摘要(yào):文章通過對渦(wō)輪流量傳感器(qì)在多相流實驗(yan)裝置進行氣/水(shui)兩相流實驗,總(zong)結出傘集流過(guò)環空渦輪流量(liàng)計 在氣1水兩相(xiang)流下的響應規(guī)律。在氣/水兩相(xiang)流條件下,渦👌輪(lún)在低流量和高(gāo)流量時有不同(tóng)的規律,在水流(liú)量爲10m³/d以上，保👅持(chi)氣量不變,渦輪(lún)響應與水流量(liàng)呈線性關系,并(bing)且随着氣量的(de)增加，渦輪響應(ying)與水流量關系(xi)直線的斜率(即(jí)渦輪K值)增加。在(zài)低液量下(<10m2/d)渦輪(lún)更敏感于氣，氣(qi)量達到20方以上(shàng)時對水失去了(le)分💘辨率。在水流(liu)量低于10m³/d時,渦輪(lún)響應值波動大(da),水❓流量10m³/d以上時(shi),随着流量☂️增大(da),波動越來越小(xiǎo)。.
0引言
　　渦輪流量(liang)計是一類非常(cháng)重要的流量測(ce)量儀表,因其精(jing)度高重複性好(hao)量程範圍寬體(ti)積小輸出脈沖(chong)信号等優點,而(ér)廣泛應用于天(tiān)然氣計量油品(pǐn)正确計量和貿(mào)易工業生産🌈過(guò)程監控測量等(deng)領域[1。渦輪🏃🏻流量(liàng)計也🥵是生産測(cè)井産出剖面流(liú)量測量的主要(yào)方法。目前大慶(qing)油田和國内多(duō)數陸相🐆沉積油(yóu)田的生産井普(pu)遍存在脫氣現(xiàn)象,造成油氣水(shuǐ)三相流動,産出(chu)剖面測井中三(sān)相流測量是一(yī)個急需解決的(de)難🐉題。針對渦輪(lun)流量♉計在三相(xiang)流中的響✌️應已(yi)經有人進行了(le)研究,鍾興福等(děng)[2]對渦輪傳感器(qì)進行🌈了理論分(fèn)析,給出了三相(xiàng)流動💛中渦輪流(liú)量計的實驗響(xiǎng)應特性，最後總(zong)結出用渦🆚輪流(liu)量計測量多相(xiàng)流流量的半理(lǐ)論半經驗公式(shì)。金甯德等[3]基于(yu)傘集流渦💞輪流(liu)量計🏃與放射性(xing)密度.持水率計(ji)組合儀在油氣(qi)🙇🏻水三相流流動(dòng)環中的動态試(shì)驗結果,建立了(le)三相流渦輪流(liu)量計統計測量(liàng)模型。胡金海等(deng)[4]對渦輪流量計(ji)♋在.水平🐉模拟井(jing)中測量油氣水(shuǐ)三相🏃🏻流進行了(le)📧實驗研究結果(guǒ)。雖然如此,三相(xiàng)📞流測量需要進(jin)行長🔱期艱巨的(de)研究才能🍉解決(jué),本工作在三相(xiang)流裝🐅置上采用(yòng)集流✌️式渦輪流(liu)量計在氣/水兩(liang)相流🔞條件下進(jin)🌏行實驗,發現了(le)集流式渦輪流(liú)量計在氣/水兩(liǎng)🏃相流條件下新(xīn)的💜性應規律,爲(wèi)三相流測量提(ti)供📞借鑒。
1實驗條(tiáo)件及準備[5]
　　實驗(yan)是在大慶油田(tian)的多相流模拟(ni)實驗室24m筒進行(háng)的，透明💋的有🍓機(jī)玻璃井筒内徑(jìng)爲125mm,實驗介質爲(wei)自來水和💁壓縮(suo)空氣,實驗中氣(qì)水的流量可以(yi)由儀表正确控(kòng)制和計量。實驗(yan)儀器爲渦輪流(liu)量計,采用傘式(shì)集流器集流,集(jí)流傘爲16根金屬(shǔ)傘筋,傘布采用(yòng)高強度薄織料(liào),質密不透氣，密(mi)❓封效果好,如圖(tú)1所示
 
