摘要:通過(guo)将 流量計 安裝(zhuāng)在注水井配注(zhu)裝置内，實現井(jǐng)下分層注水量(liàng)的自動監測。目(mù)前地面上進行(háng)流量測量的流(liu)量計☀️種類較多(duō)，但大多不适合(hé)在井下長期使(shi)用，且無法滿足(zú)配注裝置内部(bù)的空間要求。對(dui)比☔油田測試常(cháng)💚用流量計的功(gōng)能特點，優選流(liú)♌量測量方式;綜(zōng)合考慮流态、結(jié)構尺寸約束和(hé)壓力損失等因(yin)素并通過⛷️FLUENT軟件(jian)模拟确定了流(liú)量計的尺寸，優(yōu)選 差壓傳感器(qi) 并設計保護組(zu)件。室内試驗與(yu)現場試驗表明(míng):流量計測量值(zhí)較爲準确，測量(liàng)誤差小于5%。
　　油田(tián)針對分層注水(shuǐ)井測調工藝繁(fan)瑣、工作量大［1］、不(bú)能實時🌈監測分(fen)層注水量并根(gēn)據總注水量的(de)變化對井🎯下分(fèn)層水嘴進行實(shi)時調節等問題(ti)。井下分層注水(shui)量📧的自動監測(cè)，通過将流量計(ji)安裝在配注裝(zhuāng)📧置内實現，流量(liang)計有小型化、結(jie)構簡單、無運動(dong)部件、穩定可靠(kào)等基本要求。目(mù)前用來在地面(miàn)上實現流🔴量測(ce)量的流🏃🏻量計有(yǒu)幾十種之多，但(dàn)大多不适合在(zài)井下長期使用(yong)，一方面由于地(di)面和🏃井下的環(huán)境差異(溫度、壓(yā)力)，另一方面是(shi)目前的流量計(jì)的體積、安⁉️裝方(fāng)式無✉️法直接用(yong)于配注裝⛱️置上(shang)，因此需要根據(ju)現有流量測量(liàng)原理，适合于井(jing)下流量測🎯量的(de)小型流量計。
1小(xiǎo)型孔闆流量計(jì)的設計
1.1流量測(cè)量方式的選擇(ze)
對井下分層注(zhu)水量自動監測(cè)使用的流量計(jì)有以下要求:
(1)長(zhang)期使用的可靠(kao)性。目前井下常(cháng)用流量計的使(shǐ)用📞僅限于測試(shì)，測試後即可進(jìn)行維護、标定。所(suo)述的流👉量計，在(zai)井下長時間連(lián)續🛀🏻使用，其可靠(kào)性要求遠大于(yu)目前💃🏻使用的流(liú)量計。
(2)結構緊湊(còu)。流量計安裝于(yu)配注裝置的環(huán)空内，空間位置(zhì)有限，流量計的(de)直徑受到限制(zhi)，其直徑小于30mm。
(3)具(jù)備抗堵塞能力(li)。分層計量流量(liàng)計的通道較小(xiao)，容易産☔生堵塞(sai)，需保持流道通(tōng)暢。
　　進行流量測(ce)量方式的選取(qu)。電磁流量計和(he)超聲波流量計(jì)結構較複雜［2－3］，小(xiǎo)型化則結構設(shè)計困難;渦街流(liú)量計怕震動🌍［4］，不(bú)利于井下長期(qi)使用;靶式流量(liang)計對流體的要(yào)求較高［5］，不🤞适用(yong)于低雷諾數測(ce)量，且流體必須(xū)充滿流量計☔的(de)測量管;标準孔(kǒng)闆流量計采用(yòng)圓形薄壁孔闆(pan)，性能穩定可靠(kào)，使用❓壽命長［6］，常(chang)用來做污水計(ji)量，此外孔闆流(liu)量計結構簡單(dan)，易👄于實現小型(xíng)化設計，因此流(liú)量測量方式選(xuǎn)用孔闆式。
1.2小型(xing)孔闆流量計的(de)設計
　　按照配注(zhù)裝置整體結構(gòu)排布(截面如圖(tú)1所示)，流量計測(ce)❌量通💰道⛹🏻‍♀️的最大(dà)外徑爲26mm。由于配(pèi)注裝置結構緊(jǐn)湊，按照 标準孔(kong)闆流量計 法蘭(lan)夾持孔闆的結(jié)構形式無法實(shi)現，因此在小型(xíng)化的設計⛱️上，取(qǔ)消了法蘭連接(jiē)，大大縮小了外(wai)徑尺寸，如💋圖2所(suo)示。


