摘要(yào):文章通過(guo)對渦輪流(liu)量傳感器(qi)在多相流(liu)實驗裝置(zhi)🎯進行氣/水(shuǐ)兩相流實(shi)驗,總結出(chū)傘集流過(guò)環空渦輪(lun)流量計 在(zai)氣1水兩相(xiang)流下的響(xiǎng)應規律。在(zài)氣/水兩相(xiang)流條件下(xia),渦輪在🌈低(dī)流量和高(gao)流量時有(you)不同的規(guī)律,在水流(liú)量爲10m³/d以上(shàng)，保持氣量(liang)不變,渦輪(lun)響應與水(shui)流量呈🌈線(xiàn)性關系,并(bing)且随着氣(qi)量的增加(jia)，渦輪♻️響應(yīng)與水流量(liang)關系直線(xiàn)的斜率🔞(即(jí)渦輪K值)增(zeng)加。在低液(yè)量下(<10m2/d)渦輪(lun)更敏感于(yú)氣，氣量達(dá)到20方以上(shàng)時對水失(shī)去了分辨(bian)率。在水流(liu)量低于10m³/d時(shi),渦輪響應(ying)值波動大(dà),水流量10m³/d以(yi)上時,随着(zhe)流量增大(da),波👉動越來(lái)越小。.
0引言(yán)
　　渦輪流量(liàng)計是一類(lei)非常重要(yao)的流量測(ce)量儀表,因(yin)其精度✍️高(gao)重複性好(hao)量程範圍(wéi)寬體積小(xiao)輸出脈沖(chòng)信号等優(yōu)點,而廣泛(fan)應用于天(tian)然氣計量(liàng)油品正确(que)計量和貿(mao)易工業生(sheng)産過程監(jian)控測量等(děng)領域[1。渦輪(lun)流量計也(yě)是生産測(cè)井産出剖(pou)面流量測(cè)🈲量的主要(yao)方法。目前(qian)大慶油田(tian)和國内多(duō)數陸相沉(chén)積油田的(de)生産井普(pǔ)遍存在脫(tuo)氣現象,造(zao)成油氣水(shuǐ)三相流動(dòng),産出剖面(mian)測井中三(sān)相流測量(liàng)是一🛀個急(ji)需解決的(de)難題。針對(dui)渦輪流量(liang)計在三相(xiàng)流中的響(xiǎng)應已經有(yǒu)人進行了(le)研究,鍾興(xing)福等[2]對渦(wō)輪傳感器(qi)進行了理(lǐ)論分析,給(gěi)出了三相(xiang)流動中渦(wō)輪流量計(ji)的實驗響(xiǎng)應特性，最(zuì)後總結出(chū)用渦👨‍❤️‍👨輪🔴流(liu)量計測量(liàng)多相流流(liu)量的半理(li)論半經驗(yan)公式。金甯(ning)德等[3]基于(yú)傘集流渦(wō)輪流量計(jì)與放射性(xìng)密度.持水(shuǐ)率🤩計組合(hé)儀在油氣(qì)水三相流(liú)流動環中(zhong)的動态試(shi)驗結果,建(jiàn)立了三相(xiang)✏️流渦輪流(liú)量計統計(jì)測量模型(xing)⭐。胡金海等(deng)[4]對渦輪流(liu)量計在.水(shuǐ)平💃🏻模拟井(jǐng)中測量油(yóu)氣水三相(xiàng)流進行了(le)實驗研究(jiu)結果。雖然(rán)如此,三相(xiàng)流測量需(xu)要進行長(zhǎng)期艱巨的(de)研究才能(neng)解決,本工(gōng)作在三相(xiang)流裝置上(shang)采用集流(liu)式渦輪流(liú)量計在🤟氣(qi)/水兩相流(liú)條件下進(jin)行實驗,發(fā)現了集流(liu)式渦輪流(liu)量計在氣(qì)/水兩相流(liú)條件下新(xīn)的⛱️性應規(guī)律,爲三相(xiàng)💞流測量提(tí)供借鑒。
1實(shi)驗條件及(jí)準備[5]
