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孔板流量計與渦街流量計組合丈量氣液兩相流嘗試

作者: 來歷: 宣布時候:2019-04-22 11:25:17

       擇要:蘇里格氣田在井間串接、井口帶液計量形式下,存在單井產液量沒法精確計量的題目。基于孔板流量計、渦街流量計流體丈量現實,將兩種流量計串連組合,展開了差別液氣比前提下的氛圍-水兩相流室內嘗試,并將差別液氣比環境下孔板流量計、品質流量計與組合丈量裝配氛圍、水的計量偏差停止對照。成果標明:當液氣比為 0~100 m3(/ 104 m3)時,氣相丈量偏差均低于 5%;當液氣比為 3~86 m3(/ 104m3)時,液相丈量偏差根基低于 10%。孔板與組合丈量裝配的液相丈量規模廣,能夠為蘇里格氣田排水采氣井的氣液兩相計量供給手藝撐持。(圖 3,表 2,參 20)

 
       今朝,國際外較成熟的氣液兩相流的計量首要接納兩種體例:①兩個或多個單相流量計組合,按照差別單相流量計對濕氣計量的差別虛高特點,成立差別數據模子連系求解得出氣液兩相流量[1-8],如天津大學的TTWGF 型內錐+文丘里凝析自然氣兩相流量計[9-11]、英國 Solartron 公司的夾雜器+雙文丘里氣液兩相流量計[12];②將單相流量計與微波、射線、示蹤、成像、超聲波等手藝相連系[13-14],丈量總流量及含氣/液率,如挪威 Roxor 公司的 V 錐流量計與微波傳感器組合式兩相流量計[12]、蘭州海默科技無限公司的文丘里流量計與低能伽馬射線接收手藝組合式兩相流量計。長慶蘇里格氣田為典范的“三低”氣田,為完成低本錢經濟高效開辟,全部氣田接納井下節省[15]、井間串接、井口帶液計量的中高壓集氣形式[16],單井計量則接納孔板流量計或旋進漩渦流量計在井口處計量產宇量,數據無線遠傳。但該工藝沒法計量單井產液量,且在含液狀況下宇量計量偏差較大,給展開氣井排水采氣辦法及成果評價帶來堅苦,限制了氣田邃密化辦理。為了把握排水采氣氣井的出液環境,現場接納橇裝分手計量裝配挪動測試氣井氣液產量,但該裝配施工龐雜、本錢昂揚。“十二·五”時代,長慶油田開辟了一種低本錢的錐形孔板氣液兩相流量計[17],經由過程差壓樂音旌旗燈號與含液率之間的干系模子完成氣液兩相在線計量,但該手藝只合用于氣井投產早期產量較高的小液量不變流氣井。跟著蘇里格氣田氣井產量逐年降落,今朝已大面積接納排水采氣辦法以保持一般出產,氣井出液紀律首要為間歇出液,天天剎時液量由 0 至幾十萬立方米,大大增添了氣液兩相計量的難度。
 
       但上述兩種首要范例的流量計本錢均較高,沒法知足蘇里格氣田低本錢開辟的須要。為此,提出了將孔板流量計與渦街流量計相組合丈量氣液兩相流量的新方式,接納室內氛圍-水兩相流停止嘗試,以期為蘇里格氣田氣井完成低本錢開辟供給參考。
 
1 丈量道理
1.1 渦街流量計
       渦街流量計合用于氣體、液體等均相流體流量的丈量。當流體顛末渦街流量計時,在三角柱的漩渦發生體后的兩側瓜代發生反比于流速的兩列漩渦,漩渦的開釋頻次與流體均勻速率有關[18-19]。經由過程渦街傳感器丈量漩渦開釋頻次,便可測出流體的均勻流速及工況總流量,其計較式為:
工 況總流量
       式中:qV 為顛末渦街流量計的整體積流量,m3/h;f 為漩渦的開釋頻次,Hz;L 為漩渦發生體的特點寬度,mm;St 為斯特勞哈爾數;A 為流體流過漩渦發生體的截面積,m2。
 
1.2 孔板流量計
       孔板流量計合用于液體、氣體、蒸汽等均相流體流量的丈量。當流束流經管道內節省件時,會發生局部縮短,使流速增添,并致使靜壓力降落,在節省件前后發生壓降。介質流體的流量越大,在節省件前后發生的壓差越大,是以孔板流量計能夠經由過程丈量壓差來權衡流體流量[20],其計較式為:
壓差來權衡流體流量計較公式
 
       式中:q m 為顛末渦街流量計的流體總品質流量,kg/h; C 為流出系數;β 為節省裝配直徑比;ε 為收縮系數;d 為孔板孔徑,mm;ρ 為流體密度,kg/m3;Δp 為壓差,MPa。
 
1.3 氣液兩相流量丈量
       當氣液兩相流均勻夾雜時,可將其視為均相流。孔板流量計與渦街流量計手藝成熟,本錢昂貴,將二者串連組合,同時丈量氣液夾雜流體的總流量。當流體前后經由過程孔板流量計與渦街流量計時,因為根基處于統一壓力、溫度體系,現實上兩個流量計測得的夾雜流體總流量應相稱,并由此推導計較出夾雜流體密度 ρ-:
夾雜流體密度計較公式
       現實上,夾雜流體工況體積流量為氣、液兩相的體積流量之和,而品質流量則為氣、液兩相的品質流量之和,即:
為氣、液兩相的品質流量公式
       式中:q g、q l 別離為氣體流量、液體流量,m3/h;ρ g、ρ l 別離為氣體密度、液體密度,kg/m3。
 
