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氣體對傘集流衛生型啤酒流量計流量影響
點擊次數：2313 發布時間：2020-08-13 05:45:11
摘要：在三相流實驗裝置上采用傘式集流器對衛生型啤酒流量計在氣/水兩相流及油、氣、水（shuǐ）三相流中進行實驗，獲得了衛生型啤酒流量計在氣（qì）/水兩相流及油/氣/水三相流條件（jiàn）下的實驗數據，分析氣體對衛生（shēng）型啤酒流量計（jì）測量流量的影響。在氣體流量較低時，衛生型啤酒流量計與液相（xiàng）流（liú）量的響應（yīng）關係受油（yóu）水兩相含水率的影響較小，可以將油/氣/水三相的流量測量（liàng）問題簡化成氣/水兩相的流量測量（liàng）問題。氣體會對衛生型啤酒流量計產生較大的測量誤差，當（dāng）氣體流量為3m3/d、液相流量小於10m3/d的條件下以及氣（qì）體流量（liàng）大於（yú）3m3/d的條件下，液相流量測量誤差大於10%。
0引言
衛生型啤酒流量計已廣泛應用於井下（xià）油、水兩相流流量測量，它具有儀（yí）表常數穩定的優點，在油水兩相流（liú）條（tiáo）件下可以準確測量流量，並取得良好的應用效果（guǒ）。衛生型啤（pí）酒流量計通常在油/水兩相（xiàng）流條件（jiàn）下進行標定，對衛生型啤酒流量計的實驗研究也主要在油/水兩相（xiàng）流下進行。大慶油田及中（zhōng）國多數陸相油田的生產（chǎn）井普遍存在（zài）產氣、脫氣現象，在測試井段存在油（yóu）氣水三相流的情況。氣相的加入使衛（wèi）生型啤酒流量計的響應特性發生了明顯的變化，對產出剖麵的測量產生了影響，氣體對低產（chǎn）井的測量影響尤為（wéi）嚴重，因為在低產井中容易出現高含（hán）氣率情況，有必要研究衛生型啤酒流量計（jì）在油井中產氣時的響應特性。
衛（wèi）生型啤酒（jiǔ）流量計在油/氣（qì）/水三（sān）相流下（xià）的響應已有人針對不同的測井儀器（qì）進行（háng）了研究。金寧德（dé）等基於傘集流衛（wèi）生型啤酒流量計與放（fàng）射性密度－持水率計組合儀在油（yóu）氣水三（sān）相流流動裝置中的動態試驗結果，建立了三相流（liú）衛（wèi）生型啤酒流量（liàng）計統計測量模型。胡金（jīn）海等對衛（wèi）生型啤酒流量計在水平（píng）模擬井中測（cè）量油氣（qì）水三相流進行了實驗研究。
在（zài）多相流模擬實驗裝置上采用衛生型啤酒流量計在油/氣/水三相流及氣/水兩相流條件下開展室內動態實驗，研究衛生型啤酒（jiǔ）流量計（jì）在油（yóu）、氣、水三相流（liú）及（jí）氣/水（shuǐ）兩相流低產氣（氣體流量不大於15m3/d）條件下的響應特性，計算氣體對（duì）衛生型啤酒流量計測量液相流量產生的（de）測量誤差，為（wéi）該（gāi）儀器應用到三相流的生產測井中提供借鑒。
1實驗條件及實（shí）驗方案
實驗在大慶油田測（cè）井試井檢測實驗中心多相（xiàng）流實驗（yàn）室24ｍ模擬井（jǐng）中進行。透明的有機玻璃井筒內徑為125ｍｍ，實驗介質為自（zì）來水、柴油和壓縮空氣，實驗中油、氣、水的流量可以由儀表精確控製和計量。實驗儀器采用安裝有傘式集流器的衛（wèi）生型（xíng）啤酒流量計。傘式集流器具有16根金（jīn）屬傘筋（jīn），傘布采用高強度薄織料，質（zhì）密（mì）不透氣，集流效果好。采用傘式集（jí）流器可以使測量通道內的流體流速提高幾十倍，並且使被測（cè）流體混合更加均勻。衛生型啤（pí）酒流量計安裝在集流傘上部，油/氣/水混合流體被集流傘集流後，從（cóng）進液口流入測量通（tōng）道，流經衛生型啤（pí）酒流量計測量流量，再由出液口流回（huí）到井筒（見圖1）。
