摘要:爲了(le)解決産出剖(pou)面測井用 渦(wo)輪流量計 的(de)砂卡難題，采(cai)用等效面積(jī)法改變進液(yè)孔、出液孔形(xíng)狀🤟，對原👣有渦(wo)輪流量計機(ji)械結構進行(hang)優化設計。詳(xiáng)細☎️介紹了防(fáng)砂卡裝置🈲的(de)結構及工作(zuo)原理，防砂⛷️卡(ka)渦輪流量計(ji)的技術指标(biao)及室内校準(zhun)結果。現場試(shi)驗表明💃，較原(yuan)有傳統渦輪(lun)流量計，防砂(sha)卡渦輪流量(liàng)計 可以顯著(zhe)減少砂卡率(lǜ)，有效提高産(chǎn)出剖面測井(jing)成功率。
0引言(yán)
　　目前，過環空(kōng)阻抗找水儀(yi)主要實現含(han)水和流量測(cè)試，含水采用(yòng)電導法測量(liàng)，流量測試主(zhǔ)要采用渦輪(lún)流量計旦。渦(wō)輪流量計的(de)原理和結構(gòu)決定其有一(yī)緻命缺✏️點,即(jí)其葉輪屬于(yú)轉動🐕部件，與(yu)渦輪流量計(jì)接觸流體中(zhōng)的雜質往往(wǎng)導緻葉輪砂(shā)卡叔。通過統(tong)👈計分析，油井(jǐng)⛷️出砂、垢粒、垢(gòu)片、渦輪支架(jia)與葉輪間隙(xì)小、鐵屑是造(zào)成砂卡的主(zhu)要原♌因。中原(yuán)測井公司在(zài)注入井中的(de)渦輪✔️流量計(jì)磁鋼安裝防(fang)磁罩,解決砂(shā)卡取得較好(hao)效果畢;專利(li)《防堵卡渦輪(lun)流量計》提出(chu)切向渦輪🌈流(liu)量計的辦法(fǎ)解決♈産出井(jing)砂卡國,但未(wèi)找到相應的(de)應用文獻。大(dà)慶油田處于(yu)開發中後期(qi)，大量的井存(cun)💋在出砂、垢粒(lì)現☎️象。通過統(tong)計，在采油五(wu)廠砂卡占到(dao)70%,其中儀器自(zi)身原因⭐和井(jing)況造成的砂(shā)卡占到94%。渦輪(lún)流量計出現(xian)砂卡，則得到(dào)的産液量不(bu)準,無法爲地(di)質部門提供(gong)真實準确的(de)環空測試資(zī)料，達不到指(zhi)導油田開發(fa)生産的目的(de)。爲了降低砂(sha)卡率❌,通.過機(jī)械解:卡的辦(bàn)法實現解卡(kǎ)。
1防砂卡渦輪(lún)流量計結構(gòu)及防砂卡工(gōng)作原理
　　防砂(sha)卡渦輪流量(liàng)計結構如圖(tú)1所示，主要由(you)渦輪流量計(jì)、篩狀出液孔(kǒng)、渦輪流量計(jì)安裝短接、解(jie)卡管、解卡管(guan)開槽、中心管(guan)、長條孔(銷釘(ding)運動槽7)、薄壁(bì)筒、進液孔、解(jiě)卡管固定銷(xiāo)釘、含水傳感(gan)器安裝筒組(zǔ)成。采用等效(xiào)面法,将進液(yè)孔一分爲二(er)，改爲寬2mm的矩(ju)形進液孔，解(jiě)決從進液孔(kǒng)進入的長垢(gòu)片或大垢片(piàn)造成的砂卡(ka)，如圖2所示。将(jiang)原先3個方型(xíng)的出液孔改(gǎi)爲直徑4mm的陣(zhèn)列狀✊的篩孔(kǒng)，解決儀🤟器在(zài)下井過程中(zhong)從出液孔進(jìn)入儀器的長(zhǎng)垢片、大垢片(piàn)造成的砂卡(kǎ)，如圖3所示。


