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井下小型孔板流量计的设想与利用

作者: 来源: 公布时候:2018-11-15 10:18:43

    择要: 经由过程将流量计装置在注水井配注装配内,实现井下分层注水量的主动监测。目前空中上进行流量测量的流量计种类较多,但年夜多不适合在井下持久利用,且无法满足配注装配外部的空间请求。针对上述问题展开井下小型孔板流量计的设想,对比油田测试常常利用流量计的服从特性,优选流量测量体例; 综合考虑流态、布局尺寸束缚和压力丧失等身分并经由过程FLUENT 软件摹拟肯定了流量计的尺寸,优选差压传感器并设想庇护组件。室内实验与现场实验表白: 流量计测量值较为精确,测量偏差小于5%。
    成功油田针对分层注水井测调工艺烦琐、事情量年夜、不克不及及时监测分层注水量并按照总注水量的转变对井下分层水嘴进行及时调度等问题,展开了免投捞及时测控注海员艺研究。井下分层注水量的主动监测,经由过程将流量计装置在配注装配内实现,流量计有小型化、布局简朴、无活动部件、不变可靠等根基请求。目前用来在空中上实现流量测量的流量计有几十种之多,但年夜多不适合在井下持久利用,一方面因为空中和井下的环境差别( 温度、压力) ,另外一方面是目前的流量计的体积、装置体例无法直接用于配注装配上,是以需求按照现有流量测量道理,设想适合于井下贱量测量的小型流量计。

1 小型孔板流量计的设想
    1. 1 流量测量体例的挑选
    对井下分层注水量主动监测利用的流量计有以下请求:
    (1) 持久利用的可靠性。目前井下常常利用流量计的利用仅限于测试,测试后便可进行保护、标定。文中所述的流量计,在井下长时候持续利用,其可靠性请求远年夜于目前利用的流量计。
    (2) 布局松散。文中所述的流量计装置于配注装配的环空内,空间地位无限,流量计的直径遭到限定,其直径小于30 mm。
    (3) 具有抗堵塞才气。分层计量流量计的通道较小,容易产生堵塞,需保持流道畅达。连络上述需求进行流量测量体例的拔取。电磁流量计和超声波流量计布局较复杂,小型化则布局设想坚苦; 涡街流量计怕震惊,倒霉于井下持久利用; 靶式流量计对流体的请求较高,不合用于低雷诺数测量,且流体必须充满流量计的测量管; 标准孔板流量计采取圆形薄壁孔板,机能不变可靠,利用寿命长,常常利用来做污水计量,别的孔板流量计布局简朴,易于实现小型化设想,是以流量测量体例选用孔板式。
    1. 2 小型孔板流量计的设想
    遵循配注装配团体布局排布( 截面如图1 所示) ,流量计测量通道的zui年夜外径为26 mm。因为配
注装配布局松散,遵循标准孔板流量计法兰夹持孔板的布局情势无法实现,是以在小型化的设想上,打消了法兰连接,年夜年夜减少了外径尺寸,如图2 所示。

配注装置横截面图
图1 配注装配横截面图

小型孔板流量计结构示意图

图2 小型孔板流量计布局示企图

    孔板流量计的设想起首应包管流道内的流体处于紊流状况,避免流态转变引发流量测量偏差。因为布局束缚关系,孔板流量计的流道直径设想为14 ~ 22mm,单层注水量取Q = 2 ~ 20 m3 /d。计较孔板流量计的雷诺数与流道直径和单层注水量之间的关系,成果见图3。
    流道直径减小,无益于进步测量精度,但流道太小会增年夜沿程阻力。流道直径为14 ~ 22 mm,单层注水量取Q = 5 ~ 50 m3 /d,遵循达西- 韦斯巴赫公式(1) 与布拉修斯公式(2) 计较流量计流道内的压力丧失。从图4 可以看出: 跟着流道直径的增加,流阻较着降落,若要减小压力丧失,流道直径应尽可能年夜。

20181115102244.jpg

    式中: hf为沿程阻力丧失; λ 为沿程阻力系数; L 为流道长度; v 为均匀流速; D 为流道直径; g 为重力加快度; Re 为雷诺数。

图3 流量与雷诺数间的关系   图4 流道压力损失曲线
图3 流量与雷诺数间的关系   图4 流道压力丧失曲线

    综合考虑流态、布局尺寸束缚和压力丧失等身分,小型流量计流道直径取值范围为14 ~ 22 mm。标准孔板流量计的直径比一般在0. 2 ~ 0. 75 之间[8]。按照以上阐发取流道直径的1 /3 ~ 1 /2 作为孔板直径较为适合。孔板直径越小,流量计活络度会越高,无益于传感器检测,但也会引发压力丧失的增加,如果孔板直径太小,也存在孔板被堵塞的伤害。综合考虑各身分,流量计孔板直径取值范围为5 ~ 16 mm。
    1. 3 小型孔板流量计的摹拟仿真计较
    应用FLUENT 软件与标准孔板流量计流量- 压差计较公式 ,对量程为3 ~ 30 m3 /d 的流量计对应的流道布局进行数值摹拟,绘制的流量与压差关系曲线如图5—6 所示。孔板两端zui高压差为0. 2 MPa 时,对应流量计的流道尺寸为: 流道直径14 mm,孔板直径5. 1 mm。