衛生型（xíng）啤酒流量計位於傘式集流器（qì）上部，傳感器內徑為1９ｍｍ。渦輪測量流量（liàng）範圍為3～80m3/d，測量精度為±5%。根據儀器的工（gōng）作原理（lǐ）及儀器結構等條件，實驗時氣體流量範圍為3～15m3/d，流量調節分別為3、5、7、10、15m3/d；油水液相流量範圍為3～80m3/d，流量調（diào）節分別為3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含（hán）水率調節範圍50%～100%。實驗中，先固定某一氣體流量，待氣體流量穩定後分別調節油水兩相含水率和流量，待流動穩定後，進行測量。
2實驗（yàn）結果及分析
2．1油氣水三相條件下含水（shuǐ）率對流量測量的（de）影響
在不同氣體流量下標（biāo）定了（le）衛生型啤酒流量計在油、氣、水三（sān）相流中不同氣相流量不同液相含水率時的響應圖2固定氣體流（liú）量5m3/d衛生型啤酒流量計標定曲線曲線。圖2為固定氣體流量5m3/d、液相流量及液相含水率變化時測量的渦輪響應曲線，液相流量從60m3/d逐漸遞減到5m3/d，含水（shuǐ）率從100%逐漸遞減到50%。測量數據表明，當改變不同液相流量時（shí）的測量結果與10m3/d的測量結果一致，即當固定氣體流量5m3/d時，在同一液相流量下，當含水率從100%變化到50%時，渦（wō）輪響應數值基本不（bú）變，保持（chí）在同一數值，即渦輪響應受油水比例變化的影響較小。分析認為（wéi），當液相（xiàng）流量大於5m3/d時，由於集流傘的集流作用，使測量通道內的流體流（liú）速提高（gāo），油水兩相以泡狀流流動，並且使被測流體油水混（hún）合更加均勻，減小了油水相間的滑脫效應；氣相的（de）擾動也減小了油水相間的滑脫，使（shǐ）得衛生型（xíng）啤酒流量計響應受油水兩相含水率變化影響較小（xiǎo），氣相（xiàng）成為影（yǐng）響衛生型啤酒流量計（jì）響應的（de）主要因素。
圖3為固定氣體流量5m3/d標（biāo）定（dìng）的衛生型啤酒流量計響應圖（tú）版。實驗數據表明，對於固定的氣相（xiàng）流量、不同含（hán）水率下的（de）測量曲線近（jìn）於重合，說明對於固定的氣相流（liú）量渦（wō）輪響應與液相流量（liàng）的響應（yīng）關係受油水兩相含（hán）水率的（de）影響很小。因此，在（zài）氣體流（liú）量較低時，油/氣/水三相的流量測量（liàng）問題可以簡（jiǎn）化成氣/水兩相的流量測（cè）量問題（tí）。固定氣體流量10m3/d及15m3/d標定（dìng）的衛生型啤酒流量（liàng）計響應規律同圖3。
2．2氣/水兩相條件下（xià）的實驗結果及誤差分（fèn）析