　　将渦輪(lun)支架内徑擴(kuò)大,解卡管的(de)内壁充當渦(wō)輪的内壁,解(jie)卡管通過固(gù)定銷釘固定(ding)在薄壁筒上(shang),通過開收傘(sǎn)，薄壁筒帶動(dòng)解卡管在長(zhang)條孔上下運(yùn)動，解卡管在(zài)解卡管🔆開槽(cáo)上👅下通過渦(wo)輪總成的支(zhi)架,在收傘的(de)過程中實現(xiàn)🤟渦輪總成📞的(de)支架内壁與(yǔ)葉輪之間的(de)空間增大，從(cong)而實現井内(nèi)出砂🔞、垢粒、小(xiao)垢片⭕、渦輪支(zhī)架與♌葉輪間(jian)隙小造成的(de)砂卡的解卡(ka)。
　　在解卡管底(dǐ)端安裝磁鋼(gang),如圖4所示,吸(xī)附流體中鐵(tie)📐屑、鏽粉🏃‍♀️，解決(jué)渦輪葉片磁(cí)鋼吸附鐵屑(xie)造成的砂卡(ka)🙇🏻。

2主要技術指(zhi)标
　　20m3渦輪流量(liàng)計流量最大(da)允許誤差爲(wei)3%，啓動排量1m3/d，支(zhi)架内腔直徑(jing)由㊙️13．80mm擴大爲17．76mm，解(jie)卡管長18．90mm，外徑(jìng)Ф17．00mm，内徑Ф13．80mm。
　　40m3渦輪流(liú)量計流量最(zui)大允許誤差(cha)爲3%，啓動排量(liàng)2m3/d，支架⁉️内腔直(zhi)徑由17．76mm擴大爲(wei)20．00mm，解卡管長18．90mm，外(wai)徑Ф19．30mm，内徑Ф17．76mm。
　　解卡(ka)管頂端每120°均(jun1)勻分布長16．1mm，寬(kuan)2mm槽縫，線槽長(zhang)24．6mm，寬2mm，解卡管底(dǐ)端的銷🙇‍♀️釘走(zǒu)固定槽寬4mm，長(zhǎng)10mm
3室内校準
　　爲(wèi)了驗證可行(háng)性,采用室内(nèi)校準實現。機(ji)加組裝2支型(xíng)号📞HK-ZS-40儀器☔,編💃号(hao)爲P033、P032,2支HK-ZS-20儀器，編(biān)号爲K001、K018,進行室(shi)内流量校🈲準(zhun)。校準介質:自(zì)來水。從2025年12月(yue)16日到2025年12月16日(rì),先後校準阻(zu)抗儀40多次。
3.1關(guān)于解卡管、進(jin)液孔、出液孔(kong)造成的摩擦(ca)和局部擴大(dà)(縮小)阻✏️力損(sǔn)失用K值确定(ding)
　　K值爲儀器常(cháng)數,理想狀态(tài)下，渦輪轉動(dòng)隻受流體作(zuò)用🐆于渦輪的(de)力，但實際測(ce)量時,除了流(liú)體作用于渦(wō)輪的力外，渦(wo)輪還受到流(liú)體的粘性摩(mo)擦力、渦輪自(zì)重及渦❌輪軸(zhou)承轉動的摩(mo)擦力⭐、流體在(zai)進入渦輪橫(heng)🈲截面的局部(bù)阻力，儀⛱️器常(cháng)數用于評價(jià)渦‼️輪葉片的(de)⭐受力情況，其(qí)定義式爲:
K=ξ/2π(1)
　　式(shì)(1)中,K爲儀器常(cháng)數,r/(m3?s);ξ爲流量系(xì)數，°/m3。
　　儀器常數(shù)的物理意義(yì)是單位時間(jian)内單位體積(jī)的流體流過(guò)渦輪時,渦輪(lún)轉動圈數。從(cong)儀器常數的(de)定義式可知(zhī),K值表征了⭐流(liu)量🛀範圍内渦(wō)輪的平均轉(zhuan)速💋，要求其大(da)于等🈲于1。K值越(yuè)大，則渦輪轉(zhuǎn)速越快，所受(shou)阻⁉️力越小，因(yin)此解卡管、進(jin)液孔、出液孔(kǒng)造成🤞的局部(bù)擴阻力損失(shī)可🧡以由K值衡(heng)量。通過校準(zhǔn)，按✔️(2)式以最小(xiao)二乘法就可(kě)求得儀器常(chang)數K值。
N=K(Q-q)(2)
　　式(2)中，N爲(wèi)渦輪轉動轉(zhuǎn)數,r/s;Q爲流量，m3/d;q爲(wei)啓動排量，m3/d.
　　表(biao)1爲2025年12月16日P033第(dì)6次校準結果(guǒ)。本次校準平(píng)均K值1.301r/(m3?s),大于1.0r/(m3?s),同(tóng)時最🏒大引🙇🏻用(yòng)誤差爲1.08%，小于(yú)最大允許誤(wu)差3%，啓動排量(liang)2m2/d時的平均轉(zhuan)速1.850r/s,因🐕此P033校準(zhun)合格。同樣,P032、K001、K018先(xiān)後校準合格(gé)。因此，在啓動(dòng)排量、最大允(yǔn)許誤差合格(gé)的前提下,K值(zhi)大于等于1,K值(zhi)可以評價解(jie)卡管、進液孔(kǒng)、出液孔造成(chéng)的局部阻🏃‍♀️力(lì)損失。

