摘要(yao):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(shuǐ)兩相流實驗,總(zǒng)結出傘集流過(guo)環空渦輪流量(liang)計 在氣1水兩相(xiàng)流下的響應規(gui)律。在氣/水兩相(xiang)流條件下,渦輪(lun)在低⚽流量和高(gāo)流量時有不同(tong)的規律,在水流(liu)量爲10m³/d以♻️上，保持(chí)氣量不變,渦輪(lun)響應與水流量(liang)呈線性關系,并(bing)且🍉随着氣量的(de)增👅加，渦輪響應(yīng)與水流量關系(xì)直🚩線的斜率(即(jí)渦輪K值)增加。在(zai)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(dà),水流量10m³/d以上時(shi),随着流量增大(dà),波動越來越小(xiao)。.
0引言
　　渦輪流量(liàng)計是一類非常(cháng)重要的流量測(cè)量儀表,因其精(jing)度高重♉複性好(hǎo)量程範圍寬體(tǐ)積小輸出脈沖(chong)信号等優🚩點,而(ér)📐廣泛❄️應用于天(tian)然氣計量油品(pǐn)正确計量和貿(mao)易工業生産過(guò)程監控測量等(děng)領域[1。渦輪流量(liàng)計也是生産測(cè)井産出剖面流(liu)量測量的主要(yào)方法。目前大慶(qìng)油田和國㊙️内多(duō)數陸相沉積油(you)田的㊙️生産井普(pu)遍存在脫氣現(xian)象,造成油氣水(shui)三相🌐流動,産出(chu)剖面測井中三(san)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(qi)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(xiang)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(shi)。金甯德等[3]基于(yu)傘集流渦輪流(liú)量計⛱️與放射性(xing)密度.持水率計(jì)組合儀在油氣(qì)⛷️水三相流流動(dòng)環中的動态試(shi)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(jǐng)中測🔱量油氣水(shui)三相流進行了(le)實驗研究結果(guo)。雖然如此,三相(xiàng)⚽流測量需要進(jìn)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(liú)量計在☁️氣/水兩(liang)相流條件下進(jìn)行實驗,發現了(le)集流式渦輪流(liu)量計在氣/水兩(liǎng)相流條件下新(xin)的性應規律,爲(wèi)三相流測量提(ti)供借鑒。
1實驗條(tiao)件及準備[5]
　　實驗(yan)是在大慶油田(tián)的多相流模拟(ni)實驗室24m筒進行(háng)🏃‍♂️的，透明的有機(ji)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(kong)制和計量。實驗(yàn)儀器爲渦輪流(liú)量🈲計,采用傘式(shì)集流器集流,集(ji)流傘爲16根金屬(shǔ)傘筋,傘布💚采用(yong)高強度薄織料(liao),質♌密不透氣，密(mì)封效果好,如☂️圖(tu)1所示
 
　　集流後,井(jing)眼内所有流體(tǐ)進入集流器内(nèi)的進液口，經過(guò)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(tong)道内.的流速提(ti)高幾十倍,降低(dī)渦輪的啓動排(pai)量;還可以使🙇🏻氣(qi)/水混合均勻,減(jian)少流态對流量(liàng)和含水率測量(liàng)的影響。在與流(liu)量計相同高度(dù)的井筒上安置(zhì)了溫度和壓力(li)傳感🈲器以進行(háng)對氣相的流量(liàng)進行PVT校正。實驗(yàn)中所采用測井(jing)儀器的流量測(cè)量範圍爲:2m³/d~80m³/d,測量(liang)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(dìng)某一氣體流量(liang),待氣體流量穩(wěn)定後✏️,按流量遞(di)減的📱順序調節(jiē)水流量。流量⛱️穩(wěn)定後,利用油井(jǐng)綜合參數測試(shi)儀記錄渦輪轉(zhuan)數,給儀器供電(diàn)+42V,電流60mA。重💞複測量(liang)時也是按流量(liang)遞減♌的順序測(cè)量。記錄渦輪的(de)轉速,每一水流(liú)量都調節完畢(bì)後,按遞增的順(shùn)序調節下一氣(qì)體流🈲量。對所獲(huo)取的數據進行(hang)處理🤟和分析。
2實(shí)驗結果[67]
2.1渦輪在(zài)純水中的響應(yīng).
　　實驗過程中,初(chū)始水流量爲80m³/d,待(dai)流量穩定後記(ji)錄渦輪轉數,之(zhī)後按10m³/d的流量遞(dì)減,測量每一流(liu)量點的渦輪轉(zhuǎn)數。實驗中共對(dui)兩支儀器進行(hang)了實驗,兩支渦(wō)輪流量計在水(shuǐ)中響應特性一(yi)緻。給出了其中(zhong)一支渦輪流量(liàng)計在純水中的(de)渦輪🌐響應的實(shí)💛驗結果,如圖2所(suǒ)示。圖2中橫坐标(biao)爲水流量,縱軸(zhou)爲渦輪轉數。
 
