摘要:文章通過對渦輪流量傳感器在多相流實驗裝置進(jìn)行氣/水兩相流實驗,總結(jié)出傘集流過環(huán)空渦輪流量計在氣1水兩相流下的響應(yīng)規(guī)律。在氣/水兩相流條件下,渦輪在低流量和高流量時有不同的規(guī)律,在水流量為10m³/d以上，保持氣量不變,渦輪響應(yīng)與水流量呈線性關(guān)系,并且隨著氣量的增加，渦輪響應(yīng)與水流量關(guān)系直線的斜率(即渦輪K值)增加。在低液量下(<10m2/d)渦輪更敏感于氣，氣量達(dá)到20方以上時對水失去了分辨率。在水流量低于10m³/d時,渦輪響應(yīng)值波動大,水流量10m³/d以上時,隨著流量增大,波動越來越小。.
0引言
渦輪流量計是一類非常重要的流量測量儀表,因其精度高重復(fù)性好量程范圍寬體積小輸出脈沖信號等優(yōu)點,而廣泛應(yīng)用于天然氣計量油品正確計量和貿(mào)易工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控測量等領(lǐng)域[1。渦輪流量計也是生產(chǎn)測井產(chǎn)出剖面流量測量的主要方法。目前大慶油田和國內(nèi)多數(shù)陸相沉積油田的生產(chǎn)井普遍存在脫氣現(xiàn)象,造成油氣水三相流動,產(chǎn)出剖面測井中三相流測量是一個急需解決的難題。針對渦輪流量計在三相流中的響應(yīng)已經(jīng)有人進(jìn)行了研究,鐘興福等[2]對渦輪傳感器進(jìn)行了理論分析,給出了三相流動中渦輪流量計的實驗響應(yīng)特性，最后總結(jié)出用渦輪流量計測量多相流流量的半理論半經(jīng)驗公式。金寧德等[3]基于傘集流渦輪流量計與放射性密度.持水率計組合儀在油氣水三相流流動環(huán)中的動態(tài)試驗結(jié)果,建立了三相流渦輪流量計統(tǒng)計測量模型。胡金海等[4]對渦輪流量計在.水平模擬井中測量油氣水三相流進(jìn)行了實驗研究結(jié)果。雖然如此,三相流測量需要進(jìn)行長期艱巨的研究才能解決,本工作在三相流裝置上采用集流式渦輪流量計在氣/水兩相流條件下進(jìn)行實驗,發(fā)現(xiàn)了集流式渦輪流量計在氣/水兩相流條件下新的性應(yīng)規(guī)律,為三相流測量提供借鑒。
1實驗條件及準(zhǔn)備[5]
實驗是在大慶油田的多相流模擬實驗室24m筒進(jìn)行的，透明的有機玻璃井筒內(nèi)徑為125mm,實驗介質(zhì)為自來水和壓縮空氣,實驗中氣水的流量可以由儀表正確控制和計量。實驗儀器為渦輪流量計,采用傘式集流器集流,集流傘為16根金屬傘筋,傘布采用高強度薄織料,質(zhì)密不透氣，密封效果好,如圖1所示
集流后,井眼內(nèi)所有流體進(jìn)入集流器內(nèi)的進(jìn)液口，經(jīng)過流量計所在的測量通道,然后由出液口流回到井筒。集流后,可以將測量通道內(nèi).的流速提高幾十倍,降低渦輪的啟動排量;還可以使氣/水混合均勻,減少流態(tài)對流量和含水率測量的影響。在與流量計相同高度的井筒上安置了溫度和壓力傳感器以進(jìn)行對氣相的流量進(jìn)行PVT校正。實驗中所采用測井儀器的流量測量范圍為:2m³/d~80m³/d,測量精度為±5%,啟動排.量:2m³/d,儀器測量通道內(nèi)徑為19mm。氣流量的調(diào)節(jié)點依次為3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流量的調(diào)節(jié)點分別為60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗中,先固定某一氣體流量,待氣體流量穩(wěn)定后,按流量遞減的順序調(diào)節(jié)水流量。流量穩(wěn)定后,利用油井綜合參數(shù)測試儀記錄渦輪轉(zhuǎn)數(shù),給儀器供電+42V,電流60mA。重復(fù)測量時也是按流量遞減的順序測量。記錄渦輪的轉(zhuǎn)速,每一水流量都調(diào)節(jié)完畢后,按遞增的順序調(diào)節(jié)下一氣體流量。對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。
2實驗結(jié)果[67]
2.1渦輪在純水中的響應(yīng).
實驗過程中,初始水流量為80m³/d,待流量穩(wěn)定后記錄渦輪轉(zhuǎn)數(shù),之后按10m³/d的流量遞減,測量每一流量點的渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。實驗中共對兩支儀器進(jìn)行了實驗,兩支渦輪流量計在水中響應(yīng)特性一致。給出了其中一支渦輪流量計在純水中的渦輪響應(yīng)的實驗結(jié)果,如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo)為水流量,縱軸為渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。
實驗結(jié)果表明，,在純水中，渦輪流量計儀器響應(yīng)與流量有很好的線性關(guān)系，重復(fù)性好,規(guī)律一致。擬合得到渦輪轉(zhuǎn)速與流量的關(guān)系為:F=1.2225Q+0.4591;線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.9997。啟動排量:1#儀器的啟動排量為2.5m³/d,2#儀器的啟動排量為3.0m³/d.
