摘要(yao):通過将(jiang) 流量計(ji) 安裝在(zai)注水井(jing)配注裝(zhuang)置内，實(shi)現井下(xia)分層注(zhu)水量的(de)自動監(jian)測。目前(qian)地面上(shang)進行流(liu)量測量(liang)的流量(liang)計種類(lei)🧡較多，但(dan)大❄️多不(bu)适合🌈在(zai)井下長(zhang)期使用(yong)，且無法(fa)滿足配(pei)注裝置(zhi)内部的(de)空間要(yao)求。對比(bi)油田測(ce)試常用(yong)流量計(ji)的功能(neng)特點，優(you)選流量(liang)測量方(fang)式;綜合(he)考慮流(liu)态、結構(gou)尺寸約(yue)束和壓(ya)力損失(shi)等❌因素(su)并通過(guo)FLUENT軟件模(mo)拟确定(ding)了流量(liang)計的尺(chi)寸，優選(xuan) 差壓傳(chuan)感器 并(bing)設計保(bao)護組件(jian)。室内試(shi)驗與現(xian)場試驗(yan)表明:流(liu)量計測(ce)量值較(jiao)爲準确(que)，測量誤(wu)差小于(yu)5%。
　　油田針(zhen)對分層(ceng)注水井(jing)測調工(gong)藝繁瑣(suo)、工作量(liang)大［1］、不🛀🏻能(neng)實時監(jian)測分層(ceng)注水量(liang)并根據(ju)總注水(shui)量的變(bian)化對井(jing)⁉️下分層(ceng)水嘴進(jin)行實時(shi)調節等(deng)問題。井(jing)下分層(ceng)注水量(liang)的自動(dong)監測，通(tong)過将流(liu)量計安(an)裝在配(pei)注裝置(zhi)内實現(xian)，流量計(ji)有小型(xing)化、結構(gou)簡單、無(wu)☀️運動部(bu)件、穩定(ding)可靠等(deng)✂️基本要(yao)求。目前(qian)用來在(zai)地面上(shang)實現流(liu)量測量(liang)的流量(liang)計有幾(ji)十種之(zhi)☀️多，但大(da)多不适(shi)合在井(jing)下長期(qi)使用，一(yi)💯方面由(you)于地面(mian)和井下(xia)的環境(jing)差異(溫(wen)度、壓力(li))，另一方(fang)面是目(mu)前的流(liu)量計的(de)體積、安(an)裝方式(shi)無❤️法直(zhi)接用于(yu)配注裝(zhuang)🌈置上，因(yin)此需要(yao)根據現(xian)有流量(liang)測量原(yuan)理，适合(he)🌏于井下(xia)流量測(ce)♌量的小(xiao)型⛷️流量(liang)計。
1小型(xing)孔闆流(liu)量計的(de)設計
1.1流(liu)量測量(liang)方式的(de)選擇
對(dui)井下分(fen)層注水(shui)量自動(dong)監測使(shi)用的流(liu)量計有(you)以下要(yao)求:
(1)長期(qi)使用的(de)可靠性(xing)。目前井(jing)下常用(yong)流量計(ji)的使用(yong)僅☎️限于(yu)測試，測(ce)試後即(ji)可進行(hang)維護、标(biao)定。所述(shu)的流量(liang)計♈，在井(jing)下長時(shi)間連續(xu)使用，其(qi)可靠性(xing)要求遠(yuan)大🐆于目(mu)前使用(yong)的流量(liang)計。
(2)結構(gou)緊湊。流(liu)量計安(an)裝于配(pei)注裝置(zhi)的環空(kong)内，空間(jian)位置有(you)限，流量(liang)計的直(zhi)徑受到(dao)限制，其(qi)直徑小(xiao)于30mm。
(3)具備(bei)抗堵塞(sai)能力。分(fen)層計量(liang)流量計(ji)的通道(dao)較小，容(rong)易産生(sheng)🚶堵💜塞，需(xu)保持流(liu)道通暢(chang)。
　　進行流(liu)量測量(liang)方式的(de)選取。電(dian)磁流量(liang)計和超(chao)聲波流(liu)量🚶‍♀️計結(jie)⭐構🌈較複(fu)雜［2－3］，小型(xing)化則結(jie)構設計(ji)困難;渦(wo)街流量(liang)計怕震(zhen)動［4］，不利(li)于井下(xia)長期使(shi)用;靶式(shi)流量計(ji)對流體(ti)🌈的要求(qiu)較高［5］，不(bu)适用于(yu)低雷諾(nuo)數測量(liang)，且流📐體(ti)必須充(chong)滿流量(liang)計的測(ce)量管;标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)采用圓(yuan)形薄壁(bi)孔闆，性(xing)能穩定(ding)可靠，使(shi)用🏃‍♂️壽命(ming)長［6］，常用(yong)來做污(wu)水計量(liang)😘，此外孔(kong)闆流量(liang)計結構(gou)簡單，易(yi)🈚于實現(xian)小型化(hua)設計，因(yin)此流量(liang)測量方(fang)式選用(yong)孔闆式(shi)。
1.2小型孔(kong)闆流量(liang)計的設(she)計
　　按照(zhao)配注裝(zhuang)置整體(ti)結構排(pai)布(截面(mian)如圖1所(suo)示)，流量(liang)計📱測量(liang)通道🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的(de)最大外(wai)徑爲26mm。由(you)于配注(zhu)裝置結(jie)構緊湊(cou)，按照 标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji) 法蘭夾(jia)持孔闆(pan)的結構(gou)形式無(wu)法實現(xian)，因此在(zai)小型化(hua)的設計(ji)上✊，取消(xiao)了法蘭(lan)連接，大(da)大縮小(xiao)了外徑(jing)尺🛀寸，如(ru)🌏圖2所㊙️示(shi)。


