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井下小型孔板流量计的设想与操纵

作者: 来历: 宣布时候:2017-11-15 10:18:43

    择要: 经由过程将流量计装配在灌水井配注装配内,完成井下分层灌水量的主动监测。今朝空中长停止流量丈量的流量计品种较多,但大多不适合在井下持久操纵,且没法知足配注装配外部的空间请求。针对上述题目展开井下小型孔板流量计的设想,对照油田测试经常操纵流量计的功效特色,优选流量丈量体例; 综合斟酌流态、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掩护组件。室内尝试与现场尝试标明: 流量计丈量值较为精确,丈量偏差小于5%。
    胜利油田针对分层灌水井测调工艺烦琐、任务量大、不能及时监测分层灌水量并按照总灌水量的变更对井下分层水嘴停止及时调理等题目,展开了免投捞及时测控灌水手艺研讨。井下分层灌水量的主动监测,经由过程将流量计装配在配注装配内完成,流量计有小型化、布局简略、无活动部件、不变靠得住等根基请求。今朝用来在空中上完成流量丈量的流量计有几十种之多,但大多不适合在井下持久操纵,一方面因为空中和井下的环境差别( 温度、压力) ,另外一方面是今朝的流量计的体积、装配体例没法间接用于配注装配上,是以须要按照现有流量丈量道理,设想适合于井下贱量丈量的小型流量计。

1 小型孔板流量计的设想
    1. 1 流量丈量体例的挑选
    对井下分层灌水量主动监测操纵的流量计有以下请求:
    (1) 持久操纵的靠得住性。今朝井下经常操纵流量计的操纵仅限于测试,测试后便可停止掩护、标定。文中所述的流量计,在井下长时候持续操纵,其靠得住性请求弘远于今朝操纵的流量计。
    (2) 布局松散。文中所述的流量计装配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) 具有抗梗塞才能。分层计量流量计的通道较小,轻易发生梗塞,需坚持流道畅达。连系上述需要停止流量丈量体例的拔取。电磁流量计和超声波流量计布局较庞杂,小型化则布局设想坚苦; 涡街流量计怕震撼,倒霉于井下持久操纵; 靶式流量计对流体的请求较高,不合用于低雷诺数丈量,且流体必须布满流量计的丈量管; 规范孔板流量计接纳圆形薄壁孔板,机能不变靠得住,操纵寿命长,经常操纵来做污水计量,另外孔板流量计布局简略,易于完成小型化设想,是以流量丈量体例选用孔板式。
    1. 2 小型孔板流量计的设想
    按照配注装配全体布局排布( 截面如图1 所示) ,流量计丈量通道的zui大外径为26 mm。因为配
注装配布局松散,按照规范孔板流量计法兰夹持孔板的布局情势没法完成,是以在小型化的设想上,打消了法兰毗连,大大减少了外径尺寸,如图2 所示。

配注装配横截面图
图1 配注装配横截面图

小型孔板流量计布局表示图

图2 小型孔板流量计布局表示图

    孔板流量计的设想起首应保障流道内的流体处于紊流状况,避免流态变更引发流量丈量偏差。因为布局束缚干系,孔板流量计的流道直径设想为14 ~ 22mm,单层灌水量取Q = 2 ~ 20 m3 /d。计较孔板流量计的雷诺数与流道直径和单层灌水量之间的干系,成果见图3。
    流道直径减小,有益于进步丈量精度,但流道太小会增大沿程阻力。流道直径为14 ~ 22 mm,单层灌水量取Q = 5 ~ 50 m3 /d,按照达西- 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 能够看出: 跟着流道直径的增添,流阻较着降落,若要减小压力丧失,流道直径应尽可能大。

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    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 为重力加速率; Re 为雷诺数。

图3 流量与雷诺数间的干系   图4 流道压力丧失曲线
图3 流量与雷诺数间的干系   图4 流道压力丧失曲线

    综合斟酌流态、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规模为14 ~ 22 mm。规范孔板流量计的直径比普通在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,有益于传感器检测,但也会引发压力丧失的增添,若是孔板直径太小,也存在孔板被梗塞的风险。综合斟酌各身分,流量计孔板直径取值规模为5 ~ 16 mm。
    1. 3 小型孔板流量计的摹拟仿真计较
    应用FLUENT 软件与规范孔板流量计流量- 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停止数值摹拟,绘制的流量与压差干系曲线如图5—6 所示。孔板两头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。

