苏州华陆仪器仪表有限公司
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稀释剂流量计具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计，广泛用于测量封闭管道中与不锈钢1Cr18Ni9Ti、2Cr13及刚玉Al2O3、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质，稀释剂流量计工作温度下运动粘度小于5×10-6m2/s的液体，对于运动粘度大于5×10-6m2/s的液体，可对流量计进行实液标定后使用。
稀释剂流量计
涡轮流量计是吸取了国内外流量仪表*技术经过优化设计，具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计，广泛用于测量封闭管道中与不锈钢1Cr18Ni9Ti、2Cr13及刚玉Al2O3、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质，工作温度下运动粘度小于5×10-6m2/s的液体，对于运动粘度大于5×10-6m2/s的液体，可对流量计进行实液标定后使用，若与具有特殊功能的显示仪表配套，还可以进行定量控制、超量报警等，是流量计量和节能的理想仪表。
工作原理：
图所示为涡轮流量传感结构简图，由图可见，当被测流体流 过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道 平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值，检测线图中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示，涡轮流量计的流量方程可分为两种：实用流量方程和理论流量方程。
实用流量方程 qv=f/k 公式1 qm=qvp 公式2
式中qv,qm……分别为体积流量，m3/s；质量流量，kg/s
f……流量计输出信号的频率Hz；K……流量计的仪表系数，P/m3
结构：
涡轮流量计主体、前支撑、涡轮、前置放大器、后支撑、导流器、轴承等组成，前置放大器内设置有磁铁，感应线圈和放大单元，当被测流体经过流量计时，推动涡轮旋转，涡轮周期性地改变磁路的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生周期性变化，从而在线圈内感应出脉动电信号，经放大和处理后传送至二次仪表，或就地现场显示，以实现流量积算。
产品特点：
1.高**度，一般可达±1%R、±0.5%R，高精度型可达±0.2%R；
2.重复性好，短期重复性可达0.05%~0.2%；
3.就地显示，瞬时流量和累积流量；
4.输出脉冲频率信号，4-20mA，485通讯
5.可获得很高的频率信号，信号分辨力强；
6.范围度宽，中大口径可达1：20，小口径为1：10；
7.结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大；
8.适用高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表；
9.专用型传感器类型多，可根据用户特殊需要设计为各类专用型传感器；
10.可制成插入型，适用于大口径测量，压力损失小，价格低，可不断流取出，安装维护方便。
技术参数：
流量范围：
安装注意事项：
1.安装场所
传感器应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所，涡轮流量计的典型安装管路系统如图所示，图中各部分的配置可视被测对象情况而定，并不一定全部都需要。涡轮流量计对管道内流速分布畸变及旋转流是敏感的，进入传感器应为充分发展管流，因此要根据传感器上游侧阻流件类型配备必要的直管段或流动调整器，如表所示。若上游侧阻流件情况不明确，一般推荐上游直管段长度不小于20D，下游直管段长度不小于5D，如安装空间不能 满足上述要求，可在阻流件与传感器之间安装流调整器，涡轮流量计传感器安装在室外时，应有避直射阳光和防雨淋的措施。
2.连接管道的安装要求
