热式流量计测量油水两相流量的实验研究

2013-09-18王延军胡金海刘兴斌姜兆宇刘继新

测井技术 2013年6期

王延军，胡金海，刘兴斌，姜兆宇，刘继新，4

(1.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司，黑龙江大庆 163453;2.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨 150006;3.东北石油大学电子科学学院，黑龙江大庆 163318;4.东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆 163318)

0 引言

大庆油田产出剖面测井技术中主要应用涡轮流量计进行油水两相流流量测量。涡轮流量计存在机械旋转部件，容易被井下异物卡死，导致流量测量失败，影响测井成功率。因此，需要探索无可动部件、可靠性高的流量测量方法。

本文提出了一种基于在线加热方式的测温式流量测量新方法，该方法具有可靠性高、无可动部件、可进行低流量测量等优点，能够克服涡轮流量计存在的缺点。研制了原理实验样机，开展了原理性实验，取得了令人乐观的实验结果。

1 测量原理

测量原理如图1所示。测量装置由热源发生器、2个温度传感器以及测量电路构成。在圆形测量管段下方沿流体流动方向用支架固定1个基础温度传感器A，目的是为了测量流体的基础温度。在温度传感器A上方一定距离用支架固定1个温度传感器B，在温度传感器B外部缠绕热源发生器，对热源发生器进行恒流供电，温度传感器B测量热源发生器的温度随流量的变化情况。

图1 测量装置结构示意图

对测量管段中的热源发生器进行恒流供电加热，当有流体流过热源发生器时，流体带走热量的变化随着流体流量变化。高灵敏度温度传感器(PT1000)的性质是温度越高阻值越大[1-2]，可知流量变大，流体带走的热量增多，热源发生器的温度降低，温度传感器B所测的电阻值也就变小;流量变小，流体带走的热量减少，热源发生器的温度升高，温度传感器B所测的电阻值也就变大。根据该原理就可通过测量2个温度传感器的阻值之差检测流体的流量。这种方法称为热导式测量方法，属于这种测量方法的仪表有热线风速仪[3]、浸入型流量计[4]等。

2 原理实验样机的设计

图2所示为设计的用于开展可行性实验的热式流量计原理实验样机示意图，自下向上依次由集流器伞、温度传感器、热源发生器及电路筒组成。热式流量计原理实验样机流道内径为20 mm、外径为28 mm，采用集流方式进行流量测量。

图2 热式流量计示意图

利用直流电源分析仪安捷伦N6705B为热源发生器提供恒流供电，热式流量计原理实验样机采用的温度检测传感器为铠装铂电阻(PT1000)。利用FLUKE PM6306 LCR测量仪可以实时测量铂电阻的阻值。图3为热源发生器包裹着温度传感器的结构示意图。

图3 热源发生器包裹着温度传感器结构示意图

3 多相流试验装置上实验结果

利用热式流量计原理实验样机在大庆油田测试技术服务分公司的多相流模拟试验装置上进行了实验研究。垂直模拟井筒内径为125 mm，实验时集流伞张开，封闭了样机和井筒之间的环形空间，使全部流体流过样机的测量通道并提高了流体流速。

3.1 不同含水率时实验结果

实验介质为油水两相流，配比总流量分别为1、5、10、20、30、40 m3/d;含水率分别为 80%、90%、100%。

实验结果见图4。图4中横坐标为配比的标准流量，纵坐标为测量的温度传感器电阻值。将图4中测量数据进行曲线拟合得到图5。从图4中可以看出原理实验样机在流量1～40 m3/d范围、含水率分别为80%、90%、100%时标准流量和测量电阻之间呈非线性变化关系，随着总流量的增加，流体带走的热量增加，测量的温度传感器阻值逐渐降低;实验条件下热式流量计的动态测量范围在200Ω以内，随着总流量的增加，热式流量计的灵敏度下降。

图4 不同含水率时标准流量与测量电阻的关系图版

图5 对图4拟合结果

将100%含水率、不同流量下的测量电阻值代入图5中的拟合公式中得到测量流量，与对应的标准流量相比，最大绝对误差为3.06 m3/d，相对于40 m3/d满量程，流量测量误差为7.65%。同样得到含水率90%下的最大误差为6.59%;含水率80%下的最大误差为25.09%。通过对3组流量测量数据的误差分析可知，在油水两相条件下，热式流量计更适于特高含水条件下应用。