2.2渦輪在單相氣中的響應(yīng)
1)干氣(井筒中無底水)
本實驗考察流量計對單相氣(干氣)的響應(yīng)規(guī)律。當(dāng)井筒中無底水,流體為單相氣,分別按照流量增加和遞減方向調(diào)節(jié)氣相流量,流量計在氣中的響應(yīng)規(guī)律如圖3所示。由圖3可知,渦輪響應(yīng)與氣相流量近似呈線性規(guī)律,但數(shù)據(jù)的離散性遠(yuǎn)較純水相時大，重復(fù)數(shù)據(jù)的離散性也大得多。而且渦輪轉(zhuǎn)速依賴于氣相流量按增加或減小方向的調(diào)節(jié)。由于渦輪慣性的影響,按流量遞減調(diào)節(jié)時,對應(yīng)于同樣流量時的渦輪轉(zhuǎn)速要大于按遞增方向上的轉(zhuǎn)速。啟動流量強烈地依賴于流量遞增或遞減,按流量遞增調(diào)節(jié)氣流量時,啟動流量為40m³/d.而按氣量遞減調(diào)節(jié),則截止流量為7m³/d,這是由于渦輪的慣性所致。本實驗中,氣相流量最大達(dá)到了150m³/d。
2)靜水中純氣(井筒中充滿靜水)
本實驗考察流量計在井筒內(nèi)有底水情況下對氣相.流量的響應(yīng)規(guī)律。將流量計置于充滿靜水井筒中，增加氣相的流量,記錄渦輪的轉(zhuǎn)速。初始?xì)饬髁繛?0m³/d,每次流量按10m³/d變化量遞減,待流量穩(wěn)定后記錄渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。然后仍按流量遞減的順序重復(fù)上述實驗過程。實驗獲得的兩支儀器的響應(yīng)規(guī)律一致。本文給出了其中一支渦輪流量計的響應(yīng)曲線,如圖4所示。由圖4可知,渦輪響應(yīng)在靜水中與氣體流量呈非線性關(guān)系。當(dāng)氣相流量低于20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)速高于相同水流量時的轉(zhuǎn)速,表明此時渦輪對氣更敏感;而當(dāng)氣體流量大于20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)速小于在相同流量時水中的轉(zhuǎn)速,表明此時渦輪對水更敏感。繼續(xù)增加氣相的流量,渦輪響應(yīng)逐漸趨向于線性。
在井筒內(nèi)充滿靜水的條件下,兩支流量計在氣流量為2.5m³/d即啟動,渦輪的啟動排量與純水類似,啟動流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單相氣的情況。其原因可能是單相氣時,在較低的流速下，氣在經(jīng)過渦輪時,由于氣時可壓縮的，，氣更容易繞過渦輪而從葉片與外殼之間的縫隙流過,僅有一部分氣推動渦輪葉片旋轉(zhuǎn);而存在底水的情況下，,對于在低流量氣/水為泡狀流，輕質(zhì)相的氣趨于沿管心向上流動,由于液相的水具有不可壓縮性,較大比例的氣泡只能經(jīng)過渦輪葉片,推動渦輪旋轉(zhuǎn),因此啟動流量低于干氣的情況。
2.3渦輪在氣/水兩相流中的響應(yīng)
本實驗考察流量計在動水中(水相流量不為零)對氣相流量的響應(yīng)規(guī)律。實驗中，氣體流量依次保持為.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于每一個氣相流量,水流量依次按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的遞次調(diào)節(jié),穩(wěn)定后記錄渦輪轉(zhuǎn)速。獲得的兩支渦輪流量計在氣/水兩相流中的渦輪響應(yīng)規(guī)律一致。其中1#流量計在氣/水兩相流中的響應(yīng),如圖5所示。渦輪在低液量和高流量時有不同的規(guī)律,在水流.量高于10m³/d時,保持氣量不變，渦輪響應(yīng)與水流量呈線性關(guān)系,但在較高的氣量下具有較高的斜率,或較大的儀表常數(shù)。而在在低液量下,即在水流量低于10m³/d時,渦輪響應(yīng)與水相流量呈非線性關(guān)系。此時,隨著水流量的增加，渦輪響應(yīng)也增加,但較純水時的響;應(yīng)增加緩慢,而且隨著氣量的增加,渦輪響應(yīng)對液相的敏感性越差,當(dāng)氣量達(dá)到20m³/d時,幾乎呈一個平的.臺階,說明此時渦輪對液相流量失去了分辨能力,表明渦輪流量計在高氣相流量時不適合用來測量低液量液相的流量。
保持氣量不變,取水相流量10m³/d及以上時的數(shù)據(jù),計算渦輪響應(yīng)與水流量關(guān)系直線的斜率(即K值),然后做出氣流量與K值的關(guān)系圖版如圖6所示5隨著氣相流量的增加，K值近似呈線性增加。
結(jié)論
通過對集流式渦輪流量計在多相流實驗裝置進(jìn)行氣/水兩相流實驗，發(fā)現(xiàn)流量計具有如下響應(yīng)規(guī)律:
1)當(dāng)水流量為10m³/d以上,保持氣量不變,渦輪響應(yīng)與水相流量呈線性關(guān)系,而且隨著氣量的增加,渦輪響應(yīng)與水流量關(guān)系直線的斜率(即渦輪K值)明顯增加。
2)在低液相流量下,即水流量10m³/d內(nèi),隨著水流量的增加,渦輪響應(yīng)增加,但較純水中的響應(yīng)增加緩慢.而且隨著氣量的增加,渦輪響應(yīng)對液相流量敏感性變差。當(dāng)氣相流量充分高時,響應(yīng)曲線幾乎呈一平的臺階,此時渦輪對液相流量失去了分辨能力,表明渦輪流量計在高氣相流量時不適合用來測量低產(chǎn)液井的液相流量。
3)在井筒存在底水的情況下,集流式渦輪流量計對氣相的啟動流量大大低于無底水(干氣)時的啟動流量。
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