圖4為傘式集流器衛生（shēng）型啤酒流量計（jì）在（zài）氣/水兩相流圖4衛生型啤酒流（liú）量計氣水兩相流（liú）標定圖版中的響應圖版。渦輪在低液量（liàng）和高流量時有不同的（de）規律，在水流（liú）量高於15m3/d時，保持氣量不變，渦輪響應與水流量呈線（xiàn）性關係。在低（dī）液量下，即在水流量（liàng）低於15m3/d時，渦（wō）輪響應與水相流量呈非（fēi）線性關係。此時隨著水流量的增加，渦輪響（xiǎng）應也增加，但較（jiào）純水時的響應增加緩慢，而且隨著氣量的增加，渦輪響應對液相（xiàng）的敏感性越差（chà）。當氣量達到10m3/d時，幾乎呈平的台階，說明此時渦輪對液（yè）相（xiàng）流量失去了分（fèn）辨能力，衛生型啤酒流（liú）量計（jì）在高氣量（liàng）時測量低液（yè）相流量會有較大誤差。分析認為（wéi），當水流量（liàng）較低（水流量小於15m3/d）時，在集流測量通道內，當氣量較少時，氣相滑脫明顯，氣相以較大的氣泡向上流動［如圖（tú）5（ａ）所示，水流量10m3/d、氣流量1．44m3/d］，氣相對渦輪起主導作用，使（shǐ）渦輪（lún）響應明顯偏高；隨著（zhe）氣相流量的增加，持（chí）氣率不斷（duàn）增加，更多的氣泡在集流傘頂端聚集形成段塞進入集流（liú）通道。圖5（ｂ）為水流量10m3/d、氣相流量4．8m3/d時拍攝的高（gāo）速攝像圖（tú）片，圖片顯示測量通（tōng）道內氣/水兩相流為段塞流。圖6為此時采集的渦輪響應實時波動信號，隨大塊氣體段塞的出現，渦輪響應頻率劇烈波動，*高幅度可達40Ｈｚ，渦輪響應的平均值增加，導致衛生型啤酒流量計測量流量明顯偏高。尤其是氣相流量較高（gāo）（大（dà）於９．6m3/d）時，在集流傘頂部形成氣頂，集流測量通道內的（de）氣段塞更加嚴重，較多的水流量被迫從集流傘與（yǔ）井壁之間的縫隙漏失，渦輪對液相流量變化（huà）失去了分辨能力，使衛生型啤酒流量計產（chǎn）生了較大的（de）測量誤差。
2．3測（cè）量誤差分析
在實際的產出剖麵測量（liàng）中，儀器通（tōng）常在液相中標定刻度圖版。測井時不知道井下是否有氣，如果存在氣（qì）體，仍然使用液相圖版解釋，會產生很多誤差。
利（lì）用清水中渦輪的刻度方程計算加入不同氣體流量後渦輪響應頻率（lǜ）所對應的流量，即為加入氣體後的（de）測量流量，再用所得測量流量減去配比（bǐ）的標準水流量，得到氣相（xiàng）加入後測量的絕對（duì）增（zēng）加值，即加入氣相流量（liàng）產生的測量誤差（見表1）。計算結果（guǒ）表明，加入氣體流量後，渦輪的測量流（liú）量明顯（xiǎn）增加，尤其是液相流（liú）量較低時，增加的測量流量更高，氣體對流量測量產生了較大的測量誤差。低氣（qì）量下，平均1m3/d的氣量產（chǎn）生的測量誤差大約相當於5m3/d（絕對增加值）。
利用測量的絕（jué）對增加值除以（yǐ）滿量程流量80m3/d，得到氣體對流量測量的滿量程誤差（見圖（tú）7）。計算結果表明，隻有氣體流（liú）量為3m3/d以（yǐ）下液相流量10m3/d以上時，滿量程測（cè）量誤差在10%以（yǐ）內，其他測點滿（mǎn）量程誤差均大於10%。
3結論
（1）氣體流量較低時，在同一氣體流量下保持液相（xiàng）流量不變、液相含水率從100%變化到50%時，衛生型（xíng）啤酒流量計（jì）與液相流量的響應關係不受油水兩相含水率的（de）影（yǐng）響或受油水兩相含水率的影響很小，可以將油/氣/水三相的流量（liàng）測（cè）量問題簡化成氣/水兩相的流量測量問題。
（2）在不同含氣量條件下，渦（wō）輪在低液量和（hé）高液量時有不同的響應規律，在水流量高於15m3/d時，渦輪響應與水流（liú）量呈線（xiàn）性關係。在水流量低於15m3/d時，渦輪響應與水相流量呈非線性關係，當含氣量達到10m3/d時，渦輪響應呈水平的台階狀，渦輪對液相流量失去了分（fèn）辨能力。
