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采油井井下涡街流量计的研制与实验研讨

宣布日期:2019-03-24 09:59:11  来历:中海油动力成长股分无限公司工程手艺分公司、 哈尔滨产业大学电机工程学院   作者:魏爱拴 1 ,刘全全 1 ,张 斌 1 ,左 凯 1 ,孔学  阅读次数:
【阅读笔记】:实验研讨发明,涡街流量计在充实夹杂的油水两相介质中的流量丈量值略低于现实流量; 在不异流量下,降落两相介质的含水率会致使涡街流量计的漩涡零落频次降落; 另外,大流量任务状况下,情况振动对丈量成果的影响被削弱。......

 摘 要: 针对油井分层监测与开采进程中的井下充实夹杂的油水两相介质流量丈量题目,研制了一种基于卡门涡街道理的采油井井下涡街流量计。搭建了空中测试体系对其任务机能停止实验,起首操纵净水介质对流量计停止标定,而后切磋流量计在充实夹杂的油水两相介质中的丈量精度。实验研讨发明,涡街流量计在充实夹杂的油水两相介质中的流量丈量值略低于现实流量; 在不异流量下,降落两相介质的含水率会致使涡街流量计的漩涡零落频次降落; 另外,?大流量任务状况下,情况振动对丈量成果的影响被削弱。与采油井井下贱量的测试须要绝对照,研制的涡街流量计可以或许或许或许或许在净水标定、不需额定批改的情况下,完成采油井井下充实夹杂的油水两相介质的流量丈量。

 
引 言
我国大庆、胜利、渤海等主力油田颠末多年开辟后,综合含水率逐年回升,油水干系进一步庞杂,层间搅扰景象严峻,层间动用不平衡。油井分层开采一方面可降落产液综合含水率,进步原油产量; 另外一方面还可有用坚持油层平衡开采,进步原油采收率。是以,一套合用于采油井井下的流量测试手艺,可以或许或许或许完成各油层产量的精确监测,为产层可控出产供给数据撑持。固然电
磁、超声等流量计已在各个产业范畴取得大规模操纵,但在充实夹杂的油水两相介质的流量测试中,常常因油污大、被测介质组分庞杂、井下工况庞杂等身分,致使丈量成果及精度显现较大偏差。涡街流量丈量作为一种介质顺应性好、布局简略、操纵便利的流量丈量手艺,已在油田灌水井测试等触及流量监测的工艺范畴取得了胜利操纵。本文将起首设想研制一
种合适采油井井下狭窄空间装配的pg电子平台:智能化涡街总水流量计,并针对采油井中充实夹杂的油水两相介质停止空中摹拟实验,取得油水介质含水率对采油井井下涡街流量计丈量特征的影响纪律。
 
1 涡街流量计丈量道理
如图 1 所示,在被测流体中垂直拔出一个非流线型截面的漩涡发生体,流体的活动状况受其影响并在下贱发生一系列漩涡。当两排漩涡之间的间距 h 与同排中两相邻漩涡的间距 l 之比知足 h/l =0. 281 时,可以或许或许或许取得不变且瓜代摆列的漩涡。将漩涡分手频次 f 界说为单元时候从漩涡发生体下贱分手的漩涡数量,实际和实验研讨均已证实,漩涡分手频次与流体速率 v 成反比,且与漩涡发生体迎流面的宽度 d 成反比,即:
f = S r Av/d ( 1)
式中,f 为漩涡零落频次,Hz; S r 为斯特劳哈尔数( 无穷纲) ; A 为流道尺寸系数; v 为漩涡发生体两侧的流速,m/s; d 为漩涡发生体迎流面的宽度,m。
 
