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渦輪流量計(jì)的計(jì)量原理和影響因素

閱讀:3131      發(fā)布時(shí)間:2016-1-7
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溫度對(duì)渦輪流量計(jì)井下計(jì)量參數(shù)的影響油田生產(chǎn)井各種生產(chǎn)參數(shù)計(jì)量是生產(chǎn)管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。在油田生產(chǎn)參數(shù)的計(jì)量檢測(cè)中,我們注意到溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量比較容易實(shí)現(xiàn),流量的測(cè)量zui為復(fù)雜,是一個(gè)較難測(cè)量的參數(shù)。
渦輪流量計(jì)是檢測(cè)流體(液體、氣體)流量的儀器之一。由于油氣井產(chǎn)層流體的流量參數(shù)受流體本身的溫度、黏度、密度等的影響,而且生產(chǎn)井井下實(shí)際情況又十分復(fù)雜,在測(cè)量過(guò)程中往往出現(xiàn)井口量油與井下在線(xiàn)計(jì)量不一致的情況,給生產(chǎn)和管理帶來(lái)了麻煩[1]。本文主要研究了不同溫度對(duì)渦輪響應(yīng)值——K值的影響,進(jìn)而在趨勢(shì)校正上減小井口計(jì)量與井下在線(xiàn)計(jì)量的偏差,為工程技術(shù)人員提供了一種還原數(shù)據(jù)、校正誤差的方法和手段。
一、渦輪流量計(jì)的計(jì)量原理和影響因素
1.基本原理
渦輪流量計(jì)是一種以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的速度式儀表。當(dāng)流體沖擊渦輪葉片時(shí),渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化,進(jìn)而依據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值。計(jì)量?jī)x表的計(jì)量是通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換裝置(或機(jī)械輸出裝置)將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖,送入二次儀表進(jìn)行計(jì)算和顯示,由單位時(shí)間電脈沖數(shù)和累計(jì)電脈沖數(shù)反映出瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。
2.影響因素
渦輪流量計(jì)的理想特性曲線(xiàn)僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),與流量變化無(wú)關(guān),儀表系數(shù)K(響應(yīng)值)為一常數(shù),而實(shí)際曲線(xiàn)并非如此。對(duì)于實(shí)際的渦輪流量計(jì),在啟動(dòng)時(shí)渦輪首先要克服軸承的靜摩擦力而后才能轉(zhuǎn)動(dòng)[2]。我們將渦輪克服靜摩擦力矩所需的zui小流量值稱(chēng)為該渦輪的始動(dòng)流量值。當(dāng)通過(guò)流量計(jì)的流量小于始動(dòng)流量值時(shí),渦輪不轉(zhuǎn)動(dòng),也無(wú)信號(hào)輸出;當(dāng)流量大于始動(dòng)流量值以后,隨著流量的增加,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度也將增大。以后,在測(cè)量范圍內(nèi),流體產(chǎn)生的阻力矩將成為影響流量計(jì)特性的主要因素,相對(duì)來(lái)說(shuō),由軸承間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械阻力矩就比較小了。流體產(chǎn)生的阻力矩對(duì)渦輪的影響又分為如下兩種情況:一是當(dāng)流體以較低速度流經(jīng)渦輪時(shí),儀表常數(shù)是隨被測(cè)流體的流量和運(yùn)動(dòng)黏度變化而變化的。二是當(dāng)流體以較高速度流經(jīng)渦輪時(shí),儀表常數(shù)只與儀表本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),與流量無(wú)關(guān)。只有在這種狀態(tài)時(shí),儀表常數(shù)才真正表示了常數(shù)的性質(zhì)。渦輪流量計(jì)的流量范圍就是根據(jù)這一區(qū)間來(lái)確定的[3,4]。
二、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一:渦輪在水中不同溫度下的響應(yīng)
在單相流的條件下,渦輪的轉(zhuǎn)速和流經(jīng)它的體積流量成一單值線(xiàn)性函數(shù);在油水兩相流條件下,只要流量超過(guò)始動(dòng)流量,在允許的誤差范圍內(nèi),渦輪的響應(yīng)和體積流量也成線(xiàn)性函數(shù)。不同溫度下,用水標(biāo)定渦輪的響應(yīng)值K值的情況(表1)。由表1的兩組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),在同*量下,由于水溫度的增加,渦輪的K(K=F/Q)值相對(duì)減小。
2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二:渦輪在油中不同溫度下的響應(yīng)
不同溫度下,標(biāo)定渦輪對(duì)油流量的響應(yīng)數(shù)值,
根據(jù)表2數(shù)據(jù)得出油對(duì)K值的響應(yīng)特性關(guān)系式。其中冷油(16℃)對(duì)K值的響應(yīng)特性為:
F=119.7Q-46.383
熱油(60℃)對(duì)K值的響應(yīng)特性為:F=107.04-20.484
三、簡(jiǎn)單的結(jié)論
(1)渦輪在同樣響應(yīng)頻率的情況下,針對(duì)溫度對(duì)頻率響應(yīng)影響特性,通過(guò)文中實(shí)驗(yàn)和圖版,我們得到一個(gè)臨界頻率,即:當(dāng)頻率F=F1,F(xiàn)1>143時(shí),冷油中的渦輪流速較??;當(dāng)頻率F=F1,F(xiàn)<143時(shí),熱油中的渦輪流速較大。
(2)溫度參數(shù)對(duì)渦輪K值有很大影響,往往使渦輪頻率產(chǎn)生響應(yīng)誤差,影響生產(chǎn)井在線(xiàn)計(jì)量的精度,應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)校正。
(3)渦流流量計(jì)的渦輪和軸承如選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料,則可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用,并解決了地下溫度過(guò)高造成測(cè)量誤差過(guò)大的問(wèn)題;同時(shí),應(yīng)注意對(duì)其儀表系數(shù)進(jìn)行修正。
(4)在今后的工作過(guò)程中,應(yīng)通過(guò)大量實(shí)際數(shù)據(jù)的測(cè)量統(tǒng)計(jì)和分析,建立不同溫度下兩相流頻率的響應(yīng)圖版,以便于工程技術(shù)人員根據(jù)不同井況進(jìn)行相應(yīng)的流量校正。 

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