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分流式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及分流方法
閱讀次數(shù)：858 發(fā)布時間：2019/12/11 9:56:16
分流式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及分流方法
介紹了應(yīng)用于油水兩相流流量測量的分流式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及分流方法，并用分流式電磁流量計(jì)在油水兩相流模擬井中進(jìn)行了流量測量及標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，分流式電磁流量計(jì)可以應(yīng)用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)相比，采取分流測量的方法能有效地降低電磁流量計(jì)的流量測量下限，拓寬了含水率應(yīng)用范圍；采取分流設(shè)計(jì)后，低流量低含水時的儀器響應(yīng)波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。該研究為電磁流量計(jì)在油水兩相流流量測量中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
0 引言
通過電磁流量計(jì)來測量流體流量由于無可動部件及阻流元件，被廣泛應(yīng)用于地面單相、導(dǎo)電(如水)流體的流量測量[1]，也廣泛應(yīng)用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中，重復(fù)性好，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠[2。3]。近年嘗試將電磁法應(yīng)用于油田產(chǎn)出剖面測井中測量油水兩相流的流量，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在高含水H](含水率大于80％)的條件下，只要流過電磁流量傳感器的油水兩相流體達(dá)到足夠高的流速，即能達(dá)到理想的測量效果，能很好地進(jìn)行油水兩相流的流量測量，但是在低流量時測量誤差大，而且在含水率低于50％的情況下，儀器響應(yīng)頻率數(shù)據(jù)波動大，該方法不適于進(jìn)行流量測量，限制了該方法的使用[sj。本文在原有的流量計(jì)基礎(chǔ)上，采取分流的方法，即通過減少測量傳感器內(nèi)油量以提高含水率的方法，使儀器能更好地進(jìn)行油水兩相流流量的測量，降低電磁流量計(jì)的流量測量下限，拓寬了含水率應(yīng)用范圍。
1 分流式電磁流量計(jì)整體結(jié)構(gòu)及分流比、進(jìn)液口間距、分流管位置設(shè)計(jì)分流式電磁流量計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。儀器到達(dá)測量點(diǎn)后，撐開集流器，密封儀器與井壁之間的環(huán)形空間，油水混合流體從下向上流動；在低流量時，由于滑脫作用使輕質(zhì)相的油在傘布下聚集，當(dāng)堆積到上進(jìn)液口的位置時，上部的油相從上進(jìn)液口處流人，流經(jīng)儀器內(nèi)壁與分流管形成的環(huán)形空間，受上封隔器的阻隔作用，油從下出液口流出，傘布下含有一部分油的水相受下封隔器的阻隔作用，從下進(jìn)液口流入分流管，進(jìn)入電磁流量傳感器流道，流經(jīng)電磁流量傳感器，流體經(jīng)電磁流量傳感器檢測后，由上出液口流出，完成流量測量。通過分流掉一部分油的方法使流經(jīng)電磁流量傳感器內(nèi)流體的含水率得到提高，有利于儀器進(jìn)行流量測量。由于儀器在測井前需進(jìn)行模擬井標(biāo)定得到標(biāo)定圖版，通過標(biāo)定圖版進(jìn)行流量計(jì)算，所以盡管進(jìn)行了分流設(shè)計(jì)，不會影響流量的測量結(jié)果。
在分流方法設(shè)計(jì)中，分流比(儀器內(nèi)壁與分流管形成的環(huán)形空間面積與儀器內(nèi)部截面積之比)、進(jìn)液口間距(上進(jìn)液口下端與下進(jìn)液口上端距離)、分流管位置(分流管下端所在位置)決定著分流效果，分流比的大小決定了分流掉的流體的多少，直接決定了流過傳感器流道內(nèi)流體的流速，分流比過大，傳感器流道內(nèi)流速低，不利于流量的測量；進(jìn)液口間距決定了傘布下油堆積的高度，合適的分流管位置更有利于油的堆積。進(jìn)液口間距及分流管位置決定了傳感器流道內(nèi)含水率的大小，合適的進(jìn)液口間距及分流管位置設(shè)計(jì)可以使流量傳感器流道內(nèi)含水率得到提高，有利于流量的測量。通過用FLUENT流體仿真軟件進(jìn)行流場仿真，得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果[6]：分流比設(shè)計(jì)為10％，上下進(jìn)液口間距為30mm，分流管下端延伸到下進(jìn)液口下端20 mm。
2模擬井實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
