;                  
                   
        首   页│  公司簡介  産品中心  質量體系  銷售網絡  聯系凯发k8国际娱乐在线
 
  溫度儀表系列
  壓力儀表系列
  流量儀表系列
  校驗儀表系列
  顯示儀表系列
  變送器儀表系列
  電線電纜系列
 
  電磁流量計的工作原理
  氧化锆氧傳感器的原理及應用
  有害氣體檢測報警儀選用原則
  我國計量用儀器儀表的發展和現狀
  國內儀器儀表行業將發生高科....
  西安交大研制出超高溫沖擊壓....
  采用半導體精密溫度傳感......
  智能溫度傳感器的發展趨勢
  簡述幾種氣體檢測傳感器.....
  利用傳感器技術制造智能服裝
  新型傳感器監控魚群數量
   
 
聯系方式
  电话(市场部):0517-86851868  
      0517-86882048
      0517-86881908
   (拓展部):0517-86882683
     傳真:0517-86851869
  节假日商务联系电话:
  何经理:13655238295
  刘经理:15861721324
  邮编:211600
 網址:/
    http://www.sukeyb.com/
 E-mail:china-suke@163.com
     sukeyb@163.com
 地址:江蘇省金湖縣工業園區環城西
 路269號
 您现在的位置 > 首頁 > 行業新聞 > 采油井井下渦街流量計的研制與試驗
     

采油井井下渦街流量計的研制與試驗
发布时间:2021-3-11 08:32:15

摘要:針對油井分層監測與開采過程中的井下充分混合的油水兩相介質流量測量問題 ,研制了一種基于卡門渦街原理的采油井井下渦街流量計。搭建了地面測試系統對其工作性能進行試驗 ,首先利用清水介質對流量計進行標定 ,然後探究流量計在充分混合的油水兩相介質中的測量精度。試驗研究發現 ,渦街流量計在充分混合的油水兩相介質中的流量測量值略低于實際流量;在相同流量下 ,降低兩相介質的含水率會導致渦街流量計的旋涡脱落频率降低;此外 ,大流量工作状态下 ,环境振动对测量结果的影响被减弱。与采油井井下流量的测试需求相对照 ,研制的渦街流量計能够在清水标定、不需额外修正的情况下 ,完成采油井井下充分混合的油水两相介质的流量测量。
引言
  我國大慶、勝利、渤海等主力油田經過多年開發後 ,綜合含水率逐年上升 ,油水關系進一步複雜 ,層間幹擾現象嚴重 ,層間動用不均衡。油井分層開采一方面可降低産液綜合含水率 ,提高原油産量;另一方面還可有效保持油層均衡開采 ,提高原油采收率。因此 ,一套適用于采油井井下的流量測試技術 ,可以實現各油層産量的准確監測 ,爲産層可控生産提供數據支持。雖然電磁、超聲等流量計已經在各個工業領域得到大規模應用 ,但在充分混合的油水兩相介質的流量測試中 ,往往因油汙大、被測介質組分複雜、井下工況複雜等因素 ,導致測量結果及精度出現較大偏差。渦街流量測量作爲一種介質適應性好、結構簡單、操作方便的流量測量技術 ,已在油田注水井測試等涉及流量監測的工藝領域得到了成功應用。
  本文將首先設計研制一種適合采油井井下狹小空間安裝的智能渦街流量計 ,并针对采油井中充分混合的油水两相介质进行地面模拟试验 ,获得油水介质含水率对采油井井下渦街流量計测量特性的影响规律。
1渦街流量計测量原理
  如圖1所示 ,在被測流體中垂直插入一個非流線型截面的旋渦發生體 ,流體的流動狀態受其影響並在下遊産生一系列旋渦。當兩排旋渦之間的間距h與同排中兩相鄰旋渦的間距l之比滿足h/l=0.281時 ,可以得到穩定且交替排列的旋渦。將旋渦分離頻率f定義爲單位時間從旋渦發生體下遊分離的旋渦數目 ,理論和試驗研究均已證明 ,旋渦分離頻率與流體速度v成正比 ,且與旋渦發生體迎流面的寬度d成反比 ,即:
f=SrAv/d(1)
  式中 ,f爲旋渦脫落頻率 ,Hz;Sr爲斯特勞哈爾數(無量綱);A爲流道尺寸系數;v爲旋渦發生體兩側的流速 ,m/s;d爲旋渦發生體迎流面的寬度 ,m。
  一旦旋渦發生體和流道的幾何尺寸確定 ,旋渦脫落頻率即與流體流速構成簡單的正比關系 ,因此通過檢測旋渦的脫落頻率便可測得流速 ,並以此獲得流體的流量。
卡门渦街流量計工作原理图示
2井下渦街流量計整体结构
  本文研制的渦街流量計主要用于集成在油井智能配产器中 ,智能配产器外径114mm、内通径46mm ,内部集成有流量计、含水率测量、电控可调阀嘴、载波通信等 ? ,且所有 ?榫荒馨沧霸谥悄芘洳飨列〉幕沸慰占淠。当智能配产器随油管下入指定的油层后 ,其将测得的各油层产液量、含水率通过载波通信 ?楹偷缋麓渲恋孛 ,生产人员遵循“减小高含水层产液量 ,增加低含水层产液量”的基本原则对各油层的产出液流量进行调控 ,非常终实现油井增油控水的目的;跍u街流量計的测量原理与安装空间要求 ,本文研制的渦街流量計如图2所示。渦街流量計主要由流量计主体、旋涡发生体、压电晶体探头、过液管、压板等部件组成。其中 ,过液管内径为15mm ,流量计主体与过液管、旋涡发生体与过液管之间通过焊接固定 ,压电晶体探头与流量计主体、流量计主体与压板之间设置相应的O型密封圈 ,以保证渦街流量計在井下20~50MPa高压环境下的可靠密封。
井下渦街流量計模型图示
3井下渦街流量計的检测电路
  井下渦街流量計检测电路框图如图3所示 ,渦街流量計压电晶体探头在旋涡的冲击下输出电压信号 ,该电压信号经由放大器及低通滤波器处理后传递给单片机 ,单片机对数据进行傅里叶变换 ,从而获得漩涡脱落频率。在压电晶体探头与涡街流量电控系统连接的同时 ,并联一台示波器对压电晶体探头的输出电压波形进行测试。
渦街流量計检测电路框图
  渦街流量計的检测电路图如图4所示 ,压电晶体输出的微弱电信号经过2级高精度运算放大器AD8608处理 ,第1级放大105倍 ,第2级放大500倍。放大后的信号再经由AD7091R芯片进行模数转换。AD7091R芯片在3.3V下功耗非常低 ,且内置一个2.5V基准电压源 ,能够实现低漂移、高精度的模数转换。且运算放大器的输出电压为0.1~2.4V ,而AD7091R输入电压要求范围为0~2.5V ,配合使用可以拥有100mV的安全余量 ,符合使用需求。
渦街流量計电路图示
  2级放大处理后的电压波形图如图5中的下面黄波形曲线所示 ,上面白色波形则代表信号经过傅里叶变换后在频域内的分布情况 ,其中 ,白色波形中非常高峰值所对应的频率便是旋涡脱落频率 ,通过建立该频率与流速的对应关系即可对井下渦街流量計进行标定。