　　 孔闆流(liu)量計 的(de)設計首(shou)先應保(bao)證流道(dao)内的流(liu)體處于(yu)紊流狀(zhuang)态⚽，避免(mian)流态變(bian)化引起(qi)流量測(ce)量誤差(cha)。由于結(jie)構約束(shu)關系👨‍❤️‍👨，孔(kong)闆流量(liang)計的流(liu)道直徑(jing)設計爲(wei)14～22mm，單層注(zhu)水量取(qu)Q=2～20m3/d。計算孔(kong)闆流量(liang)計的雷(lei)諾數與(yu)流道🌍直(zhi)徑和單(dan)層注水(shui)量之間(jian)的關系(xi)，結果見(jian)圖3。
　　流道(dao)直徑減(jian)小，有利(li)于提高(gao)測量精(jing)度，但流(liu)道過小(xiao)會增🤩大(da)沿程💋阻(zu)力。流道(dao)直徑爲(wei)14～22mm，單層注(zhu)水量取(qu)Q=5～50m3/d，按照達(da)西－韋斯(si)巴赫公(gong)式㊙️(1)與布(bu)拉修斯(si)公式(2)［7］計(ji)算流量(liang)計♉流道(dao)内⭐的壓(ya)力損失(shi)。從圖4可(ke)以✍️看出(chu):随着流(liu)道直徑(jing)的增加(jia)，流阻明(ming)顯下降(jiang)，若要減(jian)小壓力(li)損失，流(liu)道直徑(jing)應盡量(liang)大。

式中(zhong):hf爲沿程(cheng)阻力損(sun)失;λ爲沿(yan)程阻力(li)系數;L爲(wei)流道長(zhang)度;v爲☔平(ping)均流速(su);D爲流道(dao)直徑;g爲(wei)重力加(jia)速度;Re爲(wei)雷諾數(shu)。