（3）液相流量較低時（shí），衛生型啤酒流量計測量流量明（míng）顯（xiǎn）高於標準流量，即使是較低的（de）氣體流量也會（huì）對衛生型啤酒流量計產（chǎn）生較大（dà）的測量誤差。當氣體流量為3m3/d、液相流（liú）量小於10m3/d的條件下以及氣體流量大於3m3/d的條件（jiàn）下，液相流量測量誤（wù）差均大於10%。
0引言
衛生型啤酒流量計已廣泛應用於井下（xià）油、水兩相流流量測量，它具有儀（yí）表常數穩定的優點，在油水兩相流（liú）條（tiáo）件下可以準確測量流量，並取得良好的應用效果（guǒ）。衛生型啤（pí）酒流量計通常在油/水兩相（xiàng）流條件（jiàn）下進行標定，對衛生型啤酒流量計的實驗研究也主要在油/水兩相（xiàng）流下進行。大慶油田及中（zhōng）國多數陸相油田的生產（chǎn）井普遍存在（zài）產氣、脫氣現象，在測試井段存在油（yóu）氣水三相流的情況。氣相的加入使衛（wèi）生型啤酒流量計的響應特性發生了明顯的變化，對產出剖麵的測量產生了影響，氣體對低產（chǎn）井的測量影響尤為（wéi）嚴重，因為在低產井中容易出現高含（hán）氣率情況，有必要研究衛生型啤酒流量計（jì）在油井中產氣時的響應特性。
衛（wèi）生型啤酒（jiǔ）流量計在油/氣（qì）/水三（sān）相流下（xià）的響應已有人針對不同的測井儀器（qì）進行（háng）了研究。金寧德（dé）等基於傘集流衛（wèi）生型啤酒流量計與放（fàng）射性密度－持水率計組合儀在油（yóu）氣水三（sān）相流流動裝置中的動態試驗結果，建立了三相流（liú）衛（wèi）生型啤酒流量（liàng）計統計測量模型。胡金（jīn）海等對衛（wèi）生型啤酒流量計在水平（píng）模擬井中測（cè）量油氣（qì）水三相流進行了實驗研究。
在（zài）多相流模擬實驗裝置上采用衛生型啤酒流量計在油/氣/水三相流及氣/水兩相流條件下開展室內動態實驗，研究衛生型啤酒（jiǔ）流量計（jì）在油（yóu）、氣、水三相流（liú）及（jí）氣/水（shuǐ）兩相流低產氣（氣體流量不大於15m3/d）條件下的響應特性，計算氣體對（duì）衛生型啤酒流量計測量液相流量產生的（de）測量誤差，為（wéi）該（gāi）儀器應用到三相流的生產測井中提供借鑒。
1實驗條件及實（shí）驗方案
實驗在大慶油田測（cè）井試井檢測實驗中心多相（xiàng）流實驗（yàn）室24ｍ模擬井（jǐng）中進行。透明的有機玻璃井筒內徑為125ｍｍ，實驗介質為自（zì）來水、柴油和壓縮空氣，實驗中油、氣、水的流量可以由儀表精確控製和計量。實驗儀器采用安裝有傘式集流器的衛（wèi）生型（xíng）啤酒流量計。傘式集流器具有16根金（jīn）屬傘筋（jīn），傘布采用高強度薄織料，質（zhì）密（mì）不透氣，集流效果好。采用傘式集（jí）流器可以使測量通道內的流體流速提高幾十倍，並且使被測（cè）流體混合更加均勻。衛生型啤（pí）酒流量計安裝在集流傘上部，油/氣/水混合流體被集流傘集流後，從（cóng）進液口流入測量通（tōng）道，流經衛生型啤（pí）酒流量計測量流量，再由出液口流回（huí）到井筒（見圖1）。
