒ)良好。
3結論(lùn)
(1)小型孔闆(pǎn)流量計結(jie)構簡單、無(wú)運動部件(jian)，安裝于配(pei)注裝置内(nèi)💯，與配注裝(zhuāng)置在井下(xia)長期使用(yòng)，進行井下(xià)分層注水(shui)量的自動(dòng)監測。
(2)試驗(yan)結果顯示(shì)，小型孔闆(pan)流量計測(ce)量值較爲(wei)準确，計量(liang)誤❄️差小于(yú)5%。
(3)單向閥和(hé)波紋管保(bǎo)護組件有(yǒu)效防止高(gāo)壓差或尖(jiān)峰壓力🐉脈(mò)沖對傳感(gan)器的損壞(huai)，提高了流(liú)量計的工(gong)作可🐪靠性(xing)。

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