摘要:通過(guo)将 流量計 安裝(zhuang)在注水井配注(zhu)裝置内，實現井(jǐng)下分層注水量(liàng)的自動監測。目(mu)前地面上進行(hang)流量測量的流(liu)量計種類🔴較多(duo)，但大多不♋适合(hé)在井下長期使(shi)用，且無法✉️滿足(zu)配注裝置内部(bù)的空間要求。對(duì)比㊙️油田測試常(cháng)用流量計的功(gōng)能特點，優選流(liu)✍️量測量方式;綜(zōng)合考❗慮流态、結(jié)構尺寸約束和(he)壓力損失等因(yīn)素并通過FLUENT軟件(jian)模拟确定了流(liú)量計的尺寸，優(yōu)選 差壓傳感器(qi) 并設計保護組(zu)件。室内試驗與(yǔ)現場試驗表明(míng):流量計測🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量值(zhi)較爲準确，測量(liàng)誤差小于5%。
　　油田(tian)針對分層注水(shui)井測調工藝繁(fan)瑣、工作量大［1］、不(bú)能實時監測分(fen)層注水量并根(gēn)據總注水量的(de)變化對井下分(fèn)層水嘴進行實(shi)時調節等問題(ti)。井下分層注水(shuǐ)量的自動監測(cè)，通過将流量計(jì)安裝在配注裝(zhuang)置内實現，流量(liàng)計有小型化、結(jié)構簡單、無運動(dòng)部件📧、穩定可靠(kào)等基本要求。目(mù)前用來在地面(mian)上實現流量測(cè)量的流量計有(yǒu)幾十種之多，但(dàn)大多不适合在(zai)✨井下長期使用(yòng)，一方面由于地(di)面和井下的環(huan)境差⚽異(溫度、壓(yā)力)，另一方面是(shi)目前的流量計(ji)的體積、安裝方(fāng)式無法直接用(yong)于配注裝置上(shàng)，因此需要根據(ju)現有流量測量(liang)原理，适合于井(jing)下流量測量的(de)小型流量計。
1小(xiao)型孔闆流量計(ji)的設計
1.1流量測(cè)量方式的選擇(ze)
對井下分層注(zhù)水量自動監測(ce)使用的流量計(jì)有以下要💘求:
(1)長(zhang)期使用的可靠(kào)性。目前井下常(cháng)用流量計的使(shǐ)用僅限于測試(shi)，測試後即可進(jin)行維護、标定。所(suǒ)述的流💋量計，在(zài)井下長🎯時間連(lián)續🏃🏻‍♂️使用，其可靠(kao)性要求遠大于(yu)目前使用的流(liu)量計。
(2)結構緊湊(cou)。流量計安裝于(yú)配注裝置的環(huan)空内，空間位置(zhi)有限，流🏃‍♀️量計的(de)直徑受到限制(zhi)，其直徑小于30mm。
(3)具(ju)備抗堵塞能力(li)。分層計量流量(liàng)計的通道較小(xiao)，容易産生堵塞(sāi)，需保持流道通(tōng)暢。
　　進行流量測(ce)量方式的選取(qǔ)。電磁流量計和(hé)超聲波流量計(ji)結構較複雜［2－3］，小(xiǎo)型化則結構設(she)計困難;渦街流(liú)量計怕震動［4］，不(bu)利于井下長期(qi)使用;靶式流量(liàng)計對流體的要(yao)求較高［5］，不适用(yong)于低雷諾數測(cè)量，且流體必須(xū)充滿流量計的(de)測量管;标準孔(kǒng)闆👣流量計采🤟用(yòng)圓形薄壁孔闆(pan)，性能穩定可靠(kào)，使用壽命長［6］，常(chang)用來做污水計(ji)🏃‍♀️量❌，此外孔闆流(liú)量⛱️計結構簡單(dān)，易于實現小型(xíng)化設計，因此流(liú)量測量方式選(xuan)用孔闆式。
1.2小型(xing)孔闆流量計的(de)設計
　　按照配注(zhu)裝置整體結構(gòu)排布(截面如圖(tu)1所示)，流量計測(cè)量☔通♍道的最大(dà)外徑爲26mm。由于配(pèi)注裝置結構緊(jǐn)✨湊，按照 标準孔(kǒng)闆流量計 法蘭(lán)夾持孔闆的結(jié)構形式無法實(shi)現，因此在小型(xing)化的設計上，取(qǔ)消了法蘭連接(jiē)，大大縮小了外(wài)徑尺寸，如圖2所(suo)示。