注:标準(zhǔn)流量單位，m3/d;被(bei)測轉速單位(wei),r/s;K值單位，r/(m2?s)。
3.2确定(dìng)渦輪葉片轉(zhuǎn)動的持續時(shí)間
　　渦輪葉片(piàn)能轉動的持(chi)續時間是指(zhǐ)渦輪調試好(hǎo)後🛀🏻，在🥰一定作(zuo)用力下，渦輪(lun)葉片從轉動(dòng)開始到停止(zhǐ)的時間。由表(biao)2可知,P032第1次校(xiào)準時，解卡裝(zhuāng)置末端沒有(yǒu)安裝磁鋼，渦(wo)輪調試結果(guo)持續時間19s,最(zuì)大引用誤差(cha)3.012%不合格，啓動(dòng)🔅排量2m3/d時，平🐅均(jun)轉速爲0.943r/s,渦輪(lun)雖然沒有轉(zhuan)動,但已接近(jìn)轉動。P032第2次校(xiao)準時，解卡裝(zhuang)置末端沒有(yǒu)安裝磁鋼，渦(wo)輪調試結果(guǒ)持續時間20s,最(zui)大引用誤差(cha)2.856%合格，啓動排(pai)量2m3/d時,渦輪轉(zhuan)動,平均轉速(sù)爲1.867r/s。K001第1次校準(zhǔn)時，解卡裝置(zhì)末端沒有安(an)裝磁鋼，渦輪(lún)調試結果持(chi)續時間30s,最大(da)引用誤差2.458%合(hé)🏃‍♀️格，啓動排量(liang)1m3/d時，渦輪轉動(dòng)，平均轉.速爲(wèi)2.245r/s。P032和K001的校準結(jié)果表明，在啓(qǐ)動排量時，渦(wo)輪♍葉片轉動(dong)的📐持續時間(jian)超過20s,就可以(yǐ)保證啓動排(pái)量、最大引用(yong)誤差合格。爲(wèi)了提高渦輪(lun)流量計校準(zhǔn)精度，硬性規(gui)🙇‍♀️定爲了保證(zhèng)啓動排量，渦(wo)輪葉片轉動(dong)的持續時間(jian)爲30s。