根據(jù)流體仿真結(jié)果進(jìn)行了分流裝置的設(shè)計(jì)及加工，利用樣機(jī)進(jìn)行了模擬井實(shí)驗(yàn)研究，以確定分流式電磁流量計(jì)的分流效果。實(shí)驗(yàn)所用集流器為布傘集流器。實(shí)驗(yàn)中配給流量調(diào)節(jié)為0、5、10 m3／d至180 m3／d，調(diào)節(jié)流量以lO m3／d的間隔增加，各流量下含水率調(diào)節(jié)從100％開始，以10％的間隔遞減。圖2為1號樣機(jī)采用分流設(shè)計(jì)后在模擬井油水兩相流中的標(biāo)定結(jié)果；圖3為1號樣機(jī)未分流時在模擬井油水兩相流中的標(biāo)定結(jié)果。圖2顯示出分流后樣機(jī)應(yīng)用的含水率下限可以達(dá)到30％，圖3顯示未分流時樣機(jī)應(yīng)用的含水率下限為50％，可見分流后降低了樣機(jī)含水率應(yīng)用的下限，拓寬了樣機(jī)應(yīng)用的范圍。
圖4、圖5分別為樣機(jī)分流前后流量為10 m3／d含水率為90％、流量為70 m3／d含水率為30％時的儀器響應(yīng)頻率波動情況。圖4、圖5均顯示出分流后儀器輸出頻率平穩(wěn)、波動小，未分流時數(shù)據(jù)波動大，尤其在未分流情況下流量為70 m3／d含水率為30％時儀器輸出頻率有歸0現(xiàn)象，儀器已經(jīng)不能正常工作，不適合應(yīng)用電磁法進(jìn)行流量測量。可見采取分流設(shè)計(jì)后，儀器響應(yīng)頻率輸出平穩(wěn)，更有利于儀器的測量。
為了解用清水標(biāo)定的電磁流量計(jì)測量高含水油水兩相流的流量測量誤差情況，對測量相對誤差進(jìn)行了計(jì)算。圖6、圖7分別為儀器分流前后的測量誤差分布情況。圖6顯示當(dāng)流量高于40 m3／d、含水率高于60％時，流量測量相對誤差在±5％以內(nèi)；圖7顯示當(dāng)流量高于20 m3／d、含水率高于30％時，流量測量相對誤差在±5％以內(nèi)，對比圖6、圖7更進(jìn)一步表明采取分流設(shè)計(jì)的儀器拓寬了流量和含水率應(yīng)用范圍。
圖8、圖9分別為分流前后儀器有效測量區(qū)間。由圖8、圖9可以明顯看出，流量不同時，儀器所適用的含水率范圍也不同，分流后儀器受流量和含水率的限制更小，適用范圍更大，很好地拓寬了流量和含水率適用下限。
3 結(jié)論
(1)分流式電磁流量計(jì)可以應(yīng)用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流的電磁流量計(jì)相比，分流式電磁流量計(jì)的流量測量范圍更大，分流管的加入，提高了儀器對含水率的適應(yīng)性。
(2)采取分流設(shè)計(jì)后，低流量低含水時的儀器響應(yīng)波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。
介紹了應(yīng)用于油水兩相流流量測量的分流式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及分流方法，并用分流式電磁流量計(jì)在油水兩相流模擬井中進(jìn)行了流量測量及標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，分流式電磁流量計(jì)可以應(yīng)用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)相比，采取分流測量的方法能有效地降低電磁流量計(jì)的流量測量下限，拓寬了含水率應(yīng)用范圍；采取分流設(shè)計(jì)后，低流量低含水時的儀器響應(yīng)波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。該研究為電磁流量計(jì)在油水兩相流流量測量中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
0 引言
通過電磁流量計(jì)來測量流體流量由于無可動部件及阻流元件，被廣泛應(yīng)用于地面單相、導(dǎo)電(如水)流體的流量測量[1]，也廣泛應(yīng)用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中，重復(fù)性好，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠[2。3]。近年嘗試將電磁法應(yīng)用于油田產(chǎn)出剖面測井中測量油水兩相流的流量，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在高含水H](含水率大于80％)的條件下，只要流過電磁流量傳感器的油水兩相流體達(dá)到足夠高的流速，即能達(dá)到理想的測量效果，能很好地進(jìn)行油水兩相流的流量測量，但是在低流量時測量誤差大，而且在含水率低于50％的情況下，儀器響應(yīng)頻率數(shù)據(jù)波動大，該方法不適于進(jìn)行流量測量，限制了該方法的使用[sj。本文在原有的流量計(jì)基礎(chǔ)上，采取分流的方法，即通過減少測量傳感器內(nèi)油量以提高含水率的方法，使儀器能更好地進(jìn)行油水兩相流流量的測量，降低電磁流量計(jì)的流量測量下限，拓寬了含水率應(yīng)用范圍。