　　 孔闆(pan)流量計 的設計(jì)首先應保證流(liú)道内的流體處(chu)于紊流狀态，避(bi)免流态👉變化引(yǐn)起流量測量誤(wù)差。由于結構約(yue)束關系🔆，孔闆✊流(liú)量計的流道🔴直(zhí)徑設計爲14～22mm，單層(céng)注水量取Q=2～20m3/d。計算(suan)孔闆流量計的(de)雷諾數🏃‍♀️與流道(dao)💃直徑和單層注(zhu)水量之間的關(guān)系，結果見圖3。
　　流(liu)道直徑減小，有(you)利于提高測量(liàng)精度，但流道過(guo)小會⛱️增大沿程(chéng)阻力。流道直徑(jìng)爲14～22mm，單層注水量(liang)取Q=5～50m3/d，按照🤟達西📧－韋(wei)斯巴赫💋公式(1)與(yǔ)布拉修斯公式(shi)(2)［7］計算流量計⭐流(liú)道内的壓力損(sun)失。從🥵圖4可以看(kan)出:随着流道直(zhí)徑🏃🏻的增加，流阻(zu)明顯下降，若要(yao)減小壓力損失(shī)，流道直徑應盡(jin)量大⛷️。

式中:hf爲沿(yan)程阻力損失;λ爲(wèi)沿程阻力系數(shu);L爲流道長度;v爲(wèi)平均流速;D爲流(liú)道直徑;g爲重力(li)加速度;Re爲雷諾(nuò)數。

　　綜合考慮流(liú)态、結構尺寸約(yuē)束和壓力損失(shī)等因素，小型✏️流(liú)量計🏃‍♀️流道直徑(jing)取值範圍爲14～22mm。标(biao)準孔闆流量計(ji)的💞直徑🌐比一✍️般(bān)在🌈0.2～0.75之間📐［8］。根據以(yi)上分析取流道(dào)直❤️徑的1/3～1/2作爲孔(kǒng)闆🧡直徑較爲合(hé)适♈。孔闆直徑越(yue)小，流量計靈敏(mǐn)度會越高，有♌利(li)于傳感器檢測(ce)，但也會引起壓(yā)力損失的📱增加(jia)，如果孔闆直徑(jìng)過小，也存在孔(kong)闆🈲被堵塞的危(wēi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼險。綜合考慮各(ge)因🌏素，流量計孔(kǒng)闆直徑取值範(fàn)圍爲5～16mm。
1.3小型孔闆(pan)流量計的模拟(nǐ)仿真計算
　　運用(yòng)FLUENT軟件與标準孔(kǒng)闆流量計流量(liang)－壓差計算公式(shì)(3)，對量程爲☔3～30m3/d的流(liu)量計對應的流(liú)道結構進行數(shu)值模📞拟，繪🌈制的(de)流量與壓差關(guan)☁️系曲線如圖5—6所(suǒ)示。孔闆兩🏃端最(zui)高壓差爲0.2MPa時，對(duì)應流量計的流(liu)道尺寸爲:流道(dào)✂️直徑14mm，孔闆直徑(jìng)5.1mm。

式中:qv爲體積流(liu)量;C爲修正系數(shù);β爲流量計的直(zhí)徑比;A0爲流道橫(heng)截面積;Δp爲流道(dào)出口與入口處(chu)的壓差;ρ爲流體(ti)密度。


　　在3～30m3/d流量計設(she)計成功的基礎(chǔ)上，利用FLUENT軟件對(duì)量程分别爲15～150m3/d、30～400m3/d的(de)流量計對應流(liu)道進行了模拟(ni)，繪制流量與壓(yā)差關系曲線如(ru)圖🌏7—8所示。


