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探讨井下涡街流量计的结构原理及应用效果

发表时间:2019-09-25
一、井下涡街流量计工作原理
涡街流量计是基于卡曼涡街原理制成的一种流体振荡性流量计(见图)。

在流体中安顿一根(或多根)非流线型阻流体,流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的漩涡,被称为卡曼涡街。在定的流量范围内漩涡的分离频率正比于管道内的平均流速。
f=St/d*V
式中:f一涡街频率;
V一流速;
d一漩涡发生体宽度
St一斯待劳哈尔数。
St的值与漩祸发生体宽度d和雷诺数Re有关,实验证明:当Re在2x10的四次方~7x10的六次方的范围内,St值基本保持不变。因此,上式表明,当d和St,为定值时,漩涡产生的频率f与流体的平均流速V成正比,利用这一特性制成井下祸街流量计。实际涡街传感器所测的并不是平均流速,而大约是涡发生体两侧的流速。由流体力学常识可知,在涡发生体两侧流速的分布规律,是随着流速的变化而变化的。因此,涡街传感器检测到的流速与管道平均流速不是完全线性关系对应,而且井下流动状态更为复杂,受压力变化、噪声、振动等影响。在设计时,先确定井下涡街流量计的管径,再通过室内试验,选定漩涡发生体的形状,以及滋涡发生体与漩涡检测体之间的距离等一系列参数,使井下涡街流量计能够产生并检测到强烈而稳定的旋涡;其次,通过井下电路的降噪、滤波和地面App的处理,使井底的噪声和振动等影响降到ZUI小,保证流量计的测试精度达到足够的要求。在实际使用时,通过先把涡街传感器的仪表系数固化在流量计的E2PROM中,然后通过标定用地面App绘制出的频率与标准流量的试验曲线,实现对井下涡街流量计的非线性修正。
 
二、井下涡街流量计的设计
1.工艺流程
井下电路原理见图。

当流体流经井下涡街流量计的涡发生体时,这种发生体可产生强烈的稳定的旋涡,旋涡的频率经信号放大后进行滤波,然后由转换电路转换成单片机可处理的信号(,由单片机对信号进行接收、处理,并存于存储器中,存储器中的数据可用接口与地面仪表连接回放。
2.据处理App
井下涡街流量计数据采集处理系统由一台便携式微型计算机构成。微机通过串行口与流量计进行通讯。控制App对计算机的配置要求宽松,操作系统兼容 微软 Window9、98、NT或2000。井下控制App采用PLM语言编制,主要包括标定、采集和回放三部分。利用节能控制方式控制仪器工作,仪器工作时间和工作方式可以方便地调整。地面数据处理App采用 Delphi语言编制,App和电子流量计配合使用,自动测量每口井不同介质、不同井层的流量和温度数据,从而实现注水井计量统计的自动化。其中本系统App主要实现的功能是将流量计测量的原始数据进行加工整理,然后在测量结果的基础上绘制出流量压力指示曲线,并将每次测量的原始数据和ZUI终结果以图像或数据表格的方式进行预览、打印和归类保存。App不需要安装,直接复制到目标目录即可,App界面友好,操作简便、易学,在应用中得到了使用者的好评。
3.井下位器结构
井下涡街流量计整体为不锈钢全密封结构,主要由引管、涡街传感器仓、走线盒、进液孔、电路仓和电池仓组成。
 
三、试验
为检验流量计性能指标,为现场试验提供依据,流量计组装、调试完成后进行系统的室内试验
1.室内耐压耐温试验
将接通电源的流量计下人到试验缸中进行试验,向试验缸中注入柴油并升温到85℃,升压到60MPa,稳定压力、温度1h后泄压。反复升压、稳压、泄压两次,完成流量计耐压、耐温及疲劳试验。流量计起出后,经检验外型无形变,流量计传感器、线路筒及电池筒无渗漏。室内耐温耐压试验表明,随着温度、压力的变化流量计工作状态稳定,温度在30℃~85℃之间,零点数据的温度漂移为0.016%/℃(试验数据略)。流量计耐压、耐温性能可以满足现场的需要。
2.流量计标定试验
标定曲线和回归曲线。从标定曲线上看,井下涡街流量计在流量发生变化时,曲线台阶有明显变化,回归曲线近乎直线,说明其线性很好。在室内对十几只流量计进行了标定试验,其标定曲线及回归曲线非常相似。同时,用标定好的流量计在室内模拟井下测试,试验表明,该井下涡街流量计用于分层注水井流量测量是可行的。由于井下涡街流量计没有可动部件,所以它的特性在使用中变化很小,在长时间使用过程中参数十分稳定,而且不需频繁标定,哲定为半年标一次。
从现场施工过程和测试曲线看,井下涡街流量计具有以下两个优点
(1)井下涡街流量计分辨率高。第一压力点和第二压力点流量测试值仅相差1m3d左右。
(2)井下涡街流量计由于没有可动部件,弥补了注水水质较差时堵、塞仪器造成测试成功率低、测试周期长等不足。使用井下涡街流量计对同心集成注水井进行流量调配,平均测试次数是2~3次,大大缩短了测试周期。
 
四、结论
1.井下涡街流量计与同心集成式细分注水工艺配套,可满足现场分流测试调配要求。注水水质较差时,适应性好,而且还能用于偏心注水井的测试。
2.井下涡街流量计具有无可动部件、测试精度高、重复性好,操作简便易行等特点,符合未来流量测试的发展方向。
3.井下涡街流量计稳定性好,不需要频繁标定。
 

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