一旦漩涡发生体和流道的多少尺寸肯定,漩涡零落频次即与流体流速构成简略的反比干系,是以颠末进程检测漩涡的零落频次便可测得流速,并以此取得流体的流量。
卡门涡街道理图
2 井下涡街流量计全体布局
本文研制的涡街流量计首要用于集成在油井智能配产器中,智能配产器外径 114 mm、内通径 46 mm,内部集成有流量计、含水率丈量、电控可调阀嘴、载波通讯等模块,且一切模块均只能装配在智能配产器狭窄的环形空间内。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、含水率颠末进程载波通讯模块和电缆传输至空中,出产职员遵守“减小高含水层产液量,增添低含水层产液量”的根基准绳对各油层的产出液流量停止调控,很是终完成油井增油控水的目标。基于涡街流量计的丈量道理与装配空间请求,本文研制的涡街流量计如图 2 所示。涡街流量计首要由流量计主体、漩涡发生体、压电晶体探头、过液管、压板等部件构成。此中,过液管内径为 15 mm,流量计主体与过液管、漩涡发生体与过液管之间颠末进程焊接牢固,压电晶体探头与流量计主体、流量计主体与压板之间设置响应的O 型密封圈,以保障涡街流量计在井下 20 ~50 MPa 高压情况下的靠得住密封。
井下涡街流量计模子
3 井下涡街流量计的检测电路
井下涡街流量计检测电路框图如图 3 所示,涡街流量计压电晶体探头在漩涡的打击下输入电压旌旗灯号,该电压旌旗灯号颠末缩小器及低通滤波器处置后通报给单片机,单片机对数据停止傅里叶变更,从而取得漩涡零落频次。在压电晶体探头与涡街流量电控体系毗连的同时,并联一台示波器对压电晶体探头的输入电压波形停止测试。
涡街流量计检测电路框图
涡街流量计的检测电路图如图 4 所示,压电晶体输入的微小电旌旗灯号颠末 2 级高精度运算缩小器 AD8608 处置,第 1 级缩小 10 5 倍,第 2 级缩小 500 倍。缩小后的旌旗灯号再颠末 AD7091R 芯片停止模数转换。AD7091R 芯片在3.3 V 下功耗很是低,且内置一个2.5 V 基准电压源,可以或许或许或许或许完成低漂移、高精度的模数转换。且运算缩小器的输入电压为 0. 1 ~ 2. 4 V,而 AD7091R 输入电压请求规模为0 ~2.5 V,共同利用可以或许或许或许具备 100 mV 的宁静余量,合适利用须要。
涡街流量计电路图
2 级缩小处置后的电压波形图如图 5 中的下面黄波形曲线所示,下面红色波形则代表旌旗灯号颠末傅里叶变更后在频域内的散布情况,此中,红色波形中很是高峰值所对应的频次便是漩涡零落频次,颠末进程成立该频次与流速的对应干系便可对井下涡街流量计停止标定。
压电晶体探头波形图
4 充实夹杂的油水两相介质流量测试体系
本文搭建的充实夹杂的油水两相介质流量测试体系构成如图 6 所示,由油水贮存区、油水份手区、流量计测试区 3 个首要功效区块构成。油和水别离贮存在油水贮存区的油罐和水罐中,须要停止实验时,按预约比例将油/水两种介质吸入夹杂罐中,进入流量测试区。两相介质在夹杂罐内停止充实夹杂,随后在泵的鞭策下贱经涡街流量计与参考流量计,随后从头流回夹杂罐内,完成一个轮回。实验早期因为油水夹杂不均匀,管道内含有气体等缘由,流量计示数常常动摇较大,是以体系不变运转 10 min 后,待流量计读数不变后再停止读取,记实涡街流量计漩涡零落频次与参考流量计流量示数。数据记实终了后,翻开参考流量计与油水份手器间的阀门,同时封闭其与夹杂罐之间的阀门,使得介质全数流入油水份手区停止分手,分手完成的油/水介质别离吸入油罐和水罐中,用于下一次实验。
充实夹杂的油水两相介质流量测试体系框图
在完成一组实验后,在夹杂罐内吸入充足的水,并以很是大流量在流量测试区内轮回,洗濯过液管,洗濯时候延续 10 min 以上。完成洗濯后,液体排放至油水份手区停止分手。
 