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

流道14 mm、孔径5. 1 mm 的速率场、压力场散布
图5 流道14 mm、孔径5. 1 mm 的速率场、压力场散布

 流量与压差干系曲线

图6 流量与压差干系曲线

    在3 ~ 30 m3 /d 流量计设想胜利的根本上,操纵FLUENT 软件对量程别离为15 ~ 150 m3 /d 、30 ~ 400m3 /d 的流量计对应流道停止了摹拟,绘制流量与压差干系曲线如图7—8 所示。

量程15 ~ 150 m3 /d 流道与压差干系曲线

图7 量程15 ~ 150 m3 /d 流道与压差干系曲线

量程30 ~ 400m3 /d 流量与压差干系曲线

图8 量程30 ~ 400m3 /d 流量与压差干系曲线

    能够看出: 孔板两头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掩护
    差压传感器的选型准绳: 流量丈量通道压差丧失小,知足配注器的布局尺寸请求,丈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,蒙受的相对压力能够知足设想请求,传感器综合精度为0. 1%,流量分辩率较高、可辨别0. 5 m3,40 m3 的水流打击为0. 19 MPa( < 0. 2 MPa) ,不易破坏。
    差压传感器蒙受的压差不能跨越任务压差的3倍,为避免高压差或尖峰压力脉冲对传感器的破坏,设想了单向阀和涟漪管掩护组件,与流量计配合够成流量计短节,如图9 所示。此中单向阀掩护组件首要是用来避免长时候的高压差对传感器形成侵害; 涟漪管掩护组件接纳低刚度金属片,敏捷做出缓冲压力较大的脉冲,首要是用来接收疾速的尖峰压力脉冲,避免尖峰压力脉冲破坏。单向阀与涟漪管相反相成能够有用地掩护传感器不被破坏。

流量计短节

图9 流量计短节

2 室内与现场尝试
    2. 1 室内尝试
    在室温25 ℃,流量0 ~ 300 m3 /d 对流量计停止标定,规范流量计的量程规模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,别离停止正路程和反路程流量测试,流量标定命据见表1。

    尝试论断: 尝试流量zui小为2. 6 m3 /d,zui大为286. 1 m3 /d,流量标定zui大偏差正路程为3. 9%,反路程为3. 7%,流量与压力计数呈抛物线干系。将正路程和反路程的丈量数据停止拟合,拟合成果如图11 所示,曲线根基重合,偏差很小,申明流量计反复性高。

流量计标定尝试平台
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

正路程、反路程流量标定命据

正反路程数据拟合曲线

图11 正反路程数据拟合曲线

    2. 2 现场尝试
    在室内尝试胜利的根本上,在GD2-22-24 井长停止了初次现场尝试。该井基层配注30 m3 /d,基层配注20 m3 /d,井下小型孔板流量计丈量值在多功效配注装配上显现基层灌水量32. 3 m3 /d,基层灌水量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停止了超声波流量计测尝试证,分层水量分配成果、超声波流量计测尝试证成果与空中水表计量成果3 个参数符合度到达95%以上。
    该井现场尝试9 个月以来,不时跟踪现场及时测试环境,超声波流量计分层测尝试证成果显现: 井下小型孔板流量计丈量值在多功效配注装配上显现的测试偏差仍小于3%。今朝已展开现场尝试6 口井,测试偏差均小于5%,现场尝试成果杰出。

3 论断
    (1) 小型孔板流量计布局简略、无活动部件,装配于配注装配内,与配注装配在井下持久操纵,停止井下分层灌水量的主动监测。
    (2) 尝试成果显现,小型孔板流量计丈量值较为精确,计量偏差小于5%。
    (3) 单向阀和涟漪管掩护组件有用避免高压差或尖峰压力脉冲对传感器的破坏,进步了流量计的任务靠得住性。

 

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