　　 孔闆(pǎn)流量計 的設計(jì)首先應保證流(liu)道内的流體處(chu)于紊流狀态，避(bì)🌈免流态❤️變化引(yǐn)起流量測量誤(wu)差。由于結構約(yuē)束🌈關系，孔闆🏒流(liú)量計的流道直(zhí)徑設計爲14～22mm，單層(ceng)注水量取Q=2～20m3/d。計算(suan)孔闆流量計的(de)雷諾數與流道(dào)直徑和單層⭕注(zhu)水量之💁間的關(guan)系，結果見圖3。
　　流(liú)道直徑減小，有(you)利于提高測量(liàng)精度，但流道過(guò)小會增大沿程(cheng)阻力。流道直徑(jìng)爲14～22mm，單層注水量(liàng)取Q=5～50m3/d，按照達西－韋(wei)斯巴赫公式(1)與(yǔ)布拉修斯公式(shi)(2)［7］計算流量計流(liú)道内的壓力損(sǔn)失。從圖4可以🔴看(kàn)出:随☎️着流道直(zhí)徑🌂的增加，流阻(zǔ)明顯下降，若要(yào)減小壓力損失(shī)，流道直徑應盡(jin)量大🈲。

式中:hf爲沿(yan)程阻力損失;λ爲(wèi)沿程阻力系數(shù);L爲流道長度;v爲(wèi)平均流🏃‍♂️速;D爲流(liu)道直徑;g爲重力(li)加速度;Re爲雷諾(nuò)數。

　　綜合考慮流(liú)态、結構尺寸約(yue)束和壓力損失(shī)等因素，小型流(liu)量計流道直徑(jing)取值範圍爲14～22mm。标(biao)準孔闆流量計(ji)的直徑比一般(bān)在0.2～0.75之間［8］。根據以(yi)上分析取流道(dao)直徑的1/3～1/2作爲孔(kǒng)闆直徑較爲合(he)适。孔闆直徑越(yue)小，流量計靈敏(min)度會越高，有利(lì)于傳感器檢測(cè)，但也會引起壓(ya)力損失的增加(jiā)，如果孔闆直徑(jìng)過小，也存在孔(kǒng)闆被堵塞的危(wēi)♊險。綜合考慮各(gè)因素，流量計孔(kong)闆直徑取值範(fàn)圍爲5～16mm。
1.3小型孔闆(pǎn)流量計的模拟(ni)仿真計算
　　運用(yòng)FLUENT軟件與标準孔(kǒng)闆流量計流量(liàng)－壓差計算公式(shì)(3)，對量程📧爲3～30m3/d的💃流(liu)量計對應的流(liu)道結構進行數(shu)值模拟，繪制的(de)流量與壓差關(guan)⛷️系曲線如圖5—6所(suo)示。孔闆兩端最(zui)高✔️壓差爲0.2MPa時，對(duì)應🏃‍♂️流量計💋的流(liú)道尺寸爲:流道(dào)🥰直徑14mm，孔闆直徑(jing)5.1mm。

式中:qv爲體積流(liú)量;C爲修正系數(shù);β爲流量計的直(zhí)徑比;A0爲🍓流☀️道橫(héng)截面積;Δp爲流道(dào)出口與入口處(chù)的壓差;ρ爲流體(ti)密度。


　　在3～30m3/d流量計設(shè)計成功的基礎(chǔ)上，利用FLUENT軟件對(dui)量程分别⚽爲15～150m3/d、30～400m3/d的(de)流🐅量計對應流(liú)道進行了模拟(ni)，繪制流量與壓(yā)差關系曲線如(ru)圖7—8所示。