　　實驗(yan)是在大慶(qìng)油田的多(duo)相流模拟(nǐ)實驗室24m筒(tong)進行的，透(tou)♊明的有機(ji)玻璃井筒(tǒng)内徑爲125mm,實(shi)驗介質爲(wei)自來水和(he)壓縮空氣(qì),實驗中氣(qì)水的流量(liang)可以由儀(yi)表正确控(kong)制和計量(liàng)。實驗儀💛器(qì)爲渦輪流(liú)量計,采用(yong)傘式集流(liú)器集流,集(ji)流傘爲16根(gēn)金屬♈傘筋(jīn),傘布采用(yòng)高強‼️度薄(báo)織料,質密(mi)不透氣，密(mi)封效果好(hǎo),如圖1所示(shì)
 
　　集流後,井(jing)眼内所有(yǒu)流體進入(ru)集流器内(nèi)的進液口(kou)，經過流量(liàng)計所在的(de)測量通道(dào),然後由出(chu)液口流回(huí)到井筒。集(ji)🌈流後,可以(yi)将測量通(tōng)道内.的流(liu)速提高幾(jǐ)十倍,降低(dī)渦輪的啓(qǐ)動排量;還(hai)💚可以使氣(qì)/水混合均(jun1)勻,減少流(liu)态對流量(liang)和含水率(lü)測量的影(ying)🛀響。在與流(liu)👨‍❤️‍👨量計相同(tóng)高❄️度的井(jǐng)筒上安置(zhì)了溫度🎯和(he)壓力傳感(gan)♍器以進行(háng)對氣相的(de)流量進行(hang)⛱️PVT校正。實驗(yàn)中所🌈采用(yong)測井儀器(qi)📱的流量測(cè)量範圍爲(wei):2m³/d~80m³/d,測量精度(du)爲±5%,啓動排(pai).量:2m³/d,儀器測(cè)量通道内(nèi)徑爲19mm。氣流(liu)量的調節(jie)點依次爲(wei)3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流量的(de)調節點分(fèn)别爲60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗(yàn)中,先固定(ding)某一🔞氣體(ti)流量,待氣(qì)體流量穩(wěn)定後⭕,按流(liu)量遞減的(de)順序調節(jie)水流量。流(liu)量穩定後(hou),利用油井(jing)綜合參數(shu)測試儀記(ji)錄渦輪轉(zhuǎn)數,給儀器(qì)供電♌+42V,電流(liú)📐60mA。重複測量(liang)時也是按(an)流量遞減(jiǎn)的順序測(ce)量。記錄渦(wō)輪的轉速(su),每一水流(liú)量都調節(jiē)完畢後,按(àn)遞增的順(shun)序調節下(xia)一氣體流(liú)✔️量。對所獲(huo)取的數據(jù)進行處理(li)🔅和分析。
2實(shi)驗結果[67]
2.1渦(wō)輪在純水(shuǐ)中的響應(ying).
　　實驗過程(cheng)中,初始水(shuǐ)流量爲80m³/d,待(dài)流量穩定(ding)後記錄渦(wō)輪轉數,之(zhī)🈚後按10m³/d的流(liu)量遞減,測(cè)量每一流(liu)量點的渦(wō)輪轉數。實(shí)👉驗中共對(dui)兩支🈲儀器(qi)進行了實(shi)驗,兩支渦(wō)輪流量計(ji)在水中響(xiǎng)應🈲特性一(yi)緻。給出了(le)其中一支(zhī)渦輪流量(liang)計在純水(shuǐ)中的渦輪(lún)響應的實(shí)驗結果,如(ru)👅圖2所示。圖(tú)2中橫坐标(biāo)爲水流量(liàng),縱軸爲渦(wō)輪轉數。
 
　　實驗(yàn)結果表明(ming)，,在純水中(zhong)，渦輪流量(liàng)計儀器響(xiǎng)應與流量(liàng)有很🍓好的(de)線性關系(xì)，重複性好(hao),規律一緻(zhì)。拟合得到(dao)渦輪轉速(su)與流量的(de)關系爲:F=1.2225Q+0.4591;線(xiàn)性相關系(xi)數爲R2=0.9997。啓動(dong)排量:1#儀器(qi)👣的啓動排(pai)量爲2.5m³/d,2#儀器(qì)的㊙️啓動排(pai)量爲3.0m³/d.