　　綜合考(kao)慮流态(tai)、結構尺(chi)寸約束(shu)和壓力(li)損失等(deng)因素🏃🏻，小(xiao)型流量(liang)計流道(dao)直徑取(qu)值範圍(wei)爲14～22mm。标準(zhun)孔闆流(liu)量計的(de)✊直徑比(bi)一般在(zai)0.2～0.75之間［8］。根(gen)據以上(shang)分析取(qu)流道直(zhi)徑的1/3～1/2作(zuo)爲孔闆(pan)直徑較(jiao)爲合适(shi)👨‍❤️‍👨。孔闆直(zhi)徑越小(xiao)，流量✨計(ji)靈敏度(du)會越高(gao)，有利于(yu)傳感🧡器(qi)檢測，但(dan)也會引(yin)起🈲壓力(li)損失的(de)增加，如(ru)果孔闆(pan)直徑過(guo)小🆚，也存(cun)在孔闆(pan)被堵塞(sai)的危險(xian)。綜合考(kao)慮各因(yin)素，流量(liang)計孔闆(pan)直徑取(qu)值範圍(wei)爲5～16mm。
1.3小型(xing)孔闆流(liu)量計的(de)模拟仿(pang)真計算(suan)
　　運用FLUENT軟(ruan)件與标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)流量－壓(ya)差計算(suan)公式⭐(3)，對(dui)量程爲(wei)3～30m3/d的流量(liang)計對應(ying)的流道(dao)結構進(jin)行數值(zhi)模🌈拟，繪(hui)制的流(liu)量🥵與壓(ya)差關系(xi)曲線如(ru)圖5—6所示(shi)。孔闆兩(liang)端最高(gao)壓差爲(wei)0.2MPa時，對應(ying)流量計(ji)的流道(dao)尺寸爲(wei):流道直(zhi)徑14mm，孔闆(pan)直徑5.1mm。

式(shi)中:qv爲體(ti)積流量(liang);C爲修正(zheng)系數;β爲(wei)流量計(ji)的直徑(jing)比㊙️;A0爲流(liu)👨‍❤️‍👨道橫截(jie)面積;Δp爲(wei)流道出(chu)口與入(ru)口處的(de)壓差;ρ爲(wei)流體密(mi)度。


　　在3～30m3/d流量(liang)計設計(ji)成功的(de)基礎上(shang)，利用FLUENT軟(ruan)件對量(liang)程分别(bie)🐇爲15～150m3/d、30～400m3/d的流(liu)量計對(dui)應流道(dao)進行了(le)模拟，繪(hui)制流量(liang)與壓差(cha)關系曲(qu)線如圖(tu)♍7—8所示。


　　可以看(kan)出:孔闆(pan)兩端最(zui)高壓差(cha)爲0.2MPa時，量(liang)程15～150m3/d對應(ying)流量計(ji)的流道(dao)尺寸爲(wei):流道直(zhi)徑18mm，孔闆(pan)直徑10.3mm;量(liang)程30～400m3/d對應(ying)流量計(ji)的流道(dao)尺寸爲(wei):流道直(zhi)徑20mm，孔闆(pan)直徑15mm。
1.4差(cha)壓傳感(gan)器的優(you)選與保(bao)護
　　差壓(ya)傳感器(qi)的選型(xing)原則:流(liu)量測量(liang)通道壓(ya)差損失(shi)小🐆，滿🏃‍♂️足(zu)配注器(qi)的結構(gou)尺寸要(yao)求，測量(liang)精度高(gao)以及耐(nai)高溫高(gao)🌈壓。選擇(ze)的差壓(ya)❓傳感器(qi)性能參(can)數如下(xia):差⭐壓0～0.2MPa、精(jing)度0.1%、耐溫(wen)－40℃～125℃、外形尺(chi)寸19mm×35mm。
　　選用(yong)該差壓(ya)傳感器(qi)，承受的(de)絕對壓(ya)力可以(yi)滿足設(she)計要求(qiu)，傳🧑🏽‍🤝‍🧑🏻感器(qi)綜合精(jing)度爲0．1%，流(liu)量分辨(bian)率較高(gao)、可區分(fen)0．5m3，40m3的水流(liu)沖擊爲(wei)0.19MPa(＜0.2MPa)，不♍易損(sun)壞。
　　差壓(ya)傳感器(qi)承受的(de)壓差不(bu)能超過(guo)工作壓(ya)差的3倍(bei)，爲防止(zhi)高💞壓差(cha)或尖峰(feng)壓力脈(mo)沖對傳(chuan)感器的(de)損壞🔱，設(she)計了單(dan)🤞向閥和(he)波紋管(guan)保護組(zu)件，與流(liu)量計共(gong)同💃🏻夠成(cheng)流量計(ji)短節，如(ru)圖9所示(shi)。其中單(dan)向🌈閥保(bao)護組件(jian)主要是(shi)用來防(fang)止長時(shi)間的高(gao)壓差對(dui)傳🔴感器(qi)造成☁️損(sun)害;波紋(wen)管❗保護(hu)組件采(cai)用低剛(gang)度金屬(shu)片，迅速(su)做出緩(huan)沖壓力(li)較大的(de)脈沖，主(zhu)要是用(yong)來吸收(shou)快速的(de)尖峰壓(ya)力脈沖(chong)，防止尖(jian)峰💯壓力(li)脈沖🈲損(sun)壞。單向(xiang)閥與波(bo)紋管相(xiang)輔相成(cheng)可以有(you)效地保(bao)護傳💚感(gan)器不被(bei)損♍壞。

