王麗飛 徐春亮 孫振華

1中國(guó)石油大學(xué)（華東）化工學(xué)院2大慶油田采油六廠(chǎng)3中國(guó)石油大學(xué)（華東）科學(xué)技術(shù)研究院

智能旋啟靶式流量計(jì)用于單井計(jì)量

王麗飛1徐春亮2孫振華3

1中國(guó)石油大學(xué)（華東）化工學(xué)院2大慶油田采油六廠(chǎng)3中國(guó)石油大學(xué)（華東）科學(xué)技術(shù)研究院

為解決油田單井流量的準(zhǔn)確計(jì)量問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種智能旋啟靶式流量計(jì)，該裝置結(jié)合旋啟式單向閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和靶式流量計(jì)的測(cè)量原理，將流量的變化轉(zhuǎn)換成旋啟靶旋啟角度的變化，實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，該流量計(jì)具有靈敏度高、自適應(yīng)能力強(qiáng)、量程范圍寬、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，對(duì)間歇脈沖流量反映迅速、準(zhǔn)確，適合測(cè)量多相管道輸送介質(zhì)的綜合流量。

單井；智能旋啟靶式流量計(jì)；流量測(cè)量

為解決油田單井流量的準(zhǔn)確計(jì)量問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種智能旋啟式靶式流量計(jì)，將測(cè)量管的流量變化轉(zhuǎn)換成旋啟靶旋啟角度的變化，實(shí)現(xiàn)流體流量的測(cè)量，其具有精度高、量程范圍寬、穩(wěn)定性好、成本低、維護(hù)方便等特點(diǎn)；并且智能旋啟式靶式流量計(jì)將微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到信號(hào)轉(zhuǎn)換器和顯示部分，大大提高了流量計(jì)的性能。

1 結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理

智能旋啟靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 智能旋啟靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)

智能旋啟靶式流量計(jì)由閥體和通道構(gòu)成測(cè)量管，檢測(cè)口設(shè)置靶板，靶板通過(guò)角度傳感器與檢測(cè)口的側(cè)壁鉸接形成旋啟靶結(jié)構(gòu)，角度傳感器的輸出端連接智能變送器。測(cè)量管的通道流過(guò)流體時(shí)，靶板受力并旋轉(zhuǎn)一定角度，通過(guò)的流體流速不同，靶板的旋啟角度也不同，角度傳感器發(fā)出的電信號(hào)不同，輸入智能變送器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多相流體流量的測(cè)量。

2 參數(shù)計(jì)算

當(dāng)介質(zhì)在測(cè)量管中流動(dòng)時(shí)，因其自身的動(dòng)能產(chǎn)生對(duì)靶板的作用力，從而舉升靶板產(chǎn)生角位移，靶板勢(shì)能增加，達(dá)到新的平衡，這個(gè)角位移同介質(zhì)的質(zhì)量流量存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，其數(shù)學(xué)公式為

式中q為介質(zhì)的質(zhì)量流量；Cq為流量系數(shù)；K為流量計(jì)結(jié)構(gòu)系數(shù)；θ為靶板旋啟角度；θ0為靶板初始角度；α為介質(zhì)黏度系數(shù)。

智能旋啟式靶式流量計(jì)結(jié)合靶式流量計(jì)流量測(cè)量原理和單向閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把流體動(dòng)能反映在靶板的旋啟角度上，避免了靶式流量計(jì)對(duì)小流量不敏感的問(wèn)題。

3 流量計(jì)的特點(diǎn)

（1）智能旋啟式靶式流量計(jì)把流體動(dòng)能反映在單向閥靶板的開(kāi)度上，增加了靶板受力面積，提高了測(cè)量靈敏度，解決了靶式流量計(jì)對(duì)小流量不敏感的問(wèn)題。

（2）通過(guò)靶板重心的變化反映靶板受力大小，提高了測(cè)量的穩(wěn)定性。

（3）靶板受力情況相當(dāng)于整個(gè)流通截面受力的綜合，這個(gè)綜合受力被完整地體現(xiàn)在靶板的旋啟角度上，檢測(cè)流體流動(dòng)狀態(tài)的適應(yīng)力強(qiáng)，適用于油井采出液含砂、含氣、間歇、高黏、小流量等復(fù)雜特性下的流量測(cè)量。

（4）測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，重復(fù)性好，同時(shí)可以連續(xù)測(cè)量和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到較為精確的計(jì)算結(jié)果；數(shù)據(jù)可以就地存儲(chǔ)：10 s采樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一年。

（5）適合于油井采出液流量變化大、介質(zhì)不均勻等情況下的流體流量測(cè)量，解決了油田單井產(chǎn)量連續(xù)計(jì)量的難題。

（6）安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，抗干擾、抗雜質(zhì)能力強(qiáng)。

4 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

將智能旋啟靶式流量計(jì)同標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行水流量對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。圖中曲線(xiàn)A為電磁流量計(jì)測(cè)得的波形圖，曲線(xiàn)B為靶式全新多相流量采集單元測(cè)得的波形圖（曲線(xiàn)只反映趨勢(shì)，不代表數(shù)值）。

圖2 水流量對(duì)比測(cè)試

對(duì)比圖2中曲線(xiàn)可知：①兩種測(cè)量設(shè)備采集的流量趨勢(shì)大致是相同的，都可以反映實(shí)驗(yàn)條件下的流量趨勢(shì)；②在流量發(fā)生變化時(shí)，黑色曲線(xiàn)比紅色曲線(xiàn)反映稍快，可見(jiàn)智能旋啟靶式流量計(jì)比電磁流量計(jì)對(duì)流量的變化更敏感。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

采用智能旋啟靶式流量計(jì)對(duì)某采油廠(chǎng)計(jì)量站外輸流量進(jìn)行監(jiān)控，2011年10月30日21∶40到10月31日0∶25流量曲線(xiàn)的采樣周期為10 s。從流量變化曲線(xiàn)上可以看出，該站在10月30日晚上9∶40到10∶30之間流量有明顯變化。第二天經(jīng)核實(shí)該站有一口井在這段時(shí)間發(fā)生穿漏，巡檢人員10∶30去完成補(bǔ)卡操作。由此說(shuō)明智能旋啟靶式流量計(jì)靈敏度高，穩(wěn)定性好，檢測(cè)流體流動(dòng)狀態(tài)的適應(yīng)力強(qiáng)。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合旋啟式單向閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和靶式流量計(jì)的測(cè)量原理，智能旋啟靶式流量計(jì)將流量的變化轉(zhuǎn)換為旋啟靶角度的變化，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明，該流量計(jì)靈敏度高，能夠反映產(chǎn)液量趨勢(shì)，受氣體、雜質(zhì)等影響小，對(duì)間歇脈沖流量反映迅速、準(zhǔn)確，量程范圍寬，適合測(cè)量多相管道輸送介質(zhì)的綜合流量，值得廣泛推廣應(yīng)用。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.047