4充分混合的油水兩相介質流量測試系統
  本文搭建的充分混合的油水两相介质流量测试系统组成如图6所示 ,由油水储存区、油水分离区、流量计测试区3个主要功能区块组成。油和水分别储存在油水储存区的油罐和水罐中 ,需要进行试验时 ,按预定比例将油/水两种介质吸入混合罐中 ,进入流量测试区。两相介质在混合罐内进行充分混合 ,随后在泵的推动下流经渦街流量計与参考流量计 ,随后重新流回混合罐内 ,完成一个循环。试验初期由于油水混合不均匀 ,管道内含有气体等原因 ,流量计示数往往波动较大 ,因此系统稳定运行10min后 ,待流量计读数稳定后再进行读取 ,记录渦街流量計旋涡脱落频率与参考流量计流量示数。数据记录完毕后 ,打开参考流量计与油水分离器间的阀门 ,同时关闭其与混合罐之间的阀门 ,使得介质全部流入油水分离区进行分离 ,分离完成的油/水介质分别吸入油罐和水罐中 ,用于下一次试验。

  在完成一組試驗後 ,在混合罐內吸入足量的水 ,並以非常大流量在流量測試區內循環 ,清洗過液管 ,清洗時間持續10min以上。完成清洗後 ,液體排放至油水分離區進行分離。
5試驗數據及分析
5.1清水標定試驗
  標定試驗中通過改變泵的輸出流量來改變流量計的工作環境 ,以带温压补偿渦街流量計的旋涡脱落频率与参考流量计的流量为变量 ,对流量计特性进行线性拟合。本文中所使用的油相介质为15#工业白油 ,运动粘度13.5mm2/s(40℃) ,参考流量计类型为渦輪流量計 ,由于流量测量范围较大 ,因此选择测量范围为4.8~28.8m3/d以及14.4~144m3/d的2台参考流量计进行标定 ,参考流量计的精度为5‰。清水标定试验数据见表1、表2所示 ,拟合曲线如图7所示。由此可见 ,本文研制的井下渦街流量計具有良好的重复性 ,且相对误差小于1%。




