摘要:通過(guo)将 流量計 安(ān)裝在注水井(jǐng)配注裝置内(nèi)，實現井下分(fen)層注水量💯的(de)🈲自👄動監測。目(mù)前地面上進(jin)行流量測量(liàng)的流量計種(zhǒng)類🧑🏾‍🤝‍🧑🏼較多，但大(da)多不适合💃在(zài)井下長期使(shǐ)用，且無法滿(mǎn)足配注裝置(zhi)📧内部的空間(jian)要求。對比油(yóu)田測試常用(yòng)流量計的功(gong)能特點，優選(xuan)流量測量方(fāng)式;綜合考🌈慮(lǜ)流态、結構尺(chi)寸約束和壓(yā)力損失等🌐因(yin)素并通過FLUENT軟(ruǎn)件模拟确定(dìng)了流量計的(de)尺寸，優選 差(cha)壓傳感器 并(bing)設計保護組(zǔ)件。室内試驗(yan)與現場試驗(yan)表明:流量計(ji)測量值較爲(wèi)準确，測量誤(wu)差小于5%。
　　油田(tian)針對分層注(zhu)水井測調工(gong)藝繁瑣、工作(zuo)量大［1］、不能實(shí)時監測分層(ceng)注水量并根(gēn)據總注水量(liang)的變化🔴對井(jing)下分層水🔴嘴(zuǐ)進行實☁️時調(diao)節等問題。井(jing)下分層注水(shui)量的自動監(jiān)測，通過将流(liú)量計安裝在(zai)配注裝置内(nei)實現，流量計(ji)有小型化、結(jié)構簡單、無運(yun)動部件、穩定(ding)可靠等🐆基本(běn)要求。目前用(yòng)來在地🥰面上(shàng)實現流量測(cè)量的流📞量計(jì)有幾十種之(zhī)多，但大多不(bú)适合在井下(xia)長期使用，一(yī)方面由于地(di)面和🏃🏻‍♂️井下的(de)環境差異👌(溫(wēn)度、壓力)，另一(yī)方面是目前(qian)的流量計的(de)體積、安裝方(fang)式無法直接(jiē)用于配注裝(zhuāng)置上，因此需(xu)要根據現有(yǒu)流量測量原(yuán)理，适合于井(jing)下流量測量(liàng)的小型🤩流量(liang)計。
1小型孔闆(pan)流量計的設(shè)計
1.1流量測量(liàng)方式的選擇(zé)
對井下分層(ceng)注水量自動(dong)監測使用的(de)流量計有以(yi)下要🆚求:
(1)長期(qī)使用的可靠(kao)性。目前井下(xià)常用流量計(jì)的使用僅限(xian)于測試，測試(shi)後即可進行(háng)維護、标定。所(suo)述的流量計(ji)，在井💁下長時(shi)間連續使用(yòng)，其可靠性要(yao)求遠大于目(mù)前使用的✉️流(liú)量計🌐。
(2)結構緊(jin)湊。流量計安(ān)裝于配注裝(zhuang)置的環空内(nei)，空間位置有(you)限♻️，流量計的(de)直徑受到限(xian)制，其直徑小(xiao)于30mm。
(3)具備抗堵(du)塞能力。分層(ceng)計量流量計(ji)的通道較小(xiao)，容易産生堵(du)塞，需保持流(liú)道通暢。
　　進行(hang)流量測量方(fang)式的選取。電(diàn)磁流量計和(hé)超聲波🍓流量(liàng)計💋結構較複(fú)雜［2－3］，小型化則(ze)結構設計困(kùn)難;渦街🥰流量(liàng)計怕震動［4］，不(bú)利于井下長(zhang)期使用;靶式(shi)流量計對流(liu)體的要求較(jiao)高［5］，不适用于(yú)低雷諾數測(ce)量，且流體必(bi)須充滿流量(liàng)計的測量管(guǎn);标準孔闆流(liú)量計采💋用圓(yuan)形薄壁孔闆(pan)，性能穩⛷️定可(ke)靠，使用壽命(mìng)長［6］，常用🏒來做(zuò)污水計量，此(cǐ)外孔闆流量(liang)計結構簡單(dān)，易于實現小(xiǎo)型化設計，因(yin)此流量💜測量(liàng)方式選用孔(kong)闆式。
1.2小型孔(kǒng)闆流量計的(de)設計
　　按照配(pei)注裝置整體(ti)結構排布(截(jié)面如圖1所示(shì))，流量計測量(liàng)通道的最大(da)外徑爲26mm。由于(yu)配注裝置結(jie)構緊🙇🏻湊，按照(zhao) 标準孔闆流(liú)量計 法蘭夾(jia)持孔闆的結(jie)構形式無法(fǎ)實現，因此在(zài)小型化的💰設(shè)計上⭐，取消了(le)法蘭連接，大(dà)大縮小了外(wài)徑尺寸，如🏃🏻圖(tú)2所示。