水平安装的传感器要求管道不应有目测可觉察的倾斜（一般在5°以内），垂直安装的传感器管道垂直度偏差亦应小于5°，垂直安装时流件方向必须向上。需连续运行不能停流的场所，应装旁通管和可靠的截止阀（见图），测量时要确保旁通管无泄漏，在新铺设管道装传感器的位置先接入一段短管代替传感器，待：“扫线"工作完毕确认管道内清扫干净后，再正式接入传感器。由于忽视此项工作，扫线损坏传感器屡见不鲜。
若流体含杂质，则应在传感器上游侧装过滤器，对于不能停流的，应并联安装两套过滤器轮流**杂质，或选用自动清洗型过滤器，若被测液体含有气体，则应在传感器上游侧装消气器。过滤器和消气器的排污口和消气口要通向安全的场所。若传感器安装位置位于管线的低点，为防止流体中杂质沉淀滞留，应在其后的管线装排放阀，定期排放沉淀杂质。
气相介入对伞集流涡轮流量计及阻抗含水率计响应影响：
针对油气水三相流条件下产液剖面测井问题, 在大庆油田多相流模拟实验装置上进行三相流条件下阻抗式含水率计的响应规律实验, 考察气相介入对伞集流涡轮流量计及阻抗式含水率计流量和含水率测量的影响, 得到油气水三相流情况下涡流流量计及阻抗含水率传感器的响应特性。实验结果表明, 气相介入对伞集流涡轮流量计及阻抗含水率计测量液相流量和含水率有较大影响, 使流量测量值偏高, 含水率测量值偏低;液相流量越低, 二者测量值误差越大。给出了2口井现场测井实例, 为现场测井工程师在生产测井中产气井的测试提供借鉴。为进一步提高油气水三相流条件下的产出剖面测井质量提出了建议。大庆油田目前处于高含水开发期, 油井中油气水三相流现象普遍。对于油水两相来说, 已有成熟的产液剖面的测量技术, 阻抗式产液剖面测井仪已在产液剖面测井中广泛应用, 并获得了良好的效果。该仪器在水为连续相的高含水油水两相流产出剖面测量中, 能准确测量流量及含水率, 具有很好的重复性、一致性, 能提供可靠的产液信息。对于油气水三相流, 由于气液之间密度差异大, 气泡的表面张力大等因素的影响, 导致气液混合不均匀, 油气水三相流体的流型、流态复杂, 对产液剖面测井仪器的测量结果造成了复杂的影响, 对产液情况的准确了解造成了困难。大庆油田测试技术服务分公司早期采用集流式流量计和放射性密度计组合测量三相流。金宁德等基于伞集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合仪在油气水三相流模拟实验装置中的动态试验结果, 建立了三相流涡轮流量计统计测量模型。近年来, 陆续研发了光纤持气率计、低产液三相流测井仪等新方法和仪器。光纤持气率计通过测量三相总流量、持水率和持气率, 结合温度、压力, 采用解释模型获得油气水的分相流量。低产液三相流测井仪受流量和含水率测量范围的影响只能在流量较低的低产液井中部分应用。这些工作并没有研究气体对两相流测井仪器的定量影响。
本文在大庆油田多相流模拟实验装置上采用阻抗式含水率计在油气水三相流条件下进行室内动态实验, 得到油气水三相流情况下华陆品牌涡流流量计及阻抗含水率传感器的响应特性, 定量分析评价了气相对流量和含水率测量的影响, 并结合现场测井实例, 为现场测井工程师在生产测井中产气井测试提供借鉴。
1 实验条件及实验方案
实验在大庆油田多相流实验室油气水三相流模拟井中进行。透明有机玻璃井筒内径为125 mm, 实验介质为自来水、柴油和压缩空气。实验仪器采用阻抗式产液剖面测井仪。仪器自下向上依次为伞式集流器、HLLWGY-15-B涡轮流量计和阻抗式含水率传感器, 涡轮流量计及阻抗传感器内径为19 mm。伞式集流器具有16根金属伞筋, 伞布采用高强度薄织料, 集流伞撑开后能够将内径为125mm的井筒密封, 使待测的油气水混合流体被集流伞集流后从集流伞下方的进液口流入测量通道。阻抗式含水率传感器和涡轮流量计依次安装在集流伞上部, 油气水混合流体流经涡轮流量计测量流量, 再流经阻抗式含水率传感器测量含水率, 然后由出液口流回到井筒。
根据仪器的工作原理及仪器结构等条件, 实验时气体流量设置分别为0、1、3、5m3/d;油水液相流量范围为3~60m3/d, 流量调节分别为3、5、10、20、40、60m3/d, 含水率调节范围50%~100。实验中, 先固定某一气体流量, 待气体流量稳定后调节油水两相含水率, 流动稳定后, 进行测量。
2 多相流模拟井中的实验及分析
2.1 气体对涡轮流量计流量测量的影响
为考察气体对涡轮流量计流量测量的影响, 在油气水三相流中不同气相流量下对涡轮流量计进行了动态实验标定。实验时添加的气体流量分别为1、3、5m3/d, 油水液相流量范围3~60 m3/d, 含水率调节范围50%~100。