2.2渦輪(lún)在單相氣(qì)中的響應(yīng)
1)幹氣(井筒(tong)中無底水(shui))
　　本實驗考(kǎo)察流量計(jì)對單相氣(qì)(幹氣)的響(xiang)應規律。當(dang)井筒中無(wú)底水,流體(tǐ)爲單相氣(qi),分别按照(zhào)流量增加(jiā)和遞減方(fang)向調節氣(qì)相流量,流(liu)量計在氣(qì)中的響應(yīng)規律如圖(tu)3所示。由圖(tú)3可知,渦輪(lun)響應與♌氣(qi)相流量近(jìn)似呈線性(xìng)規律,但數(shu)😍據的離散(san)性遠較純(chún)水相時大(da)，重複數據(jù)的離散性(xìng)也大得多(duo)。而且渦✔️輪(lún)轉速依賴(lai)于氣相流(liú)量按增加(jia)或減小方(fang)向的調節(jiē)。由于渦輪(lún)慣性的影(ying)🤩響,按流㊙️量(liàng)遞減調節(jie)時,對⚽應于(yú)同樣流量(liang)時的渦輪(lún)轉速要大(da)🚩于按遞增(zeng)方向上的(de)轉速。啓動(dòng)流量強烈(lie)地依賴于(yú)流🌏量遞增(zēng)✊或遞減,按(an)流量🔞遞增(zeng)😘調節氣流(liú)量時,啓動(dòng)流量🍉爲40m³/d.而(er)按氣量遞(di)減調節,則(zé)截止流量(liàng)爲7m³/d,這是由(yóu)于渦輪的(de)慣性所緻(zhì)。本實驗中(zhōng)👉,氣相流量(liàng)最大達到(dao)了150m³/d。
2)靜水中(zhōng)純氣(井筒(tong)中充滿靜(jìng)水)
　　本實驗(yan)考察流量(liàng)計在井筒(tǒng)内有底水(shui)情況下對(duì)氣相.流量(liàng)🥰的響應規(gui)律。将流量(liàng)計置于充(chong)滿靜水井(jǐng)筒中，增加(jia)氣相的流(liu)量📐,記錄渦(wo)輪的轉速(su)。初始氣流(liu)量爲60m³/d,每次(cì)流量按10m³/d變(bian)化量遞減(jian),待流量穩(wen)定後記錄(lù)渦💋輪轉數(shu)。然後仍按(an)流量遞減(jian)的💔順序重(zhong)複上述實(shi)驗過程。實(shí)驗獲得的(de)兩支儀器(qì)的響應規(guī)律一緻。本(běn)文給出了(le)其中一支(zhi)渦輪流量(liàng)計的響應(yīng)曲線,如圖(tu)4所☎️示。由圖(tu)4可知,渦輪(lun)響應在㊙️靜(jing)水中與氣(qi)體流量呈(cheng)非線性關(guān)系。當氣相(xiang)流☁️量低于(yú)20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)🚩速高于相(xiang)同水流量(liang)時的轉速(sù),表明此時(shí)渦🏃🏻輪對氣(qi)更敏感;而(ér)當氣體流(liu)量大于20m³/d時(shi),渦輪轉速(sù)小于在相(xiàng)同👣流量時(shi)水中的轉(zhuan)速,表明此(cǐ)時渦輪對(dui)水更敏感(gan)。繼續增加(jiā)氣相的流(liu)量,渦輪響(xiang)應逐漸趨(qū)向于線性(xìng)。
 
　　在井(jing)筒内充滿(mǎn)靜水的條(tiao)件下,兩支(zhi)流量計在(zài)氣流量爲(wèi)2.5m³/d即啓動,渦(wo)輪的啓動(dong)排量與純(chun)水類似,啓(qi)動流量遠(yuan)遠低于單(dan)相氣的情(qing)況。其原因(yīn)可能是單(dān)相氣時,在(zài)較⚽低的流(liú)🐅速下，氣在(zai)經過渦輪(lún)時,由于氣(qì)時可🔆壓縮(suo)的，，氣更容(róng)易繞過渦(wō)輪而從葉(yè)片與外殼(ké)之間💘的縫(féng)隙流過,僅(jǐn)有一部分(fèn)氣推動渦(wo)輪葉片旋(xuan)轉;而👅存在(zài)底水的情(qíng)況下，,對于(yu)在低流量(liàng)氣/水爲泡(pao)狀流，輕質(zhì)相的氣趨(qū)于沿管心(xīn)向上流動(dòng),由于液相(xiàng)的水具有(yǒu)不可壓縮(suō)性,較大比(bǐ)例的氣泡(pào)隻💃能經過(guò)渦輪葉片(piàn),推動渦輪(lún)旋轉,因此(cǐ)啓動🍉流量(liàng)低于幹氣(qi)的情況。
