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孔板流量计与涡街流量计组合测量气液两相流尝试

作者: 来源: 公布时候:2020-04-22 11:25:17

       择要:苏里格气田在井间串接、井口带液计量形式下,存在单井产液量无法精确计量的问题。基于孔板流量计、涡街流量计流体测量实际,将两种流量计串连组合,展开了不合液气比前提下的氛围-水两相流室内尝试,并将不合液气比环境下孔板流量计、质量流量计与组合测量装配氛围、水的计量偏差进行对比。成果表白:当液气比为 0~100 m3(/ 104 m3)时,气相测量偏差均低于 5%;当液气比为 3~86 m3(/ 104m3)时,液相测量偏差根基低于 10%。孔板与涡街流量计组合测量装配的液相测量范围广,可以为苏里格气田排水采气井的气液两相计量供应技术支撑。(图 3,表 2,参 20)

 
       目前,国表里较成熟的气液两相流的计量首要采取两种体例:①两个或多个单相流量计组合,按照不合单相流量计对湿气计量的不合虚高特性,建立不合数据模型结合求解得出气液两相流量[1-8],如天津年夜学的TTWGF 型内锥+文丘里凝析自然气两相流量计[9-11]、英国 Solartron 公司的异化器+双文丘里气液两相流量计[12];②将单相流量计与微波、射线、示踪、成像、超声波等技术相连络[13-14],测量总流量及含气/液率,如挪威 Roxor 公司的 V 锥流量计与微波传感器组合式两相流量计[12]、兰州海默科技无限公司的文丘里流量计与低能伽马射线接罢技术组合式两相流量计。长庆苏里格气田为典范的“三低”气田,为实现低本钱经济高效开辟,全部气田采取井下节流[15]、井间串接、井口带液计量的中高压集气形式[16],单井计量则采取孔板流量计或旋进旋涡流量计在井口处计量产气量,数据无线远传。但该工艺无法计量单井产液量,且在含液状况下气量计量偏差较年夜,给展开气井排水采气办法及结果评价带来坚苦,限制了气田邃密化办理。为了把握排水采气气井的出液环境,现场采取橇装分离计量装配挪动测试气井气液产量,但该装配施工复杂、本钱昂扬。“十二·五”期间,长庆油田开辟了一种低本钱的锥形孔板气液两相流量计[17],经由过程差压噪音旌旗灯号与含液率之间的关系模型实现气液两相在线计量,但该技术只合用于气井投产初期产量较高的小液量不变流气井。跟着苏里格气田气井产量逐年降落,目前已年夜面积采取排水采气办法以保持一般生产,气井出液规律首要为间歇出液,每天瞬时液量由 0 至几十万立方米,年夜年夜增加了气液两相计量的难度。
 
       但上述两种首要范例的流量计本钱均较高,无法满足苏里格气田低本钱开辟的需求。为此,提出了将孔板流量计与涡街流量计相组合测量气液两相流量的新体例,采取室内氛围-水两相流进行尝试,以期为苏里格气田气井实现低本钱开辟供应参考。
 
1 测量道理
1.1 涡街流量计
       涡街流量计合用于气体、液体等均相流体流量的测量。当流体颠末涡街流量计时,在三角柱的旋涡产生体后的两侧瓜代产生正比于流速的两列旋涡,旋涡的开释频次与流体均匀速率有关[18-19]。经由过程涡街传感器测量旋涡开释频次,便可测出流体的均匀流速及工况总流量,其计较式为:
工 况总流量
       式中:qV 为颠末涡街流量计的团体积流量,m3/h;f 为旋涡的开释频次,Hz;L 为旋涡产生体的特性宽度,mm;St 为斯特劳哈尔数;A 为流体流过旋涡产生体的截面积,m2。
 
1.2 孔板流量计
       孔板流量计合用于液体、气体、蒸汽等均相流体流量的测量。当流束流经管道内节流件时,会产生部分收缩,使流速增加,并导致静压力降落,在节流件前后产生压降。介质流体的流量越年夜,在节流件前后产生的压差越年夜,是以孔板流量计可以经由过程测量压差来衡量流体流量[20],其计较式为:
压差来衡量流体流量计算公式
 
       式中:q m 为颠末涡街流量计的流体总质量流量,kg/h; C 为流出系数;β 为节流装配直径比;ε 为收缩系数;d 为孔板孔径,mm;ρ 为流体密度,kg/m3;Δp 为压差,MPa。
 
1.3 气液两相流量测量
       当气液两相流均匀异化时,可将其视为均相流。孔板流量计与涡街流量计技术成熟,本钱昂贵,将二者串连组合,同时测量气液异化流体的总流量。当流体前后经由过程孔板流量计与涡街流量计时,因为根基处于同一压力、温度体系,实际上两个流量计测得的异化流体总流量应相称,并由此推导计较出异化流体密度 ρ-:
混合流体密度计算公式
       实际上,异化流体工况体积流量为气、液两相的体积流量之和,而质量流量则为气、液两相的质量流量之和,即:
为气、液两相的质量流量公式
       式中:q g、q l 别离为气体流量、液体流量,m3/h;ρ g、ρ l 别离为气体密度、液体密度,kg/m3。
 