　　實驗結果(guǒ)表明，,在純水中(zhōng)，渦輪流量計儀(yí)器響應與流量(liàng)有🆚很好的線性(xing)關系，重複性好(hao),規律一緻。拟合(he)得到渦輪轉速(sù)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(pái)量爲2.5m³/d,2#儀器的㊙️啓(qi)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(shi)驗考察流量計(ji)對單相氣(幹氣(qi))的響應規律。當(dāng)井筒中🐅無底水(shuǐ),流體爲單相氣(qì),分别按照流量(liàng)增加和遞減方(fāng)向調節氣相流(liu)量,流量計在氣(qi)中的響應規律(lü)如圖3所示。由圖(tú)3可知,渦輪響應(yīng)與氣相流量近(jìn)似呈線性規律(lǜ),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(lun)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(jiē)時,對應于同樣(yang)流量時的渦輪(lún)轉速要大于按(àn)遞增方向上的(de)轉速。啓動流量(liang)強烈地依賴于(yú)流量遞增或遞(di)減,按流量遞增(zeng)調節氣流量時(shi),啓動流量爲40m³/d.而(ér)按氣量遞減調(diao)節,則♊截止流量(liàng)爲7m³/d,這是由于渦(wo)輪的慣性所緻(zhi)。本實驗中📞,氣相(xiàng)流量最大達到(dao)了150m³/d。
2)靜水中純氣(qì)(井筒中充滿靜(jing)水)
　　本實驗考察(cha)流量計在井筒(tong)内有底水情況(kuang)下對氣相💚.流量(liang)🔴的🙇🏻響應規律。将(jiāng)流量計置于充(chōng)滿靜水井筒中(zhōng)，增加氣✨相的流(liú)量,記錄渦輪的(de)轉速。初始氣流(liú)量爲60m³/d,每次😄流量(liang)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(zhong)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(zhong)一支渦輪流量(liàng)計的響應曲線(xiàn),如⁉️圖4所示。由圖(tú)4可知,渦輪響應(yīng)在靜水中與氣(qì)體流量呈非😄線(xiàn)性關系。當氣相(xiàng)流量低于20m³/d時,渦(wo)輪轉速高于相(xiang)同水流量時的(de)轉速,表明💯此時(shi)渦輪對氣更敏(min)感;而當氣體流(liú)量大于20m³/d時🏃‍♀️,渦輪(lún)轉速小于在相(xiàng)同流量時水🔴中(zhong)的轉速,表明此(cǐ)時渦輪對水更(geng)敏感。繼續增加(jia)氣相的流量,渦(wō)輪響應逐漸趨(qū)向于線性。
 
　　在井筒内充滿(mǎn)靜水的條件下(xià),兩支流量計在(zai)氣流🙇🏻量爲㊙️2.5m³/d即啓(qi)🔴動,渦輪的啓動(dong)排量與純水類(lèi)似,啓動流量遠(yuan)遠低于單相氣(qì)的情況。其原因(yīn)可能是單相氣(qi)時,在較低的流(liú)速下，氣在經過(guo)渦輪時,由于氣(qi)時可㊙️壓縮的，，氣(qì)更容易繞過渦(wo)輪而從葉片與(yǔ)外殼之間的縫(feng)隙流過,僅有一(yī)部分氣推動渦(wō)輪葉片旋轉;而(ér)㊙️存在底水的情(qíng)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(yu)液相的水具有(yǒu)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(lún)旋轉,因☂️此啓動(dòng)流量低于幹氣(qì)💃🏻的情況。
2.3渦輪在(zai)氣/水兩相流中(zhong)的響應
　　本實驗(yan)考察流量計在(zai)動水中(水相流(liu)量不爲零)對氣(qì)相流量的響應(yīng)規律。實驗中，氣(qì)體流量依次保(bao)持🈲爲.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對‼️于每一(yī)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(ding)♻️後記錄🐇渦輪轉(zhuǎn)🍓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(lun)在低液❌量和高(gao)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(lun)響應與水流量(liàng)呈線性關系,但(dàn)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(yu)10m³/d時,渦輪響應與(yǔ)水相流量呈非(fēi)線性關系。此時(shí),随着水流量的(de)增加，渦輪響應(ying)🈲也增加,但較純(chun)☀️水時的響;應增(zēng)加緩慢,而且随(suí)着氣量的增加(jiā),渦輪響應對液(yè)相的敏感性越(yuè)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(ming)渦輪流♋量計在(zai)高氣相流量時(shí)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(liu)量關系直線的(de)斜率(即K值),然後(hou)做出氣流量與(yǔ)K值的關系圖版(ban)如圖6所示5随着(zhe)氣相流量的增(zēng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼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(duo)相流實驗裝置(zhì)進行✊氣/水兩🏃🏻相(xiàng)流實驗，發現流(liú)量計具有如下(xia)響應規律:
1)當水(shuǐ)流量爲10m³/d以上,保(bao)持氣量不變,渦(wo)輪響應與水相(xiang)流😘量🈲呈💘線🔴性關(guān)系,而且随着氣(qì)量的增加,渦輪(lún)響應與水流量(liang)關系🧡直線的斜(xie)率(即渦輪K值)明(ming)顯增加。
2)在低液(yè)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(dan)較純水中的響(xiǎng)應增加緩慢.而(ér)且随着氣量的(de)增加,渦輪響應(yīng)對液相流量敏(min)感性變🐇差。當氣(qì)相流量🔆充分高(gao)時,響應曲線幾(ji)🥰乎呈一平的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼台(tai)階,此時渦輪對(dui)液相流量失♍去(qu)了分辨能力,表(biǎo)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(jing)的液相流量。
3)在(zài)井筒存在底水(shui)的情況下,集流(liú)式渦輪流量計(jì)對氣相的啓動(dòng)流量大大低于(yú)無底水(幹氣)時(shi)的啓動🌈流量🌂。

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