2.3渦(wō)輪在氣/水(shui)兩相流中(zhōng)的響應
　　本(ben)實驗考察(chá)流量計在(zài)動水中(水(shuǐ)相流量不(bú)爲零)對氣(qì)相流量的(de)響應規律(lǜ)。實驗中，氣(qi)體流量依(yi)次保持爲(wei).3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對🍓于每一(yi)個氣相流(liú)量,水流量(liàng)依次按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的(de)遞次調節(jie),穩定後記(jì)錄渦輪轉(zhuǎn)速。獲得✏️的(de)兩支渦輪(lun)流量計在(zài)氣/水兩相(xiang)流中的渦(wō)輪響應規(guī)律一緻。其(qi)中1#流量💁計(ji)在氣/水兩(liang)相流中的(de)響應,如圖(tú)5所示。渦輪(lún)在低液量(liang)和高流量(liàng)時有不同(tong)的規律,在(zài)水流.量高(gao)于10m³/d時,保💃🏻持(chi)氣量不變(bian)，渦輪🤞響應(yīng)與🏃‍♂️水流量(liang)呈☂️線性關(guan)系,但在較(jiào)高的氣量(liang)下具有✉️較(jiao)高的斜率(lü),或較大的(de)儀表常數(shù)。而在在低(di)液量下,即(ji)在水流量(liàng)低于10m³/d時,渦(wo)輪響應與(yǔ)水相流量(liàng)呈非㊙️線性(xìng)關系。此時(shí),随着水流(liu)量的增加(jiā)，渦輪響應(yīng)也增加,但(dàn)較純水時(shi)的響;應增(zeng)加緩慢,而(ér)且随着氣(qi)量的增加(jia),渦輪響🔞應(ying)對液相的(de)敏感性🐪越(yue)差,當氣🐪量(liang)達到20m³/d時,幾(ji)乎呈一個(ge)平的👉.台階(jiē),說明此🌈時(shí)渦輪對液(ye)相流量失(shi)去了分辨(bian)能力,表明(ming)渦輪㊙️流量(liàng)計在高氣(qi)相流量時(shi)不适合💁用(yong)來測量低(di)液量液🙇‍♀️相(xiàng)的流量。
 
　　保(bao)持氣量不(bú)變,取水相(xiàng)流量10m³/d及以(yi)上時的數(shù)據,計算渦(wō)🈲輪響應與(yu)水流量關(guan)系直線的(de)斜率(即K值(zhí)),然後做出(chu)氣流量與(yǔ)K值的關系(xi)圖版如圖(tu)6所示5随着(zhe)氣相流量(liàng)的增加，K值(zhí)近似呈線(xiàn)性增加。
 
結(jie)論
　　通過對(dui)集流式渦(wo)輪流量計(ji)在多相流(liu)實驗裝置(zhì)進行氣/水(shui)兩相流實(shi)驗，發現流(liu)量計具有(yǒu)如下響應(ying)規👌律:
1)當水(shui)流量爲10m³/d以(yǐ)上,保持氣(qi)量不變,渦(wo)輪響應與(yǔ)水相流🌈量(liàng)呈🔞線性關(guān)系,而且随(suí)着氣量的(de)增加,渦輪(lun)響應與水(shuǐ)🐇流量🆚關系(xi)直線的斜(xie)率(即渦輪(lún)K值)明顯增(zeng)加。
2)在低液(ye)相流量下(xià),即水流量(liàng)10m³/d内,随着水(shui)流量的增(zeng)加,渦輪響(xiǎng)應增加,但(dàn)較純水中(zhōng)的響應增(zeng)加緩慢.而(er)且🏃🏻‍♂️随着🚶氣(qi)量👣的增加(jiā),渦輪響應(yīng)對液相流(liu)量敏感性(xìng)變差。當氣(qì)👣相流量充(chong)分高時,響(xiang)應曲線幾(ji)乎呈一平(píng)的台階,此(cǐ)時渦輪對(dui)液相流量(liàng)失去了分(fèn)辨能力,表(biǎo)明渦輪流(liú)量計🧡在高(gao)氣相流量(liàng)時不适合(hé)用來測量(liang)低産液井(jǐng)的液相流(liú)量。
3)在井筒(tǒng)存在底水(shuǐ)的情況下(xia),集流式渦(wo)輪流量計(jì)對❤️氣相♍的(de)啓動流量(liang)大大低于(yú)無底水(幹(gàn)氣)時的啓(qǐ)動🌈流量🔞。

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