       经由过程取样化验,可以得出气、液各相的标况密度,液相密度与标况密度分歧,而气相密度则采取抱负气体状况方程计较:
理想气体状态方程计算公式
       式中:p 0 为管道地点地区的标准年夜气压,MPa;ρ g0 为气相标况密度,kg/m3;t 为流体温度,℃;p 为流体压力,MPa。
 
       由式(5)~式(7)便可推导出气、液两相体积流量:
出气、液两相体积流量计算公式
 
2 组合测量尝试
       因为室内不具无益用气田采出液与自然气异化两相流的尝试前提,是以采取目前中国各研究机构的通行做法,即便用氛围-水两相流进行摹拟尝试,评价孔板流量计与涡街流量计相组合测量气液两相流量的测量精度。
 
2.1 尝试装配
       孔板与涡街流量计组合测量装配(图 1)由气液异化器、孔板流量计、涡街流量计串连构成。该测量装配管内径为 50 mm,孔板流量计孔板孔径为 15 mm。气液异化器可避免气液两相流呈现层状流而影响测量精度,流量计较机经由过程汇集孔板流量计的差压、压力、温度参数再连络涡街流量计测得的体积流量参数,经由过程式(8)、式(9)计较出气液两相流量。
孔板与涡街流量计组合测量实验装置结构示意图
2.2 尝试流程
       尝试参数以下:尝试介质为水、氛围,密度别离为 1.209 kg/m3、998 kg/m3;尝试温度为常温;氛围管道内径为 50 mm;水管道内径包含 40 mm 和 15 mm 两种,并联为两路;氛围与水异化后管道内径为 50 mm;尝试压力为 0.8~0.9 MPa;水流量拔取 0.01~1.5 m3/h之间 16~21 个流量测量点;氛围与流量拔取 100 m3/h、150 m3/h、200 m3/h 这 3 个流量测量点;液气比范围为0~100 m3(/ 104 m3)。
 
孔板流量计与涡街流量计组合测量气液两相流量尝试流程(图 2)及其详细步调以下。
(1)由氛围紧缩机将氛围升压掉队入储气罐稳流,然后采取气量调度阀对其进行流量调度,再经由过程孔板流量计计量氛围流量。
(2)由水泵将水升压掉队入储水罐稳压,然后采取水流量调度阀对其进行流量调度,再经由过程质量流量计计量液体流量。
(3)将伶仃计量后的氛围和水进行异化,再流经孔板与涡街组合测量装配进行气液两相流量测量。
(4)以孔板流量计计量的氛围流量为标准,将孔板与涡街组合测量装配测得的氛围流量与其进行对比,计较氛围测量偏差;以质量流量计计量的水流量为标准,将孔板与涡街组合测量装配测得的水流量与其进行对比,计较水测量偏差。气相流量、液相流量测量偏差的计较式别离为:
气相流量、液相流量测量误 差的计算式孔板与涡街流量计组合测量空气-水两相流室内实验流程图
 
       经由过程调度不合液气比下氛围、水的流量,待流量计瞬时流量显现不变后,记录孔板流量计测量的氛围瞬时流量、质量流量计测量的水瞬时流量、孔板与涡街组合测量装配测量的氛围及水瞬时流量。按照式(10)、式(11),计较在不合液气比下孔板与涡街组合测量装配的氛围流量、水流量的测量偏差(表 1)。
 不同液气比下孔板流量计、质量流量计及孔板与涡街流量计组合测量空气、水的测量误差对比
 
3 尝试成果
       连络苏里格气田实际环境,尝试拔取液气比在0~100 m3/(104 m3) 范围内展开。在所拔取的范围内,气相偏差均低于 5%(图 3a),表白孔板与涡街组合测量装配的气相测量偏差随液气比转变颠簸不年夜。当液气比处于 3~86 m3(/ 104 m3)范围(图 3b)时,液相偏差根基低于 10%;当液气比小于 3 m3(/ 104 m3)时,年夜部分测量点的液相偏差超出10%;当液气比小于1 m3(/ 104 m3)时,液相偏差超出 48%,zui年夜到达 266.67%。
孔板与涡街组合测量装置测量气液两相的误差随液气比 变化趋势图
       目前,中国已在气田现场实验利用的气液两相测量技术首要有天津年夜学的内锥与文丘里相组合的凝析自然气测量技术、长庆油田油气工艺研究院的锥形孔板气液两相测量技术等[9-10,17]。与上述两种技术比拟,孔板与涡街组合测量技术的测量精度基秘闻同,但其液气体比到达 3~86 m3(/ 104m3),表白液相流量测量范围更广,更合用于苏里格气田排水采气气井的气液两相计量(表 2)。
 孔板与涡街组合测量与两种常用的气液两相测量技术对比
 
4 结论
       (1)将孔板流量计与涡街流量计组合串连,可测得气液异化流体均匀密度,进而实现异化流体的气液两相流量测量,为苏里格气田的排水采气井的气液两相计量供应了技术思路。
       (2)因为氛围-水两相流与气田现场的气液两相流物理性子存在较年夜差别,采取氛围-水作为尝试介质摹拟现场实在的气液两相流存在必然范围性,下一步需求展开气田现场实流测试,对组合测量装配布局进行优化,降落气田开辟本钱。
 
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