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第32卷第1期
西南石油大学学报(自然科学版)
Vol 32 No. 1
2010年2月
Tournal of Southwest Petroleum University(Science &Technology Edition)
文章编号:1674-5086(2010)01-0151-04
基于文丘里的井下流量计量
冯定',徐冠军,黄朝斌
(1.长江大学机械工程学院,湖北判州434023:2.中国石化汇汉石油管理局第四石油机械厂、湖北荆州434024)
摘要:井下流量计量与控制技术已成为油田开发、以及智能油田技术不可缺少的重要分支技术,由其测得的并下相
关数据为油田的生产和管理提供可靠的理论依据。本文基于井下油气水三相混合计量技术,阐述了井下文丘里流量
计的工作原理,论述了其工作过程,尤其对硬件部分的设计作出了相应的推导,研发了一种新型的、能适应井下复杂
环境的井下流量计壘装置,该苳置结枃筒单、无插件,不千扰流体流动、压损小、受流体物性变化影响小,便于实施,安
全可靠;測量精度高,适合井下流曼计量与控制
关键词:井下;流量计量;结构;文丘里;油田开发
中图分类号:TF31文献标识码:ADOL:10.3863/j.1is.1674-5086.2010.01.031
引言
较好的测量结果。这些測量方程或关系式主要从两
种不同的基本思路出发得到的,即均相流模型和分
在原油开采过程中,传统的计量方法是进行室内相流模型思路。传统的单相流量计结合炳相流流体
化学分析,提取刚开采的产出液样本分析其品质,再物性测量技术组成的多相流测量系统是目前尝试解
根据这些结果修正现有的采油工艺。采样分析过程决气液两相流流量測量的一个重要研究方向。由于
需要耗费一定的时间,而且原油中的烃类气体(包括其明确的物理意义并且易于推厂,节流式流量计(孔
溶解气)在此期间会不断挥发,因此利用滯后的分析板、喷嘴和文丘里管)已经成为单相流量计的最佳选
数据制定采油工艺显然准确性不高,实时性差,生产择之
中需要…种在线计量仪器,获得从地下采集至地面的
产出液所含的油气水各相比例的数据,完成实时检1工作原理
测,从而达到快速修正采油工艺的目的。
智能井系统是一个实时注采管理网络,包括井
文丘里流量计是一种节流流量计,它利用节流
内监测、数据评价、模拟及遥控流量的工作方式'。装置前后的差压与平均流速和流量的关系,根据差
智能井系统通过先进的井内传感器采集数据,操作压测量值计算流量,如图1所示,文丘里管由人口
者不需要进行修理干预便能改变流动特性。测量点端,收缩端,喉管,扩张端和取压口五部分组成。
离目标层越近,所采集数据的分辫率越高,最终价值
文丘里管的基本原理是:当管路中液体流经
越大,用于井下流量计量的文丘里流量计可以协助文丘里管时,液流断面收缩,在收缩断面处流速增
其达到该种目的。
加,压力降低,使文丘里管前后产生压差,再根据测
在油气水混合物中油水同属液体,它们的流动得的压差计算流速。最后结合计算得到的各相相分
规律有类似之处,实践中常把它们作为液相来统一率便可以得到各相流量。
考虑,这样便可以将油气水混合物的多相流动简化
由于精确地描述流体运动十分闲难,因此通常利
为气液两相流动来进行研究。国内外各国学者利用用某些在假定基础上成立的简单关系推导并建立出
节流装置对气液两相流流量测量做了大量硏究工实际可用的描述流体运动的理论公式。节流流量计
作,得到了一些典型的两相流流量测量方程,取得了的原理就是由伯努利方程和连续性方程导出的。
*收稿日期:2008-12-04
基金项目:国家重大专项“井下流量及地面油砂分离装置研究”(20082X05024-03-(003-03)。
作者简介:冯定(1963-),男(汉族),安徴东至人,教授,博士生导师,主要从事油气装备及井ドT具设计、诊断及动态仿真技术研究。
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西南石油大学学报(自然科学版)
2010年
过节流件的两相流体的差压、干度、含气率和气液总
流量、分相流量之间的关系。近几十年来,各国学者
在利用各种节流件测量气液两相流流量方面,进行
了很多理论分析和实验研究。国内已有学者采用文
丘里,利用空隙率进行了空气一柴油两相流量测量
的研究
在井下油管中,油井产出的原油伴生天然气和
矿化水形成了一种相态和流型复杂多变的多相流,
图1文丘里管结构
是一个多变量的随机过程。各相在实际状况下的体
Fig. 1 The structure of venturi fube
积流量Q为
置(压差转换和流量显示仪表)组成(本论文只讨论式为S
文丘里流量计由次装置(检测件)和二次装
检测件)。通常以检测件形式对压差流量计进行分
S一各相在管道截面上所占据的面积,m
类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计。
各相沿管道轴线的流速,m/s。
本文主要就井下文丘里流量计的结构进行设计。其
根据各相的温度和压力,利用状态方程可以将实
具体工作方案是:首先,在油气水混合物进入文丘里际状况下的体积流量转換成标准状况下的体积流量。
之前,先经过均相混合器进行混合,使三相液体在进
人流量计之前得以较均匀的分布,有利于提高计量
H,=(S,/S。)×100%
精度;其次,流体通过文丘里管喉部的时候,加速效
H、=[S./(S。+S.)]×100%
应使多相混合加剧,使其更趋近于均相流动。该种式中
方案有待于实施试验进行论证,方可验证其是否能
S。一管道截面总面积,m
够达到所需效果。在文丘里的入端和喉管部分都
气相所占面积
设有取压口,通过传感器和光纤将所测数据传到地
油相所占面积,m2;
面,再通过二次装置将之转换成各相流量数据。
S一水相所占面积,m2
H。一管道中油气水三相流的截面含气率,无因次
2计量方案
H、一油水混合液含水率,无因次。
综合式(1)、(2)、(3)和(4),就可以推导出油
井下多相流量计测取的主要数据是流体中油水气水三相在实际状况下的体积流量Q。、Q。、Q.、分
两相的质量流量,前的技术还不能直接测试流体别为
中三相的质量流量,而是采用间接测量的方法,即计
=,S。(1-H)(1-H、)
量每种成分的瞬时速率和各自截面含率,通过计算
Q
S H
(6
得到各相的质量流量,如图2中所示。
Q.=、S。(1-H2)H
(7
为了利用节流件测量两相流流量,必须寻求通式中
Dn一气相流速,m/s;
一水相流速,m/s;
油相流速,m/s
由此可见,油气水三相在实际状况下的体积流
量的测量可以通过对各相流速、流量截面上的含气
率和含水率流动参数的在线监测来实现。
文丘里管不仅广泛使用于单相流测量,将其应用
于多相流测量也是人们多年的研究目标。与孔板等
图2井下流量測试原理图
其他节流件相比,文丘里还有一个主要的优势,就是
Fig 2 Graph of test principle in down hole
对气液两相流流型的影响相对较小
由于其管