　　 孔(kǒng)闆流量計 的(de)設計首先應(ying)保證流道内(nei)的流體處于(yu)紊流狀态，避(bi)免🏃流态變化(hua)引起流量測(ce)量誤差。由于(yu)結構約束關(guan)系，孔闆流量(liàng)計的流道直(zhí)徑設計爲14～22mm，單(dān)層注水量取(qu)Q=2～20m3/d。計算孔闆流(liu)🔅量計的雷諾(nuo)數與流道直(zhí)徑和單層注(zhu)水量之間的(de)關系，結果見(jiàn)圖3。
　　流道直徑(jìng)減小，有利于(yú)提高測量精(jīng)度，但流道過(guò)小會增大沿(yan)程阻力。流道(dao)直徑爲14～22mm，單層(céng)注水量取Q=5～50m3/d，按(àn)照👨‍❤️‍👨達西－韋斯(sī)巴赫公式(1)與(yu)布拉修斯公(gong)式(2)［7］計算流量(liàng)計流道内♻️的(de)壓力損失。從(cóng)❤️圖4可以看出(chū):随着流道直(zhi)徑的增加，流(liú)🌐阻明顯下降(jiàng)，若要減🐇小壓(ya)力損失，流道(dao)直徑應盡量(liàng)大😘。

式中:hf爲沿(yán)程阻力損失(shi);λ爲沿程阻力(lì)系數;L爲流道(dào)長度;v爲平均(jun1)流速;D爲流道(dao)直徑;g爲重力(li)加速度;Re爲雷(lei)諾⛷️數。

　　綜合考(kao)慮流态、結構(gòu)尺寸約束和(hé)壓力損失等(děng)因素，小型流(liu)量計流道直(zhi)徑取值範圍(wei)爲14～22mm。标準孔闆(pan)流量計的直(zhi)徑🌍比一♈般在(zài)0.2～0.75之間［8］。根據以(yi)上分析取流(liu)道直‼️徑的1/3～1/2作(zuo)爲孔闆💁直徑(jing)較爲合适。孔(kong)闆直徑越小(xiǎo)，流量計靈敏(min)度會越高，有(yǒu)利于傳感器(qì)檢測，但⛷️也會(hui)引起🈚壓力損(sǔn)失的🐉增加，如(rú)果孔闆直徑(jing)過小，也存在(zai)孔闆被堵塞(sāi)的危險。綜合(hé)考慮各因素(sù)，流量計孔闆(pǎn)直徑取值範(fan)圍🈚爲5～16mm。
1.3小型孔(kong)闆流量計的(de)模拟仿真計(jì)算
　　運用FLUENT軟件(jiàn)與标準孔闆(pan)流量計流量(liang)－壓差計算公(gong)式(3)，對量程爲(wèi)3～30m3/d的流量計對(dui)應的流道結(jie)構進行數值(zhí)模拟，繪制的(de)流量與壓差(cha)關系曲線如(ru)圖5—6所示。孔闆(pǎn)兩端最高壓(yā)差爲0.2MPa時，對應(ying)流量計的流(liu)道尺寸爲:流(liú)道直徑14mm，孔闆(pǎn)直徑5.1mm。

式中:qv爲(wèi)體積流量;C爲(wei)修正系數;β爲(wèi)流量計的直(zhí)徑比;A0爲流道(dao)橫截🏃面積;Δp爲(wei)流道出口與(yu)入口處的壓(ya)差;ρ爲流體密(mì)度。


　　在3～30m3/d流量計(jì)設計成功的(de)基礎上，利用(yong)FLUENT軟件對量程(cheng)分别🌈爲☂️15～150m3/d、30～400m3/d的流(liu)量計對應流(liú)道進行了模(mó)拟，繪制流量(liang)與壓差關系(xì)☀️曲線如圖7—8所(suo)示。


