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孔板流量计与涡街流量计组合丈量气液两相流尝试

作者: 来历: 宣布时候:2019-04-22 11:25:17

       择要:苏里格气田在井间串接、井口带液计量形式下,存在单井产液量没法精确计量的题目。基于孔板流量计、涡街流量计流体丈量现实,将两种流量计串连组合,展开了差别液气比前提下的氛围-水两相流室内尝试,并将差别液气比环境下孔板流量计、品质流量计与组合丈量装配氛围、水的计量偏差停止对照。成果标明:当液气比为 0~100 m3(/ 104 m3)时,气相丈量偏差均低于 5%;当液气比为 3~86 m3(/ 104m3)时,液相丈量偏差根基低于 10%。孔板与组合丈量装配的液相丈量规模广,能够为苏里格气田排水采气井的气液两相计量供给手艺撑持。(图 3,表 2,参 20)

 
       今朝,国际外较成熟的气液两相流的计量首要接纳两种体例:①两个或多个单相流量计组合,按照差别单相流量计对湿气计量的差别虚高特点,成立差别数据模子连系求解得出气液两相流量[1-8],如天津大学的TTWGF 型内锥+文丘里凝析自然气两相流量计[9-11]、英国 Solartron 公司的夹杂器+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、超声波等手艺相连系[13-14],丈量总流量及含气/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收手艺组合式两相流量计。长庆苏里格气田为典范的“三低”气田,为完成低本钱经济高效开辟,全部气田接纳井下节省[15]、井间串接、井口带液计量的中高压集气形式[16],单井计量则接纳孔板流量计或旋进漩涡流量计在井口处计量产宇量,数据无线远传。但该工艺没法计量单井产液量,且在含液状况下宇量计量偏差较大,给展开气井排水采气办法及成果评价带来坚苦,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,现场接纳橇装分手计量装配挪动测试气井气液产量,但该装配施工庞杂、本钱昂扬。“十二·五”时代,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],经由过程差压乐音旌旗灯号与含液率之间的干系模子完成气液两相在线计量,但该手艺只合用于气井投产早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,今朝已大面积接纳排水采气办法以保持一般出产,气井出液纪律首要为间歇出液,天天刹时液量由 0 至几十万立方米,大大增添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,没法知足苏里格气田低本钱开辟的须要。为此,提出了将孔板流量计与涡街流量计相组合丈量气液两相流量的新体例,接纳室内氛围-水两相流停止尝试,以期为苏里格气田气井完成低本钱开辟供给参考。
 
1 丈量道理
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丈量。当流体颠末涡街流量计时,在三角柱的漩涡发生体后的两侧瓜代发生反比于流速的两列漩涡,漩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丈量漩涡开释频次,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整体积流量,m3/h;f 为漩涡的开释频次,Hz;L 为漩涡发生体的特点宽度,mm;St 为斯特劳哈尔数;A 为流体流过漩涡发生体的截面积,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丈量。当流束流经管道内节省件时,会发生局部缩短,使流速增添,并致使静压力下降,在节省件前后发生压降。介质流体的流量越大,在节省件前后发生的压差越大,是以孔板流量计能够经由过程丈量压差来权衡流体流量[20],其计较式为:
压差来权衡流体流量计较公式
 
       式中:q m 为颠末涡街流量计的流体总品质流量,kg/h; C 为流出系数;β 为节省装配直径比;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 气液两相流量丈量
       当气液两相流均匀夹杂时,可将其视为均相流。孔板流量计与涡街流量计手艺成熟,本钱昂贵,将二者串连组合,同时丈量气液夹杂流体的总流量。当流体前后经由过程孔板流量计与涡街流量计时,因为根基处于统一压力、温度体系,现实上两个流量计测得的夹杂流体总流量应相称,并由此推导计较出夹杂流体密度 ρ-:
夹杂流体密度计较公式
       现实上,夹杂流体工况体积流量为气、液两相的体积流量之和,而品质流量则为气、液两相的品质流量之和,即:
为气、液两相的品质流量公式
       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,能够得出气、液各相的标况密度,液相密度与标况密度分歧,而气相密度则接纳抱负气体状况方程计较:
抱负气体状况方程计较公式
       式中:p 0 为管道地点地区的规范大气压,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、液两相体积流量计较公式
 