　　可以(yi)看出:孔闆兩端(duan)最高壓差爲0.2MPa時(shí)，量程15～150m3/d對應流量(liang)計的流道尺🧑🏾‍🤝‍🧑🏼寸(cun)爲:流道直徑18mm，孔(kong)闆直徑10.3mm;量程30～400m3/d對(duì)應流量計的流(liú)道尺寸爲🌂:流道(dào)直徑20mm，孔闆直徑(jing)15mm。
1.4差壓傳感器的(de)優選與保護
　　差(chà)壓傳感器的選(xuǎn)型原則:流量測(ce)量通道壓差損(sun)失小🐉，滿足配注(zhù)器的結構尺寸(cùn)要求，測量精度(du)高以及耐高溫(wen)高❌壓。選擇的差(chà)壓傳感器性能(neng)參數如下:差壓(yā)0～0.2MPa、精度0.1%、耐溫－40℃～125℃、外形(xing)尺寸19mm×35mm。
　　選用該差(chà)壓傳感器，承受(shòu)的絕對壓力可(kě)以滿足設計要(yao)求✌️，傳感器綜合(he)精度爲0．1%，流量分(fèn)辨率較高、可區(qū)分0．5m3，40m3的🐇水流沖擊(jī)爲0.19MPa(＜0.2MPa)，不易損壞。
　　差(chà)壓傳感器承受(shòu)的壓差不能超(chāo)過工作壓差的(de)3倍，爲防止高壓(ya)♋差或尖峰壓力(lì)脈沖對傳感器(qì)的損壞，設計了(le)單向閥和波🌈紋(wen)管保護組件，與(yǔ)流量計共同夠(gou)成流量計短✂️節(jie)，如圖9所示。其中(zhōng)單向閥保護組(zǔ)件主要是用來(lái)防止長時間的(de)高壓差對傳感(gan)器造成👉損害;波(bo)紋管保護組件(jiàn)采用低剛度金(jin)屬片，迅速做🔞出(chu)緩沖壓力較大(da)的脈沖，主要是(shi)用來吸收快速(su)的尖峰壓力脈(mò)沖，防止尖峰壓(ya)力脈沖損壞。單(dan)向閥與波🏃🏻‍♂️紋管(guan)相輔相成可以(yǐ)有效地保護傳(chuán)感器不被損🌈壞(huài)。

2室(shi)内與現場試驗(yan)
2.1室内試驗
　　在室(shi)溫25℃，流量0～300m3/d對流量(liàng)計進行标定，标(biao)準流量計的量(liàng)程範圍1.5～450m3/d，精度0.1%。在(zài)圖10所示的流量(liàng)計标定實驗平(píng)台上，分别進行(háng)💚正行程和反行(háng)程流量測試，流(liu)量标定數據見(jian)表⭐1。
　　試驗結論:試(shi)驗流量最小爲(wei)2.6m3/d，最大爲286.1m3/d，流量标(biāo)定最大誤差正(zhèng)😘行程🈲爲3.9%，反行程(cheng)爲3.7%，流量與壓力(li)計數呈抛物線(xian)關系。将正行程(cheng)和反行程的測(ce)量數據進行拟(nǐ)合，拟合結果如(rú)圖🌏11所示，曲線基(jī)本重合，誤差很(hěn)小，說明流量計(ji)重複性高。



2.2現(xian)場試驗
　　該井上(shang)層配注30m3/d，下層配(pei)注20m3/d，井下小型孔(kǒng)闆流量計測🌈量(liàng)值⭕在多功能配(pei)注裝置上顯示(shì)上層注水量32.3m3/d，下(xià)層注水量19.4m3/d，地面(miàn)水表顯🌂示50m3/d。爲驗(yan)證分層流量調(diao)配結果是否準(zhǔn)确進行了超聲(sheng)波流量計測試(shì)驗證，分層水量(liàng)調配結果、超聲(shēng)波流量計測試(shi)驗證結果與地(dì)面🔞水表計量結(jié)果3個參數吻合(he)度達到95%以上。
　　該(gāi)井現場試驗9個(ge)月以來，不斷跟(gen)蹤現場實時測(cè)試情況🔞，超聲波(bo)流量計分層測(cè)試驗證結果顯(xiǎn)示:井下小型孔(kong)闆流量計測量(liang)值在多功能配(pèi)注裝置上顯示(shì)的測試誤差仍(reng)小于3%。目前已開(kai)展現場試驗6口(kou)井，測試誤差均(jun)小于5%，現💚場試驗(yàn)效果良好。
3結論(lùn)
(1)小型孔闆流量(liang)計結構簡單、無(wú)運動部件，安裝(zhuang)于配注裝置内(nei)，與配注裝置在(zai)井下長期使用(yong)，進行井下分層(ceng)注水👅量的自動(dong)監測。
(2)試驗結果(guo)顯示，小型孔闆(pan)流量計測量值(zhi)較爲準确㊙️，計量(liang)誤🈲差小于5%。
(3)單向(xiàng)閥和波紋管保(bao)護組件有效防(fang)止高壓差或尖(jian)峰壓力脈沖對(dui)傳感器的損壞(huài)，提高了流量計(jì)的工作可靠性(xing)。

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