3.3磁鋼位置(zhi)和大小的确(que)定
　　由表2可知(zhi),解卡裝置末(mo)端粘貼寬15mm、長(zhang)15.2mm、厚1.8mm的弧形磁(cí)鋼,安裝距🈲離(lí)渦🚩輪流量計(ji)磁鋼8.9cm時,P032第3次(cì)渦輪葉片轉(zhuǎn)動持續時間(jian)🏃🏻28s,40m3/d平均轉速49.650r/s;同(tong)樣的磁鋼大(da)小和安裝距(ju)離，K001第2次調試(shì)渦輪💜,葉輪轉(zhuǎn)動持續🎯時間(jian)26s,最大引用誤(wù)差🌈1.908%合格，啓動(dong)排量1m3/d時,平均(jun1)轉速0.513r/s,不合格(gé)。K001第3次，解卡裝(zhuāng)置🐕末端粘貼(tie)寬15mm、長3.8mm、厚1.8mm的弧(hú)形磁鋼，安裝(zhuāng)距離渦輪流(liu)量計磁鋼9.6cm,渦(wō)輪沒有調試(shì)持續時間30s,但(dàn)校準結果最(zui)大引用誤差(cha)3.752%不合格，啓動(dòng)排量1m3/d沒有啓(qǐ)動，平均轉速(su)0.666r/s不合❤️格。K001第4次(cì)，重新調試🔱渦(wō)輪，持續時間(jian)30s,同時将寬15mm、長(zhǎng)3.8mm、厚1.8mm的弧形磁(ci)鋼,距離渦輪(lún)流量計磁鋼(gāng)的距離調🐉整(zhěng)爲12.16cm,最大引用(yong)誤差1.095%，啓動排(pai)量1m3/d啓動,平均(jun)轉速2.587。故最終(zhong)确定弧形磁(cí)鋼寬15mm、長3.8mm、厚1.8mm,距(jù)離🐅渦輪流量(liàng)計磁鋼的距(ju)離爲12.16cm。此🎯時在(zài)流量計啓動(dong)排量時，渦輪(lun)葉片轉動。
3.4中(zhōng)心管、解卡裝(zhuang)置材質确定(ding)
　　将解卡裝置(zhi)下端弧形磁(ci)鋼去掉，并重(zhong)新調試渦輪(lun)，結果見表⭕3。渦(wo)輪調試結果(guo)持續時間35s,雖(suī)然誤差-2.12%合格(gé)，但啓動排🆚量(liang)2m3/d仍沒有啓動(dong)🈲。磁鋼去掉後(hou)，還有什麽原(yuan)💯因呢?2025年12月16日(rì)檢修發現,中(zhōng)心管、解卡裝(zhuang)置被磁化，變(bian)🔱相有磁場影(ying)響渦輪流量(liàng)計啓動排量(liàng)。更🌍換中心管(guan)薄壁筒重新(xīn)校準,重複校(xiao)準13次,誤差爲(wèi)分别爲1.38%、1.474%、1.143%、1.166%、1.247%、1.082%、1.640%、1.709%、1.313%、1.26%、1.227%、1.114%,K值爲(wei)1.29左右。從結果(guǒ)可知,儀器P033線(xiàn)性、穩定性、重(zhong)複性良好。所(suo)以中心管、解(jie)卡裝置必須(xū)爲不導磁材(cai)料。

4現場應用(yong)
　　防砂卡渦輪(lun)流量計在五(wu)大隊成功解(jiě)卡370井次，現場(chǎng)解卡測試曲(qǔ)線見圖5。剛測(cè)試時，渦輪葉(yè)片轉動正常(chang)🈲，大約在20s左右(yòu)，由🔴于流體帶(dài)進的雜質導(dǎo)緻流量曲線(xiàn)歸零。通過儀(yi)器二芯供電(diàn)收傘，大約15s後(hòu)再開傘，一芯(xīn)流量供電🆚測(ce)試，渦輪葉片(pian)通過瞬間開(kai)收⚽傘，擴大了(le)葉輪與渦輪(lun)殼體之間的(de)空間，雜質通(tōng)過渦輪葉片(pian)旋轉正常。從(cóng)曲線可以看(kan)出,在解卡前(qian)和解卡後,渦(wō)輪旋轉--緻，都(dōu)爲15m3/d左右，而且(qiě)解卡前後沖(chòng)次一緻，渦輪(lun)👌流⚽量計解卡(kǎ)裝置有效解(jie)決了因油井(jing)出砂、垢片、間(jiān)隙小造成的(de)砂卡，砂卡率(lü)由原先的70%降(jiang)低到30%，實現了(le)💯産液剖面流(liu)量準确測試(shi)🌈。

　　在現場應用(yòng)中發現，磁鋼(gāng)固定采用AB膠(jiao)效果不理想(xiǎng)，下一步研究(jiu)怎麽固定磁(ci)鋼，磁場的大(dà)小怎麽确定(ding)🛀，解決渦輪磁(ci)鋼吸附鐵屑(xiè)造成的砂卡(kǎ)。
5結論
1)K值可以(yi)衡量解卡裝(zhuang)置、進液孔、出(chū)液孔、弧形磁(cí)鋼造成的摩(mo)擦和⭐局部阻(zu)力損失;
2)在解(jie)卡裝置末端(duan)粘貼寬15mm、長3.8mm、厚(hou)1.8mm的弧形磁鋼(gāng)，距離渦輪🏒流(liú)量計磁鋼的(de)距離爲12.16cm時,在(zài)渦輪流量計(jì)啓動排量不(bu)會造✉️成不啓(qǐ)動;
3)中心管、解(jiě)卡裝置必須(xu)是不導磁材(cái)料,否則啓動(dong)排量不😄能啓(qi)動;
4)磁鋼固定(ding)采用AB膠效果(guo)不理想，下一(yi)步研究磁場(chang)的大小和磁(cí)鋼🤟固定方式(shi)。

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