　　可以(yǐ)看出:孔闆兩端(duan)最高壓差爲0.2MPa時(shí)，量程15～150m3/d對應流量(liang)計的☔流道尺😄寸(cun)爲:流道直徑18mm，孔(kong)闆直徑10.3mm;量程30～400m3/d對(duì)應流量計的流(liú)道尺寸爲:流道(dao)直徑20mm，孔闆直徑(jing)15mm。
1.4差壓傳感器的(de)優選與保護
　　差(cha)壓傳感器的選(xuǎn)型原則:流量測(cè)量通道壓差損(sun)失小，滿足配🏃🏻注(zhu)器的結構尺寸(cun)要求，測量精度(du)高以及耐高溫(wen)高壓。選擇的差(chà)壓傳感器性能(néng)參數如下:差壓(ya)0～0.2MPa、精度0.1%、耐溫－40℃～125℃、外形(xíng)尺寸19mm×35mm。
　　選用該差(cha)壓傳感器，承受(shòu)的絕對壓力可(ke)以滿足設🈲計要(yào)求，傳㊙️感器綜合(he)精度爲0．1%，流量分(fèn)辨率較高、可區(qu)⭐分0．5m3，40m3的水流沖擊(ji)爲0.19MPa(＜0.2MPa)，不易損壞。
　　差(cha)壓傳感器承受(shòu)的壓差不能超(chāo)過工作壓差的(de)3倍，爲防止高壓(ya)差或尖峰壓力(li)脈沖對傳感器(qì)的損壞，設計了(le)單❌向閥和波紋(wen)管保護組件，與(yu)流量計共同㊙️夠(gou)成流量計短節(jie)，如圖9所示。其中(zhōng)單向閥保護組(zǔ)件主要是用來(lái)防止長時間的(de)高壓差對傳🆚感(gǎn)器造成🔞損害;波(bō)紋管保護組件(jian)采用低剛度金(jin)屬片，迅速做🏃出(chū)緩沖壓力較大(dà)的脈沖，主要是(shì)用來吸收快速(su)的尖峰壓力💰脈(mò)沖，防止尖峰壓(ya)力脈沖損壞。單(dān)向閥與波紋管(guǎn)相輔相成可以(yǐ)有效地保護傳(chuan)感器不被損👉壞(huài)。

2室(shì)内與現場試驗(yàn)
2.1室内試驗
　　在室(shì)溫25℃，流量0～300m3/d對流量(liang)計進行标定，标(biao)準流量計的量(liang)程範圍1.5～450m3/d，精度0.1%。在(zai)圖10所示的流量(liang)計标定實驗平(ping)台上，分别進行(háng)正行程和反行(háng)程流量測試，流(liu)量标定數據見(jian)表1。
　　試驗結論:試(shi)驗流量最小爲(wèi)2.6m3/d，最大爲286.1m3/d，流量标(biao)定最大♻️誤差正(zhèng)行程爲3.9%，反行程(cheng)爲3.7%，流量與壓力(li)計數呈抛物線(xian)關系。将🌈正行程(chéng)和🔞反行程的測(ce)量數據進行拟(ni)合，拟合結果如(rú)圖11所示，曲線基(ji)本重合，誤差很(hěn)小，說明流量計(jì)重複性高。



2.2現(xian)場試驗
　　該井上(shàng)層配注30m3/d，下層配(pei)注20m3/d，井下小型孔(kǒng)闆流量計測量(liang)☂️值在💋多⛷️功能配(pèi)注裝置上顯示(shì)上層注水量32.3m3/d，下(xia)層注水量19.4m3/d，地面(miàn)水表顯示50m3/d。爲🌏驗(yàn)證分層流量調(diào)配結果是否準(zhǔn)确進行了超聲(sheng)🔆波流量計測試(shi)驗證，分層水量(liàng)調配結果、超聲(sheng)波🚩流量計測試(shi)驗證結果與地(dì)面水表計量結(jié)果3個參數吻合(he)度達到95%以😍上。
　　該(gai)井現場試驗9個(gè)月以來，不斷跟(gēn)蹤現場實時測(ce)試情況，超🔅聲波(bo)流量計分層測(cè)試驗證結果顯(xian)示:井下小型孔(kǒng)闆流量🔴計測量(liang)值在多功能配(pei)注裝置上顯示(shì)的測試誤差👉仍(reng)小于3%。目前已🌏開(kai)展現場試驗6口(kǒu)井🌈，測試誤差均(jun1)小于5%，現場試驗(yan)效☂️果良好。
3結論(lun)
(1)小型孔闆流量(liàng)計結構簡單、無(wu)運動部件，安裝(zhuang)于配注🚶裝置内(nèi)，與配注裝置在(zai)井下長期使用(yòng)，進行井下分層(céng)注水量的自動(dong)監測。
(2)試驗結果(guǒ)顯示，小型孔闆(pan)流量計測量值(zhí)較爲準确，計量(liang)🌍誤差🏃‍♀️小于5%。
(3)單向(xiàng)閥和波紋管保(bǎo)護組件有效防(fang)止高壓差或尖(jian)峰壓🚩力脈沖對(dui)傳感器的損壞(huai)，提高了流量計(jì)的工作可靠性(xing)。

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