1 分流式電磁流量計(jì)整體結(jié)構(gòu)及分流比、進(jìn)液口間距、分流管位置設(shè)計(jì)分流式電磁流量計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。儀器到達(dá)測量點(diǎn)后，撐開集流器，密封儀器與井壁之間的環(huán)形空間，油水混合流體從下向上流動；在低流量時，由于滑脫作用使輕質(zhì)相的油在傘布下聚集，當(dāng)堆積到上進(jìn)液口的位置時，上部的油相從上進(jìn)液口處流人，流經(jīng)儀器內(nèi)壁與分流管形成的環(huán)形空間，受上封隔器的阻隔作用，油從下出液口流出，傘布下含有一部分油的水相受下封隔器的阻隔作用，從下進(jìn)液口流入分流管，進(jìn)入電磁流量傳感器流道，流經(jīng)電磁流量傳感器，流體經(jīng)電磁流量傳感器檢測后，由上出液口流出，完成流量測量。通過分流掉一部分油的方法使流經(jīng)電磁流量傳感器內(nèi)流體的含水率得到提高，有利于儀器進(jìn)行流量測量。由于儀器在測井前需進(jìn)行模擬井標(biāo)定得到標(biāo)定圖版，通過標(biāo)定圖版進(jìn)行流量計(jì)算，所以盡管進(jìn)行了分流設(shè)計(jì)，不會影響流量的測量結(jié)果。
在分流方法設(shè)計(jì)中，分流比(儀器內(nèi)壁與分流管形成的環(huán)形空間面積與儀器內(nèi)部截面積之比)、進(jìn)液口間距(上進(jìn)液口下端與下進(jìn)液口上端距離)、分流管位置(分流管下端所在位置)決定著分流效果，分流比的大小決定了分流掉的流體的多少，直接決定了流過傳感器流道內(nèi)流體的流速，分流比過大，傳感器流道內(nèi)流速低，不利于流量的測量；進(jìn)液口間距決定了傘布下油堆積的高度，合適的分流管位置更有利于油的堆積。進(jìn)液口間距及分流管位置決定了傳感器流道內(nèi)含水率的大小，合適的進(jìn)液口間距及分流管位置設(shè)計(jì)可以使流量傳感器流道內(nèi)含水率得到提高，有利于流量的測量。通過用FLUENT流體仿真軟件進(jìn)行流場仿真，得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果[6]：分流比設(shè)計(jì)為10％，上下進(jìn)液口間距為30mm，分流管下端延伸到下進(jìn)液口下端20 mm。
2模擬井實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
根據(jù)流體仿真結(jié)果進(jìn)行了分流裝置的設(shè)計(jì)及加工，利用樣機(jī)進(jìn)行了模擬井實(shí)驗(yàn)研究，以確定分流式電磁流量計(jì)的分流效果。實(shí)驗(yàn)所用集流器為布傘集流器。實(shí)驗(yàn)中配給流量調(diào)節(jié)為0、5、10 m3／d至180 m3／d，調(diào)節(jié)流量以lO m3／d的間隔增加，各流量下含水率調(diào)節(jié)從100％開始，以10％的間隔遞減。圖2為1號樣機(jī)采用分流設(shè)計(jì)后在模擬井油水兩相流中的標(biāo)定結(jié)果；圖3為1號樣機(jī)未分流時在模擬井油水兩相流中的標(biāo)定結(jié)果。圖2顯示出分流后樣機(jī)應(yīng)用的含水率下限可以達(dá)到30％，圖3顯示未分流時樣機(jī)應(yīng)用的含水率下限為50％，可見分流后降低了樣機(jī)含水率應(yīng)用的下限，拓寬了樣機(jī)應(yīng)用的范圍。
圖4、圖5分別為樣機(jī)分流前后流量為10 m3／d含水率為90％、流量為70 m3／d含水率為30％時的儀器響應(yīng)頻率波動情況。圖4、圖5均顯示出分流后儀器輸出頻率平穩(wěn)、波動小，未分流時數(shù)據(jù)波動大，尤其在未分流情況下流量為70 m3／d含水率為30％時儀器輸出頻率有歸0現(xiàn)象，儀器已經(jīng)不能正常工作，不適合應(yīng)用電磁法進(jìn)行流量測量。可見采取分流設(shè)計(jì)后，儀器響應(yīng)頻率輸出平穩(wěn)，更有利于儀器的測量。
為了解用清水標(biāo)定的電磁流量計(jì)測量高含水油水兩相流的流量測量誤差情況，對測量相對誤差進(jìn)行了計(jì)算。圖6、圖7分別為儀器分流前后的測量誤差分布情況。圖6顯示當(dāng)流量高于40 m3／d、含水率高于60％時，流量測量相對誤差在±5％以內(nèi)；圖7顯示當(dāng)流量高于20 m3／d、含水率高于30％時，流量測量相對誤差在±5％以內(nèi)，對比圖6、圖7更進(jìn)一步表明采取分流設(shè)計(jì)的儀器拓寬了流量和含水率應(yīng)用范圍。
圖8、圖9分別為分流前后儀器有效測量區(qū)間。由圖8、圖9可以明顯看出，流量不同時，儀器所適用的含水率范圍也不同，分流后儀器受流量和含水率的限制更小，適用范圍更大，很好地拓寬了流量和含水率適用下限。
3 結(jié)論
(1)分流式電磁流量計(jì)可以應(yīng)用于高含水油水兩相流的流量測量，與未采取分流的電磁流量計(jì)相比，分流式電磁流量計(jì)的流量測量范圍更大，分流管的加入，提高了儀器對含水率的適應(yīng)性。
(2)采取分流設(shè)計(jì)后，低流量低含水時的儀器響應(yīng)波動變小，流量測量相對誤差變小，更有利于流量的測量。
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