衛生型（xíng）啤酒流量計位於傘式集流器（qì）上部，傳感器內徑為1９ｍｍ。渦輪測量流量（liàng）範圍為3～80m3/d，測量精度為±5%。根據儀器的工（gōng）作原理（lǐ）及儀器結構等條件，實驗時氣體流量範圍為3～15m3/d，流量調節分別為3、5、7、10、15m3/d；油水液相流量範圍為3～80m3/d，流量調（diào）節分別為3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含（hán）水率調節範圍50%～100%。實驗中，先固定某一氣體流量，待氣體流量穩定後分別調節油水兩相含水率和流量，待流動穩定後，進行測量。
2實驗（yàn）結果及分析
2．1油氣水三相條件下含水（shuǐ）率對流量測量的（de）影響
在不同氣體流量下標（biāo）定了（le）衛生型啤酒流量計在油、氣、水三（sān）相流中不同氣相流量不同液相含水率時的響應圖2固定氣體流（liú）量5m3/d衛生型啤酒流量計標定曲線曲線。圖2為固定氣體流量5m3/d、液相流量及液相含水率變化時測量的渦輪響應曲線，液相流量從60m3/d逐漸遞減到5m3/d，含水（shuǐ）率從100%逐漸遞減到50%。測量數據表明，當改變不同液相流量時（shí）的測量結果與10m3/d的測量結果一致，即當固定氣體流量5m3/d時，在同一液相流量下，當含水率從100%變化到50%時，渦（wō）輪響應數值基本不（bú）變，保持（chí）在同一數值，即渦輪響應受油水比例變化的影響較小。分析認為（wéi），當液相（xiàng）流量大於5m3/d時，由於集流傘的集流作用，使測量通道內的流體流（liú）速提高（gāo），油水兩相以泡狀流流動，並且使被測流體油水混（hún）合更加均勻，減小了油水相間的滑脫效應；氣相的（de）擾動也減小了油水相間的滑脫，使（shǐ）得衛生型（xíng）啤酒流量計響應受油水兩相含水率變化影響較小（xiǎo），氣相（xiàng）成為影（yǐng）響衛生型啤酒流量計（jì）響應的（de）主要因素。
圖3為固定氣體流量5m3/d標（biāo）定（dìng）的衛生型啤酒流量計響應圖（tú）版。實驗數據表明，對於固定的氣相（xiàng）流量、不同含（hán）水率下的（de）測量曲線近（jìn）於重合，說明對於固定的氣相流（liú）量渦（wō）輪響應與液相流量（liàng）的響應（yīng）關係受油水兩相含（hán）水率的（de）影響很小。因此，在（zài）氣體流（liú）量較低時，油/氣/水三相的流量測量（liàng）問題可以簡（jiǎn）化成氣/水兩相的流量測（cè）量問題（tí）。固定氣體流量10m3/d及15m3/d標定（dìng）的衛生型啤酒流量（liàng）計響應規律同圖3。
2．2氣/水兩相條件下（xià）的實驗結果及誤差分（fèn）析
圖4為傘式集流器衛生（shēng）型啤酒流量計（jì）在（zài）氣/水兩相流圖4衛生型啤酒流（liú）量計氣水兩相流（liú）標定圖版中的響應圖版。渦輪在低液量（liàng）和高流量時有不同的（de）規律，在水流（liú）量高於15m3/d時，保持氣量不變，渦輪響應與水流量呈線（xiàn）性關係。在低（dī）液量下，即在水流量（liàng）低於15m3/d時，渦（wō）輪響應與水相流量呈非（fēi）線性關係。此時隨著水流量的增加，渦輪響（xiǎng）應也增加，但較（jiào）純水時的響應增加緩慢，而且隨著氣量的增加，渦輪響應對液相（xiàng）的敏感性越差（chà）。當氣量達到10m3/d時，幾乎呈平的台階，說明此時渦輪對液（yè）相（xiàng）流量失去了分（fèn）辨能力，衛生型啤酒流（liú）量計（jì）在高氣量（liàng）時測量低液（yè）相流量會有較大誤差。分析認為（wéi），當水流量（liàng）較低（水流量小於15m3/d）時，在集流測量通道內，當氣量較少時，氣相滑脫明顯，氣相以較大的氣泡向上流動［如圖（tú）5（ａ）所示，水流量10m3/d、氣流量1．