5 实验数据及阐发
5. 1 净水标定实验
标定实验中颠末进程改变泵的输入流量来改变流量计的任务情况,以pg电子平台:温压挽回涡街视频水流量计的漩涡零落频次与参考流量计的流量为变量,对流量计特征停止线性拟合。本文中所利用的油相介质为 15#产业白油,活动粘度 13. 5 mm 2 /s( 40 ℃) ,参考流量计范例为涡轮流量计,因为流量丈量规模较大,是以挑选丈量规模为 4. 8 ~ 28. 8 m 3 /d 和14.4 ~144 m 3 /d 的 2 台参考流量计停止标定,参考流量计的精度为 5‰。净水标定实验数据见表 1、表 2 所示,拟合曲线如图 7 所示。因而可知,本文研制的井下涡街流量计具备杰出的反复性,且绝对偏差小于 1%。
第 1 次净水标定实验数据第 2 次净水标定实验数据流量计净水标定实验曲线
5. 2 油水两相介质测试
对标定好的井下涡街流量计停止充实夹杂的油水两相介质测试,首要测试井下涡街流量计在差别含水率介质和差别流量下的丈量精度,差别含水率介质中的流量丈量成果如图 8 所示。可以或许或许或许看出,在两相介质中,涡街流量计的丈量流量值一直低于参考流量计流量值,这是因为 2 种介质夹杂后,全体粘度变大,流体流态发生改变,是以斯特劳哈尔数发生必然水平变更。
差别油水比例介质下的测试曲线
为进一步阐发含水率对丈量偏差的影响,图 9 给出了差别含水率时,涡街流量计在 5 ~80 m 3 /d 丈量规模内的均匀绝对偏差。可以或许或许或许看出,当含水率低于 40% 时,涡街流量计的丈量很是大绝对偏差为 4. 8%,首要缘由在于含水率较低时,充实夹杂的油水两相介质构成了油包水的乳状液,两相斯特劳哈尔数显现非线性变更,从而带来丈量偏差; 当含水率高于 40% 时,涡街流量计的丈量逐步趋于不变,绝对偏差小于 2. 5%,这一景象是因为跟着含水率晋升,改变为水包油乳状液,水相中的油泡较小且散布均匀,介质流态变好,丈量精度也取得改良。
差别含水率下的均匀丈量偏差
在井下涡街流量计实验进程中,因为机器振动和内部情况会对压电传感器发生搅扰,是以在不流量颠末进程时仍然会发生必然的振动,颠末进程傅里叶变更后表现为均布在全部频域的白噪声。将各测试前提下的示波器波形停止整合,颠末进程对照发明: 当油水比例牢固时,在频域阐发中,漩涡零落所对应的频次峰值随流量增大而增大,如图 10 所示; 当流量必然时,在频域阐发中,漩涡零落所对应的频次峰值随含水率降低而降低,如图 11 所示。上述景象申明,该涡街流量计操纵于高含水、大流量的任务情况中具备较强的抗搅扰性。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漩涡发生体分手后发生的振动所对应的频次值与体系噪声发生振动的频次值较为靠近,如图 12 所示,没法较着辨别,可以或许或许会致使单片机所收罗到的有用流量值对应频次不精确,从而发生了在小流量或低含水率情况下,测试精度降落的景象,是以须要对很是小流量停止限定。
不异含水率下的振幅随流量增大而加强不异流量下的振幅随含水率降低而加强
6 结 论
本文基于卡门涡街道理研制了一种操纵于采油井井下的涡街流量计,并对其在充实夹杂的油水两相介质中的机能停止了实验测试。颠末进程空中轮回实验平台,让差别流量、差别含水率的油水两相介质流经涡街流量计,并颠末进程与参考流量计的对照评估涡街流量计的丈量机能。净水标定实验发明,本文研制的涡街流量计在 5~80 m 3 /d 规模的流量丈量偏差小于 1%。油水两相介质测试实验发明,在差别含水率的油水两相介质中,流量与涡街零落频次可以或许或许或许或许停止杰出的拟合; 当含水率低于40%时,很是大丈量偏差小于 5%; 当含水率高于 40% 时,丈量偏差小于 2. 5%。另外,实验发明大流量颠末进程涡街流量计时可以或许或许或许或许削弱情况噪声带来的影响,进步涡街流量计的丈量精度。按照上述实验成果和油田井下贱量丈量须要可以或许或许或许得出,本文中所研制的油田井下涡街流量计,在在净水介质中标定后,不须要停止额定批改便可以或许或许或许或许操纵于差别含水率的油水两相介质流量丈量中。
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