2 组合丈量尝试
       因为室内不具有利用气田采出液与自然气夹杂两相流的尝试前提,是以接纳今朝中国各研讨机构的通行做法,即利用氛围-水两相流停止摹拟尝试,评价孔板流量计与涡街流量计相组合丈量气液两相流量的丈量精度。
 
2.1 尝试装配
       孔板与涡街流量计组合丈量装配(图 1)由气液夹杂器、孔板流量计、涡街流量计串连构成。该丈量装配管内径为 50 mm,孔板流量计孔板孔径为 15 mm。气液夹杂器可防止气液两相流呈现层状流而影响丈量精度,流量计较机经由过程收罗孔板流量计的差压、压力、温度参数再连系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丈量尝试装配布局表示图
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;氛围与水夹杂后管道内径为 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 个流量丈量点;氛围与流量拔取 100 m3/h、150 m3/h、200 m3/h 这 3 个流量丈量点;液气比规模为0~100 m3(/ 104 m3)。
 
孔板流量计与涡街流量计组合丈量气液两相流量尝试流程(图 2)及其详细步骤以下。
(1)由氛围紧缩机将氛围升压落后入储气罐稳流,而后接纳宇量调理阀对其停止流量调理,再经由过程孔板流量计计量氛围流量。
(2)由水泵将水升压落后入储水罐稳压,而后接纳水流量调理阀对其停止流量调理,再经由过程品质流量计计量液体流量。
(3)将零丁计量后的氛围和水停止夹杂,再流经孔板与涡街组合丈量装配停止气液两相流量丈量。
(4)以孔板流量计计量的氛围流量为规范,将孔板与涡街组合丈量装配测得的氛围流量与其停止对照,计较氛围丈量偏差;以品质流量计计量的水流量为规范,将孔板与涡街组合丈量装配测得的水流量与其停止对照,计较水丈量偏差。气相流量、液相流量丈量偏差的计较式别离为:
气相流量、液相流量丈量误 差的计较式孔板与涡街流量计组合丈量氛围-水两相流室内尝试流程图
 
       经由过程调理差别液气比下氛围、水的流量,待流量计刹时流量显现不变后,记实孔板流量计丈量的氛围刹时流量、品质流量计丈量的水刹时流量、孔板与涡街组合丈量装配丈量的氛围及水刹时流量。按照式(10)、式(11),计较在差别液气比下孔板与涡街组合丈量装配的氛围流量、水流量的丈量偏差(表 1)。
 差别液气比下孔板流量计、品质流量计及孔板与涡街流量计组合丈量氛围、水的丈量偏差对照
 
3 尝试成果
       连系苏里格气田现实环境,尝试拔取液气比在0~100 m3/(104 m3) 规模内展开。在所拔取的规模内,气相偏差均低于 5%(图 3a),标明孔板与涡街组合丈量装配的气相丈量偏差随液气比变更动摇不大。当液气比处于 3~86 m3(/ 104 m3)规模(图 3b)时,液相偏差根基低于 10%;当液气比小于 3 m3(/ 104 m3)时,大局部丈量点的液相偏差超越10%;当液气比小于1 m3(/ 104 m3)时,液相偏差超越 48%,zui大到达 266.67%。
孔板与涡街组合丈量装配丈量气液两相的偏差随液气比 变更趋向图
       今朝,中国已在气田现场尝试利用的气液两相丈量手艺首要有天津大学的内锥与文丘里相组合的凝析自然气丈量手艺、长庆油田油气工艺研讨院的锥形孔板气液两相丈量手艺等[9-10,17]。与上述两种手艺比拟,孔板与涡街组合丈量手艺的丈量精度根基不异,但其液气体比到达 3~86 m3(/ 104m3),标明液相流量丈量规模更广,更合用于苏里格气田排水采气气井的气液两相计量(表 2)。
 孔板与涡街组合丈量与两种经常利用的气液两相丈量手艺对照
 
4 论断
       (1)将孔板流量计与涡街流量计组合串连,可测得气液夹杂流体均匀密度,进而完成夹杂流体的气液两相流量丈量,为苏里格气田的排水采气井的气液两相计量供给了手艺思绪。
       (2)因为氛围-水两相流与气田现场的气液两相流物感性质存在较大差别,接纳氛围-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,下一步须要展开气田现场实流测试,对组合丈量装配布局停止优化,下降气田开辟本钱。
 
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