44m3/d］，氣相對渦輪起主導作用，使（shǐ）渦輪（lún）響應明顯偏高；隨著（zhe）氣相流量的增加，持（chí）氣率不斷（duàn）增加，更多的氣泡在集流傘頂端聚集形成段塞進入集流（liú）通道。圖5（ｂ）為水流量10m3/d、氣相流量4．8m3/d時拍攝的高（gāo）速攝像圖（tú）片，圖片顯示測量通（tōng）道內氣/水兩相流為段塞流。圖6為此時采集的渦輪響應實時波動信號，隨大塊氣體段塞的出現，渦輪響應頻率劇烈波動，*高幅度可達40Ｈｚ，渦輪響應的平均值增加，導致衛生型啤酒流量計測量流量明顯偏高。尤其是氣相流量較高（gāo）（大（dà）於９．6m3/d）時，在集流傘頂部形成氣頂，集流測量通道內的（de）氣段塞更加嚴重，較多的水流量被迫從集流傘與（yǔ）井壁之間的縫隙漏失，渦輪對液相流量變化（huà）失去了分辨能力，使衛生型啤酒流量計產（chǎn）生了較大的（de）測量誤差。
2．3測（cè）量誤差分析
在實際的產出剖麵測量（liàng）中，儀器通（tōng）常在液相中標定刻度圖版。測井時不知道井下是否有氣，如果存在氣（qì）體，仍然使用液相圖版解釋，會產生很多誤差。
利（lì）用清水中渦輪的刻度方程計算加入不同氣體流量後渦輪響應頻率（lǜ）所對應的流量，即為加入氣體後的（de）測量流量，再用所得測量流量減去配比（bǐ）的標準水流量，得到氣相（xiàng）加入後測量的絕對（duì）增（zēng）加值，即加入氣相流量（liàng）產生的測量誤差（見表1）。計算結果（guǒ）表明，加入氣體流量後，渦輪的測量流（liú）量明顯（xiǎn）增加，尤其是液相流（liú）量較低時，增加的測量流量更高，氣體對流量測量產生了較大的測量誤差。低氣（qì）量下，平均1m3/d的氣量產（chǎn）生的測量誤差大約相當於5m3/d（絕對增加值）。
利用測量的絕（jué）對增加值除以（yǐ）滿量程流量80m3/d，得到氣體對流量測量的滿量程誤差（見圖（tú）7）。計算結果表明，隻有氣體流（liú）量為3m3/d以（yǐ）下液相流量10m3/d以上時，滿量程測（cè）量誤差在10%以（yǐ）內，其他測點滿（mǎn）量程誤差均大於10%。
3結論
（1）氣體流量較低時，在同一氣體流量下保持液相（xiàng）流量不變、液相含水率從100%變化到50%時，衛生型（xíng）啤酒流量計（jì）與液相流量的響應關係不受油水兩相含水率的（de）影（yǐng）響或受油水兩相含水率的影響很小，可以將油/氣/水三相的流量（liàng）測（cè）量問題簡化成氣/水兩相的流量測量問題。
（2）在不同含氣量條件下，渦（wō）輪在低液量和（hé）高液量時有不同的響應規律，在水流量高於15m3/d時，渦輪響應與水流（liú）量呈線（xiàn）性關係。在水流量低於15m3/d時，渦輪響應與水相流量呈非線性關係，當含氣量達到10m3/d時，渦輪響應呈水平的台階狀，渦輪對液相流量失去了分（fèn）辨能力。
（3）液相流量較低時（shí），衛生型啤酒流量計測量流量明（míng）顯（xiǎn）高於標準流量，即使是較低的（de）氣體流量也會（huì）對衛生型啤酒流量計產（chǎn）生較大（dà）的測量誤差。當氣體流量為3m3/d、液相流（liú）量小於10m3/d的條件下以及氣體流量大於3m3/d的條件（jiàn）下，液相流量測量誤（wù）差均大於10%。
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