5.2油水兩相介質測試
  对标定好的井下渦街流量計进行充分混合的油水两相介质测试 ,主要测试井下渦街流量計在不同含水率介质以及不同流量下的测量精度 ,不同含水率介质中的流量测量结果如图8所示 ?梢钥闯 ,在两相介质中 ,渦街流量計的测量流量值始终低于参考流量计流量值 ,这是由于2种介质混合后 ,整体粘度变大 ,流体流态发生改变 ,因此斯特劳哈尔数发生一定程度变化。

  为进一步分析含水率对测量误差的影响 ,图9给出了不同含水率时 ,渦街流量計在5~80m3/d测量范围内的平均相对误差 ?梢钥闯 ,当含水率低于40%时 ,渦街流量計的测量非常大相对误差为4.8% ,主要原因在于含水率较低时 ,充分混合的油水两相介质形成了油包水的乳状液 ,两相斯特劳哈尔数呈现非线性变化 ,从而带来测量误差;当含水率高于40%时 ,渦街流量計的测量逐渐趋于稳定 ,相对误差小于2.5% ,这一现象是由于随着含水率提升 ,转变为水包油乳状液 ,水相中的油泡较小且分布均匀 ,介质流态变好 ,测量精度也得到改善。

  在井下渦街流量計试验过程中 ,由于机械振动以及外部环境会对压电传感器产生干扰 ,因此在没有流量通过时依然会产生一定的振动 ,通过傅里叶变换后表现为均布在整个频域的白噪声。将各测试条件下的示波器波形进行整合 ,通过对比发现:当油水比例固定时 ,在频域分析中 ,旋涡脱落所对应的频率峰值随流量增大而增大 ,如图10所示;当流量一定时 ,在频域分析中 ,旋涡脱落所对应的频率峰值随含水率升高而升高 ,如图11所示。上述现象说明 ,该渦街流量計应用于高含水、大流量的工作环境中具有较强的抗干扰性。反之 ,当流量较小或含水率较低的情况下 ,探头检测到的被测介质经旋涡发生体分离后产生的振动所对应的频率值与系统噪声产生振动的频率值较为接近 ,如图12所示 ,无法明显区分 ,可能会导致单片机所采集到的有效流量值对应频率不准确 ,从而产生了在小流量或低含水率情况下 ,测试精度下降的现象 ,因此需要对非常小流量进行限制。



6結論
  本文基于卡门涡街原理研制了一种应用于采油井井下的渦街流量計 ,并对其在充分混合的油水两相介质中的性能进行了试验测试。通过地面循环试验平台 ,让不同流量、不同含水率的油水两相介质流经渦街流量計 ,并通过与参考流量计的对比评价渦街流量計的测量性能。清水标定试验发现 ,本文研制的渦街流量計在5~80m3/d范围的流量测量误差小于1%。油水两相介质测试试验发现 ,在不同含水率的油水两相介质中 ,流量与涡街脱落频率能够进行良好的拟合;当含水率低于40%时 ,非常大测量误差小于5%;当含水率高于40%时 ,测量误差小于2.5%。此外 ,试验发现大流量通过渦街流量計时能够减弱环境噪声带来的影响 ,提高渦街流量計的测量精度。根据上述试验结果以及油田井下流量测量需求可以得出 ,本文中所研制的油田井下渦街流量計 ,在在清水介质中标定后 ,不需要进行额外修正便能够应用于不同含水率的油水两相介质流量测量中。

本文電磁流量計 ,江蘇省凯发k8国际娱乐在线儀表有限公司爲您提供 ,轉載請注明出處。

下篇文章:計量學原則在渦輪流量計中的應用 上篇文章水煤浆電磁流量計在煤化水煤浆行业应用
 
江蘇省凯发k8国际娱乐在线儀表有限公司是一家專業提供渦街流量計渦輪流量計電磁流量計的企業 ,公司將以優質的服務優惠的價格 ,服務新老客戶。
 版權所有:江蘇省凯发k8国际娱乐在线儀表有限公司       技術支持│易品網絡
溫度儀表事業部   壓力儀表事業部  流量儀表事業部   校驗儀表事業部   顯示儀表事業部   變送器儀表事業部   電線電纜事業部