　　集流後,井(jǐng)眼内所有流體(ti)進入集流器内(nèi)的進液口，經過(guo)流量計所在的(de)測量通道,然後(hou)由出液口流回(hui)👨‍❤️‍👨到井筒。集🥵流後(hòu),可以将測量通(tōng)道内.的流速提(tí)高幾十倍,降低(dī)渦輪的啓動排(pai)量;還可以使氣(qì)/水混合均勻,減(jian)少流🐆态對流量(liang)和含水率測量(liàng)的影💘響。在與流(liú)量計相同高度(dù)的井筒上安置(zhì)了溫度和壓力(lì)傳感㊙️器以進行(háng)對氣相的流量(liàng)進行PVT校正。實驗(yan)中所采用測井(jǐng)儀器的流量💃🏻測(cè)量範圍爲:2m³/d~80m³/d,測量(liàng)🌍精度爲±5%,啓動排(pái)🌏.量:2m³/d,儀器測量通(tong)道内徑爲19mm。氣流(liu)量的調節點依(yī)次爲❄️3、5、7、10、15、20、30、40、50m³/d,水流量的(de)調節點分别爲(wèi)60、50、40、30、20、15、10、7、5、3、1、0m³/d.實驗中,先固定(ding)某一氣體流量(liàng),待氣體流量穩(wen)定後❌,按流量遞(di)減的📧順序調節(jie)水流量。流量🈚穩(wen)定後,利用👈油井(jing)綜合參數測試(shì)儀記錄渦輪轉(zhuan)數,給儀器供電(dian)+42V,電流60mA。重複測量(liang)時也是按流量(liàng)遞減的順序測(cè)量。記錄渦輪的(de)轉速,每一水流(liu)量都調節完畢(bì)後,按遞增的順(shun)序調節下一氣(qi)體流量。對所獲(huo)取的數據進行(háng)處理和分析。
2實(shí)驗結果[67]
2.1渦輪在(zài)純水中的響應(ying).
　　實驗過程中,初(chu)始水流量爲80m³/d,待(dài)流量穩定後記(ji)錄渦輪轉🌈數,之(zhī)後按10m³/d的流量遞(di)減,測量每一流(liú)量點的渦輪轉(zhuan)數。實驗中共對(duì)兩支儀器進行(háng)了實驗,兩支渦(wō)輪流量計在水(shui)中響應特性一(yi)緻。給出了其中(zhong)一支👌渦輪流量(liang)計在純水中的(de)渦輪響應的實(shi)⭐驗結果,如圖2所(suǒ)示。圖2中橫坐标(biāo)爲水👄流量,縱軸(zhóu)爲渦輪轉數。
 
　　實驗結果(guo)表明，,在純水中(zhong)，渦輪流量計儀(yí)器響應與流量(liang)有♋很好的線性(xìng)關系，重複性好(hao),規律一緻。拟合(he)得到渦輪💃轉速(su)與流量的關系(xì)爲:F=1.2225Q+0.4591;線性相關系(xi)數爲R2=0.9997。啓動排量(liang):1#儀器的啓動排(pai)量爲2.5m³/d,2#儀器的💃🏻啓(qǐ)動排量爲3.0m³/d.
2.2渦輪(lún)在單相氣中的(de)響應
1)幹氣(井筒(tong)中無底水)
　　本實(shí)驗考察流量計(jì)對單相氣(幹氣(qì))的響應規律。當(dang)井筒中💜無底水(shui),流體爲單相氣(qi),分别按照流量(liang)增加✂️和遞減方(fang)向調節氣相流(liu)量,流量計在氣(qi)中的響應規律(lǜ)如圖3所示。由圖(tu)3可👌知,渦輪🌐響應(ying)與氣相流量近(jìn)似呈線性規律(lü),但數據的離散(sàn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻性遠較純⭐水相(xiàng)時大，重複數據(ju)的離散性也大(dà)得多。而且渦輪(lún)轉速依賴于氣(qì)相流量按增加(jia)或減小方向的(de)調節。由于渦輪(lún)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼慣性的影響,按(àn)流量遞減調節(jie)時,對應于同樣(yàng)流量🏃時的渦輪(lun)轉速要大于按(an)遞增方向上的(de)轉速。啓動流量(liàng)強烈地依賴于(yu)流🙇🏻量遞增🚶或遞(di)減,按流量遞增(zeng)調節氣流量時(shí),啓動流量🔴爲40m³/d.而(er)按氣量遞🌈減調(diao)節,則截止流量(liang)爲7m³/d,這是由于渦(wō)💰輪的慣性所緻(zhì)。本實驗中🔞,氣相(xiàng)流量最大達到(dao)了150m³/d。
2)靜水中純氣(qi)(井筒中充滿靜(jing)水)
　　本實驗考察(chá)流量計在井筒(tong)内有底水情況(kuàng)下對氣相.流量(liang)的響應規律。将(jiang)流量計置于充(chōng)滿靜水井筒中(zhong)，增💞加氣相的流(liu)量,記錄渦輪的(de)轉速。初始氣流(liu)量爲60m³/d,每次流量(liàng)按10m³/d變化量遞減(jian),待流量穩🔱定後(hou)記錄渦💃輪轉數(shù)。然後仍按流量(liang)遞減的順序重(zhòng)複上述實驗👅過(guo)程。實驗獲得的(de)兩支儀器的響(xiang)應規律一緻。本(běn)文🌈給出了其中(zhōng)一支渦輪流量(liàng)計的響應曲線(xian),如圖4所示。由圖(tú)4可☀️知,渦輪響應(ying)在靜水中與氣(qì)體流量呈非線(xiàn)性關系。當氣相(xiang)流量低于20m³/d時,渦(wo)輪轉速高于相(xiàng)同水流量時的(de)轉速,表明此時(shi)渦輪對氣更敏(mǐn)感;而當🏒氣體流(liú)量大于20m³/d時,渦輪(lún)轉速小于在相(xiang)同流量時水中(zhōng)的轉速,表明此(cǐ)時渦輪對水更(geng)敏感。繼續增加(jiā)氣相的流量,渦(wo)輪響應逐漸趨(qū)向于❌線性。
 