20181115102316.jpg

    式中: qv为体积流量; C 为修改系数; β 为流量计的直径比; A0为流道横截面积; Δp 为流道出口与入口处的压差; ρ 为流体密度。

流道14 mm、孔径5. 1 mm 的速度场、压力场分布
图5 流道14 mm、孔径5. 1 mm 的速率场、压力场漫衍

 流量与压差关系曲线

图6 流量与压差关系曲线

    在3 ~ 30 m3 /d 流量计设想成功的根本上,操纵FLUENT 软件对量程别离为15 ~ 150 m3 /d 、30 ~ 400m3 /d 的流量计对应流道进行了摹拟,绘制流量与压差关系曲线如图7—8 所示。

量程15 ~ 150 m3 /d 流道与压差关系曲线

图7 量程15 ~ 150 m3 /d 流道与压差关系曲线

量程30 ~ 400m3 /d 流量与压差关系曲线

图8 量程30 ~ 400m3 /d 流量与压差关系曲线

    可以看出: 孔板两端zui高压差为0. 2 MPa 时,量程15 ~ 150 m3 /d 对应流量计的流道尺寸为: 流道直径18 mm,孔板直径10. 3 mm; 量程30 ~ 400 m3 /d 对应流量计的流道尺寸为: 流道直径20 mm,孔板直径15 mm。

    1. 4 差压传感器的优选与庇护
    差压传感器的选型准绳: 流量测量通道压差丧失小,满足配注器的布局尺寸请求,测量精度高和耐低温高压。挑选的差压传感器机能参数以下: 差压0 ~ 0. 2 MPa、精度0. 1%、耐温- 40 ℃ ~ 125 ℃、形状尺寸19 mm × 35 mm。
    选用该差压传感器,接受的绝对压力可以满足设想请求,传感器综合精度为0. 1%,流量辩白率较高、可辨别0. 5 m3,40 m3 的水流打击为0. 19 MPa( < 0. 2 MPa) ,不容易破坏。
    差压传感器接受的压差不克不及超越事情压差的3倍,为避免高压差或尖峰压力脉冲对传感器的破坏,设想了单向阀和波纹管庇护组件,与流量计共同够成流量计短节,如图9 所示。此中单向阀庇护组件主如果用来避免长时候的高压差对传感器造成侵害; 波纹管庇护组件采取低刚度金属片,敏捷做出缓冲压力较年夜的脉冲,主如果用来接收疾速的尖峰压力脉冲,避免尖峰压力脉冲破坏。单向阀与波纹管相反相成可以有效地庇护传感器不被破坏。

流量计短节

图9 流量计短节

2 室内与现场实验
    2. 1 室内实验
    在室温25 ℃,流量0 ~ 300 m3 /d 对流量计进行标定,标准流量计的量程范围1. 5 ~ 450 m3 /d,精度0.1%。在图10 所示的流量计标定尝试平台上,别离进行正路程和反路程流量测试,流量标定命据见表1。

    实验结论: 实验流量zui小为2. 6 m3 /d,zui年夜为286. 1 m3 /d,流量标定zui年夜偏差正路程为3. 9%,反路程为3. 7%,流量与压力计数呈抛物线关系。将正路程和反路程的测量数据进行拟合,拟分解果如图11 所示,曲线根基重合,偏差很小,申明流量计反复性高。

流量计标定实验平台
图10 流量计标定尝试平台

表1 正路程、反路程流量标定命据

正行程、反行程流量标定数据

正反行程数据拟合曲线

图11 正反路程数据拟合曲线

    2. 2 现场实验
    在室内实验成功的根本上,在GD2-22-24 井上进行了初次现场实验。该井下层配注30 m3 /d,基层配注20 m3 /d,井下小型孔板流量计测量值在多服从配注装配上显现下层注水量32. 3 m3 /d,基层注水量19. 4 m3 /d,空中水表显现50 m3 /d。为考证分层流量分配成果是不是精确进行了超声波流量计测实考证,分层水量分配成果、超声波流量计测实考证成果与空中水表计量成果3 个参数符合度到达95%以上。
    该井现场实验9 个月以来,不竭跟踪现场及时测试环境,超声波流量计分层测实考证成果显现: 井下小型孔板流量计测量值在多服从配注装配上显现的测试偏差仍小于3%。目前已展开现场实验6 口井,测试偏差均小于5%,现场实验结果杰出。

3 结论
    (1) 小型孔板流量计布局简朴、无活动部件,装置于配注装配内,与配注装配在井下持久利用,进行井下分层注水量的主动监测。
    (2) 实验成果显现,小型孔板流量计测量值较为精确,计量偏差小于5%。
    (3) 单向阀和波纹管庇护组件有效避免高压差或尖峰压力脉冲对传感器的破坏,进步了流量计的事情可靠性。

 

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