　　可以看出:孔(kong)闆兩端最高(gao)壓差爲0.2MPa時，量(liang)程15～150m3/d對應流量(liang)計🧡的☁️流🎯道尺(chǐ)❄️寸爲:流道直(zhí)徑18mm，孔闆直徑(jìng)10.3mm;量程30～400m3/d對應流(liú)量計的流道(dào)尺寸爲:流道(dao)直徑20mm，孔闆直(zhi)徑15mm。
1.4差壓傳感(gǎn)器的優選與(yu)保護
　　差壓傳(chuán)感器的選型(xing)原則:流量測(cè)量通道壓差(chà)損失小，滿足(zú)配⭐注器的結(jié)構尺寸要求(qiu)，測量精度高(gao)以及耐高溫(wēn)高壓。選擇的(de)差壓🐅傳感器(qi)性能參數如(ru)下:差壓0～0.2MPa、精度(du)0.1%、耐溫－40℃～125℃、外形尺(chǐ)寸19mm×35mm。
　　選用該差(chà)壓傳感器，承(chéng)受的絕對壓(yā)力可以滿足(zu)設♻️計要求，傳(chuán)感器綜合精(jing)度爲0．1%，流量分(fèn)辨率較高、可(kě)區分0．5m3，40m3的👅水流(liú)沖擊爲0.19MPa(＜0.2MPa)，不易(yì)損壞。
　　差壓傳(chuan)感器承受的(de)壓差不能超(chao)過工作壓差(chà)的3倍📧，爲防💘止(zhi)高壓差或尖(jian)峰壓力脈沖(chong)對傳感器的(de)損壞，設計🚩了(le)單向閥和波(bō)紋管保護組(zǔ)件，與流量計(ji)共同夠成流(liu)量計短節，如(ru)圖❓9所示。其中(zhong)單向閥保護(hu)組件主要是(shi)用來防止長(zhang)🐅時間的高壓(ya)差對傳💰感器(qi)造成📧損害;波(bo)紋管保護組(zu)件采🛀用低剛(gang)度金屬片，迅(xun)速做出緩沖(chong)壓力較大的(de)脈沖，主要是(shì)用來吸收快(kuai)速的尖峰壓(ya)力脈沖，防🈲止(zhi)尖峰✔️壓力脈(mo)沖損壞。單向(xiang)閥與🐉波🌈紋管(guan)相輔相成可(kě)⭐以有效地保(bǎo)護傳感器不(bú)被損壞。

2室(shì)内與現場試(shì)驗
2.1室内試驗(yan)
　　在室溫25℃，流量(liang)0～300m3/d對流量計進(jin)行标定，标準(zhǔn)流量計的量(liang)程範圍1.5～450m3/d，精度(dù)0.1%。在圖10所示的(de)流量計标定(dìng)實驗平台上(shàng)，分别進行正(zhèng)行㊙️程和㊙️反行(hang)🐕程流量測試(shi)，流量标定數(shu)據見表1。
　　試驗(yàn)結論:試驗流(liu)量最小爲2.6m3/d，最(zuì)大爲286.1m3/d，流量标(biao)定最大誤差(cha)正行程爲3.9%，反(fǎn)行程爲3.7%，流量(liang)與壓力計數(shu)呈抛物線關(guān)系。将🔴正行程(chéng)和🐅反行程的(de)測量數據進(jin)行拟合，拟合(hé)結🈲果如圖11所(suo)示，曲線基本(běn)重合，誤差很(hen)小，說明流量(liàng)計重複性高(gāo)。



2.2現場(chǎng)試驗
　　該井上(shang)層配注30m3/d，下層(ceng)配注20m3/d，井下小(xiǎo)型孔闆流量(liang)計測量值在(zài)多功能配注(zhù)裝置上顯示(shi)上層注水量(liàng)32.3m3/d，下層注水量(liàng)19.4m3/d，地面水🆚表顯(xian)示50m3/d。爲驗證分(fèn)層流量調配(pèi)結果是否準(zhun)确進行了超(chāo)聲🌐波流量計(ji)測試🥰驗證，分(fèn)層水量調配(pèi)結果、超聲波(bo)流量計測試(shì)驗證結♋果與(yu)地面💃🏻水表計(jì)量結果3個參(cān)數吻合度達(dá)到95%以上。
　　該井(jǐng)現場試驗9個(ge)月以來，不斷(duan)跟蹤現場實(shí)時測試☎️情🏃‍♂️況(kuang)，超聲波流量(liang)計分層測試(shi)驗證結果顯(xiǎn)示:井下小型(xíng)孔闆流量計(ji)測⚽量值在多(duo)功能配注裝(zhuang)置上顯㊙️示的(de)測試誤差⛹🏻‍♀️仍(reng)小于3%。目前已(yi)🏃🏻‍♂️開展現場試(shì)驗6口井，測試(shì)誤差均小于(yú)5%，現場試驗效(xiao)果良好。
3結論(lùn)
(1)小型孔闆流(liu)量計結構簡(jian)單、無運動部(bù)件，安裝于配(pei)注裝置内，與(yǔ)配注裝置在(zai)井下長期使(shi)用，進行井下(xià)分層注水量(liang)的👅自動監測(ce)。
(2)試驗結果顯(xiǎn)示，小型孔闆(pǎn)流量計測量(liang)值較爲準确(que)，計量誤🚶差小(xiǎo)于5%。
(3)單向閥和(hé)波紋管保護(hù)組件有效防(fang)止高壓差或(huò)尖峰壓力脈(mò)沖對傳感器(qì)的損壞，提高(gao)了流量計的(de)工作可靠性(xing)。

以上内容來(lai)源于網絡，如(rú)有侵權請聯(lian)系即删除!