　　在井筒内充滿(man)靜水的條件下(xia),兩支流量計在(zài)氣流量爲2.5m³/d即啓(qǐ)動,渦輪的啓動(dong)排量與純水類(lei)似,啓動流量遠(yuan)遠低✂️于單相氣(qi)的情況。其原因(yin)可能是單相氣(qì)時,在較低的流(liú)速下，氣在經過(guo)渦輪時,由于氣(qì)時可壓縮的，，氣(qì)更容易繞過渦(wō)輪而從葉片與(yǔ)外殼之間🔞的縫(feng)隙流過,僅有一(yi)部分氣推動渦(wō)輪葉片旋轉;而(er)存在底水的⭐情(qing)況下，,對于在低(dī)流量氣/水爲泡(pào)🚩狀流，輕質相的(de)氣趨于沿管心(xīn)📐向上流動,由于(yú)液相的水🏃🏻‍♂️具有(you)不可壓縮性,較(jiào)🔅大比例的氣泡(pào)隻能經過渦輪(lun)葉片,推動渦輪(lun)旋轉,因🐪此啓動(dòng)流量低于幹氣(qi)的情況。
2.3渦輪在(zài)氣/水兩相流中(zhong)的響應
　　本實驗(yan)考察流量計在(zài)動水中(水相流(liu)量不爲零)對🔴氣(qì)💋相流量的響應(ying)規律。實驗中，氣(qi)體流量依次保(bao)持爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于每一(yi)個氣相🙇‍♀️流量,水(shuǐ)流量依次按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的(de)遞次調節,穩定(dìng)後記錄渦輪轉(zhuan)速。獲得的兩支(zhī)渦輪流量計在(zài)氣/水兩相流中(zhong)的渦輪響應規(guī)律一緻。其中1#流(liú)量計在氣/水兩(liǎng)相流中的響😘應(yīng),如圖5所示。渦輪(lún)在低液量和高(gāo)流量時有不同(tóng)的規律,在水流(liú).量高于10m³/d時,保💜持(chí)氣量不變，渦輪(lún)響應與水流量(liang)呈線性關系,但(dan)在較高的氣量(liàng)下具有較高的(de)斜率,或較大的(de)儀表常☔數。而在(zai)在♌低液量下,即(jí)在水流量低于(yú)10m³/d時,渦輪響應與(yǔ)水相流量呈非(fei)線性關系。此時(shí),随着水流量的(de)增加，渦輪響應(yīng)也增加,但較純(chun)水時的響;應增(zeng)加緩慢🔴,而且🐆随(suí)着氣量的增加(jiā),渦輪響應對液(ye)相的敏感性越(yue)差,當氣㊙️量達到(dào)20m³/d時,幾乎呈一個(gè)平的💋.台階,說明(ming)此時渦輪對液(yè)相🔴流量失去了(le)分辨能力,表明(míng)渦輪流量計在(zai)高氣相流量🐕時(shi)不适合用來測(cè)🌈量低液量液相(xiang)的流量。
 
　　保持氣(qi)量不變,取水相(xiang)流量10m³/d及以上時(shí)的數據,計算渦(wō)輪響🔞應與水流(liú)量關系直線的(de)斜率(即K值),然後(hou)做出氣流量與(yu)K值的關系圖版(ban)如圖6所示5随着(zhe)氣相流量的增(zeng)加，K值近似呈線(xiàn)性增加。
 
結論
　　通(tōng)過對集流式渦(wō)輪流量計在多(duō)相流實驗裝置(zhi)進🐅行氣/水兩相(xiàng)流實驗，發現流(liu)量計具有如下(xià)響應規律:
1)當水(shuǐ)流量爲10m³/d以上,保(bǎo)持氣量不變,渦(wō)輪響應與水相(xiàng)流量📱呈🔆線性關(guan)系,而且随着氣(qì)量的增加,渦輪(lún)響應與水流量(liàng)🤩關系直線💚的斜(xié)率(即渦輪K值)明(míng)顯增加。
2)在低液(ye)相流量下,即水(shui)流量10m³/d内,随着水(shuǐ)流量的增加,渦(wo)輪響應增加,但(dàn)較純水中的響(xiǎng)應增加緩慢.而(er)且随着氣量的(de)增加,渦輪響應(ying)對液相流量敏(mǐn)感性變差。當氣(qi)相流量充分高(gāo)時,響應曲線幾(ji)乎呈一平的🌈台(tái)階,此時🌈渦輪對(dui)液相流量失🍓去(qu)了分辨能力,表(biao)明渦輪流量計(jì)在高氣相流量(liàng)時不适合用來(lai)測量低産液井(jǐng)的液相流量。
3)在(zài)井筒存在底水(shuǐ)的情況下,集流(liú)式渦輪流量計(ji)對氣相的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻啓動(dòng)流量大大低于(yu)無底水(幹氣)時(shí)的啓動流量。

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