       經由過程取樣化驗,能夠得出氣、液各相的標況密度,液相密度與標況密度分歧,而氣相密度則接納抱負氣體狀況方程計較:
抱負氣體狀況方程計較公式
       式中:p 0 為管道地點地區的規范大氣壓,MPa;ρ g0 為氣相標況密度,kg/m3;t 為流體溫度,℃;p 為流體壓力,MPa。
 
       由式(5)~式(7)便可推導出氣、液兩相體積流量:
出氣、液兩相體積流量計較公式
 
2 組合丈量嘗試
       因為室內不具有利用氣田采出液與自然氣夾雜兩相流的嘗試前提,是以接納今朝中國各研討機構的通行做法,即利用氛圍-水兩相流停止摹擬嘗試,評價孔板流量計與渦街流量計相組合丈量氣液兩相流量的丈量精度。
 
2.1 嘗試裝配
       孔板與渦街流量計組合丈量裝配(圖 1)由氣液夾雜器、孔板流量計、渦街流量計串連構成。該丈量裝配管內徑為 50 mm,孔板流量計孔板孔徑為 15 mm。氣液夾雜器可防止氣液兩相流呈現層狀流而影響丈量精度,流量計較機經由過程收羅孔板流量計的差壓、壓力、溫度參數再連系渦街流量計測得的體積流量參數,經由過程式(8)、式(9)計較出氣液兩相流量。
孔板與渦街流量計組合丈量嘗試裝配布局表示圖
2.2 嘗試流程
       嘗試參數以下:嘗試介質為水、氛圍,密度別離為 1.209 kg/m3、998 kg/m3;嘗試溫度為常溫;氛圍管道內徑為 50 mm;水管道內徑包含 40 mm 和 15 mm 兩種,并聯為兩路;氛圍與水夾雜后管道內徑為 50 mm;嘗試壓力為 0.8~0.9 MPa;水流量拔取 0.01~1.5 m3/h之間 16~21 個流量丈量點;氛圍與流量拔取 100 m3/h、150 m3/h、200 m3/h 這 3 個流量丈量點;液氣比規模為0~100 m3(/ 104 m3)。
 
孔板流量計與渦街流量計組合丈量氣液兩相流量嘗試流程(圖 2)及其詳細步驟以下。
(1)由氛圍緊縮機將氛圍升壓落后入儲氣罐穩流,而后接納宇量調理閥對其停止流量調理,再經由過程孔板流量計計量氛圍流量。
(2)由水泵將水升壓落后入儲水罐穩壓,而后接納水流量調理閥對其停止流量調理,再經由過程品質流量計計量液體流量。
(3)將零丁計量后的氛圍和水停止夾雜,再流經孔板與渦街組合丈量裝配停止氣液兩相流量丈量。
(4)以孔板流量計計量的氛圍流量為規范,將孔板與渦街組合丈量裝配測得的氛圍流量與其停止對照,計較氛圍丈量偏差;以品質流量計計量的水流量為規范,將孔板與渦街組合丈量裝配測得的水流量與其停止對照,計較水丈量偏差。氣相流量、液相流量丈量偏差的計較式別離為:
氣相流量、液相流量丈量誤 差的計較式孔板與渦街流量計組合丈量氛圍-水兩相流室內嘗試流程圖
 
       經由過程調理差別液氣比下氛圍、水的流量,待流量計剎時流量顯現不變后,記實孔板流量計丈量的氛圍剎時流量、品質流量計丈量的水剎時流量、孔板與渦街組合丈量裝配丈量的氛圍及水剎時流量。按照式(10)、式(11),計較在差別液氣比下孔板與渦街組合丈量裝配的氛圍流量、水流量的丈量偏差(表 1)。
 差別液氣比下孔板流量計、品質流量計及孔板與渦街流量計組合丈量氛圍、水的丈量偏差對照
 
3 嘗試成果
       連系蘇里格氣田現實環境,嘗試拔取液氣比在0~100 m3/(104 m3) 規模內展開。在所拔取的規模內,氣相偏差均低于 5%(圖 3a),標明孔板與渦街組合丈量裝配的氣相丈量偏差隨液氣比變更動搖不大。當液氣比處于 3~86 m3(/ 104 m3)規模(圖 3b)時,液相偏差根基低于 10%;當液氣比小于 3 m3(/ 104 m3)時,大局部丈量點的液相偏差超越10%;當液氣比小于1 m3(/ 104 m3)時,液相偏差超越 48%,zui大到達 266.67%。
孔板與渦街組合丈量裝配丈量氣液兩相的偏差隨液氣比 變更趨向圖
       今朝,中國已在氣田現場嘗試操縱的氣液兩相丈量手藝首要有天津大學的內錐與文丘里相組合的凝析自然氣丈量手藝、長慶油田油氣工藝研討院的錐形孔板氣液兩相丈量手藝等[9-10,17]。與上述兩種手藝比擬,孔板與渦街組合丈量手藝的丈量精度根基不異,但其液氣體比到達 3~86 m3(/ 104m3),標明液相流量丈量規模更廣,更合用于蘇里格氣田排水采氣氣井的氣液兩相計量(表 2)。
 孔板與渦街組合丈量與兩種經常利用的氣液兩相丈量手藝對照
 
4 論斷
       (1)將孔板流量計與渦街流量計組合串連,可測得氣液夾雜流體均勻密度,進而完成夾雜流體的氣液兩相流量丈量,為蘇里格氣田的排水采氣井的氣液兩相計量供給了手藝思緒。
       (2)因為氛圍-水兩相流與氣田現場的氣液兩相流物感性質存在較大差別,接納氛圍-水作為嘗試介質摹擬現場實在的氣液兩相流存在必然范圍性,下一步須要展開氣田現場實流測試,對組合丈量裝配布局停止優化,降落氣田開辟本錢。
 
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