2室内(nei)與現場(chang)試驗
2.1室(shi)内試驗(yan)
　　在室溫(wen)25℃，流量0～300m3/d對(dui)流量計(ji)進行标(biao)定，标準(zhun)流量計(ji)的量程(cheng)🌂範圍1.5～450m3/d，精(jing)👨‍❤️‍👨度0.1%。在圖(tu)10所示的(de)流量計(ji)标定實(shi)驗平台(tai)上，分别(bie)進行正(zheng)行程和(he)🐆反行程(cheng)流量測(ce)試，流量(liang)标定數(shu)據見表(biao)1。
　　試驗結(jie)論:試驗(yan)流量最(zui)小爲2.6m3/d，最(zui)大爲286.1m3/d，流(liu)量标定(ding)最大誤(wu)差正行(hang)程爲3.9%，反(fan)行程爲(wei)3.7%，流量與(yu)壓力計(ji)數呈抛(pao)物線關(guan)系。将🏃🏻正(zheng)行🌏程和(he)反行程(cheng)的測量(liang)數據進(jin)行拟合(he)，拟合結(jie)果如圖(tu)11所示，曲(qu)線基本(ben)重合，誤(wu)🚩差很小(xiao)，說明流(liu)量計重(zhong)複性高(gao)。



2.2現場(chang)試驗
　　該(gai)井上層(ceng)配注30m3/d，下(xia)層配注(zhu)20m3/d，井下小(xiao)型孔闆(pan)流量計(ji)測量值(zhi)在多功(gong)能配注(zhu)裝置上(shang)顯示上(shang)層注水(shui)量32.3m3/d，下層(ceng)💋注水量(liang)19.4m3/d，地面水(shui)表顯示(shi)50m3/d。爲驗證(zheng)分層流(liu)量調配(pei)結果是(shi)否準确(que)進行了(le)超聲💁波(bo)流量計(ji)測試👅驗(yan)證，分層(ceng)水🈲量調(diao)配結果(guo)、超聲波(bo)🔆流量計(ji)測試驗(yan)證結果(guo)與地面(mian)水表計(ji)量結果(guo)3個參數(shu)吻合度(du)達到95%以(yi)上。
　　該井(jing)現場試(shi)驗9個月(yue)以來，不(bu)斷跟蹤(zong)現場實(shi)時測試(shi)情況，超(chao)聲波流(liu)量計分(fen)層測試(shi)驗證結(jie)果顯示(shi):井下小(xiao)型孔闆(pan)流量計(ji)測🐅量值(zhi)在多功(gong)能配注(zhu)裝置上(shang)顯示的(de)測試誤(wu)差仍小(xiao)于3%。目前(qian)已⭕開展(zhan)現場試(shi)驗6口井(jing)，測試誤(wu)差均小(xiao)于5%，現場(chang)試驗效(xiao)果良好(hao)。
3結論
(1)小(xiao)型孔闆(pan)流量計(ji)結構簡(jian)單、無運(yun)動部件(jian)，安裝于(yu)配注㊙️裝(zhuang)置💰内，與(yu)配注裝(zhuang)置在井(jing)下長期(qi)使用，進(jin)行井下(xia)🏃分層注(zhu)水量的(de)自動監(jian)測。
(2)試驗(yan)結果顯(xian)示，小型(xing)孔闆流(liu)量計測(ce)量值較(jiao)爲準确(que)，計量誤(wu)差小于(yu)5%。
(3)單向閥(fa)和波紋(wen)管保護(hu)組件有(you)效防止(zhi)高壓差(cha)或尖峰(feng)壓力脈(mo)沖㊙️對傳(chuan)感器的(de)損壞，提(ti)高了流(liu)量計的(de)工作可(ke)靠性。

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