图1气体流量分别为1、3、5m3/d时标定的涡轮流量计在油气水三相流中的响应图版。液相含水率从100逐渐递减变化到50%, 便于对比增加了清水中标定的涡轮曲线, 即气体流量为0m3/d时的涡轮曲线。
(1) 当加入气体流量1 m3/d时, 液相流量在10m3/d以上时, 涡轮响应与液相流量呈线性关系;由于加入的气体较少, 涡轮响应频率略高于没有加入气体时清水中涡轮的响应;但在液相流量10m3/d以下时, 随持气率增加, 涡轮响应明显高于清水中的涡轮响应, 测量流量明显高于标准流量, 产生了较大测量误差[见图1 (a) ]。
(2) 当加入气体流量3m3/d时, 涡轮响应频率明显高于没有加入气体时清水中涡轮的响应频率。当加入气体后, 涡轮在低液量和高液量时有不同的规律, 在液相流量高于10m3/d时, 涡轮响应与液相流量呈线性关系。而在低液量下 (液相流量10m3/d以下) , 华陆品牌涡轮响应与液相流量呈非线性关系。此时, 涡轮响应远远高于相对应的液相流量, 随液相流量增加, 涡轮响应增加缓慢, 几乎呈一个平的台阶, 涡轮对液相流量失去了分辨能力, 说明涡轮流量计在产气情况下测量低液相流量时会有较大误差[见图1 (b) ]。
利用清水中涡轮的刻度方程计算加入不同气体流量后涡轮响应频率所对应的流量, 即为加入气体后的测量流量, 与标准流量之比得到相对误差。计算结果表明, 气体对液相流量的测量产生了较大的误差, 只有流量较高、气量较低的测点相对误差在10%以内, 其他测点的相对误差均大于10%。尤其在液相流量较低、持气率较高时, 受气相影响尤为严重。液相流量5 m3/d时相对测量误差大可达135%, 液相流量3m3/d时相对测量误差大可达300。因此, 现场测井时液相流量越低, 持气率越大, 气体对流量产生的测量误差越大。
2.2 气体对阻抗含水率计含水率测量的影响
为考察气体对阻抗式含水率计含水率测量的影响, 在油气水三相流中不同气相流量下对阻抗含水率计进行了动态实验标定。实验时气体流量分别为1、3、5m3/d, 油水液相流量范围为3~40 m3/d, 含水率调节范围50%~100。图2为加入气体流量1、3、5m3/d时标定的阻抗含水率计在油气水三相流中的响应图版。
(1) 加入气体流量1m3/d, 当液相流量较高时仪器含水率响应略低于未加入气体时的含水率响应, 受气体影响小;但在液相流量较低 (10 m3/d以下) 、含水率较高 (80%) 时, 含水率响应明显降低, 测量含水偏低, 受气体影响严重, 产生了较大的测量误差[见图2 (a) ]。
(2) 加入气体流量3、5m3/d时, 与未加入气体的含水率图版对比, 加入气体后相对应的含水率响应明显降低, 测量的含水率明显低于标准含水率。气流量5 m3/d的含水率响应明显低于气流量3m3/d时的含水率响应。尤其是在低流量、高含水时, 气体对含水率测量影响尤为严重, 液相流量越低含水率响应偏差越大;气体流量越高, 含水率测量偏差越大[见图2 (b) 、 (c) ]。
计算加入气体后的含水率测量误差, 误差计算结果表明, 加入气体后含水率测量误差较大, 液相流量越低含水率测量误差越大, 大测量误差达到30%。根据阻抗式含水率计的测量原理, 含水率传感器测量油水混合相电导率与其中纯水相电导率之比确定含水率。由于气相为非导电相, 当加入一定量气体时, 待测流体的混合电导率降低, 测量含水率降低;液相流量越低, 气体所占比例越大, 测量含水率误差越大。
4 结论及建议
(1) 产气井中使用两相流仪器测量流量普遍偏高, 气体对流量测量产生的相对误差普遍大于10%;液相流量较低时, 受气相影响尤为严重, 液相流量5m3/d时相对测量误差大可达135%。在现场测井液相流量越低, 持气率越大时, 气体对流量产生的测量误差越大。
(2) 产气井中测量含水率普遍偏低, 气体对含水率测量产生了较大的测量误差, 液相流量越低, 持气率越大时, 含水率测量误差越大, 大测量误差达到30%。
(3) 为进一步提高油气水三相流条件下的产出剖面测井质量, 开发安全、环保、可靠的三相流测井技术是当务之急。一方面研究基于光纤持气率计、华陆品牌涡轮流量计及阻抗含水率计多传感器组合的测量方法和解释方法;另一方面研究气相分流的工艺, 将三相流问题简化为两相流问题, 采用两相流的技术解决问题。
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