[導(dǎo)讀] 油井產(chǎn)層井底流體的計(jì)量目前多采用渦輪流量計(jì)。但是，影響渦輪流量計(jì)響應(yīng)特性的因素很多，如何減少或消除影響，確保計(jì)量的精確度，是一個(gè)十分重要的問題。作者通過大量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)回歸分析認(rèn)為，溫度參數(shù)對(duì)渦輪的響應(yīng)值——K值影響很大，往往使渦輪頻率響應(yīng)產(chǎn)生誤差，影響了生產(chǎn)井產(chǎn)層流量在線計(jì)量的精度。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，作者找出了溫度影響的相關(guān)系數(shù)，為還原數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同井況進(jìn)行相應(yīng)的流量校正創(chuàng)造了條件。
溫度對(duì)渦輪流量計(jì)井下計(jì)量參數(shù)的影響油田生產(chǎn)井各種生產(chǎn)參數(shù)計(jì)量是生產(chǎn)管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。在油田生產(chǎn)參數(shù)的計(jì)量檢測中，我們注意到溫度、壓力等參數(shù)的測量比較容易實(shí)現(xiàn)，唯獨(dú)流量的測量最為復(fù)雜，是一個(gè)較難測量的參數(shù)。
渦輪流量計(jì)是檢測流體（液體、氣體）流量的儀器之一。由于油氣井產(chǎn)層流體的流量參數(shù)受流體本身的溫度、黏度、密度等的影響，而且生產(chǎn)井井下實(shí)際情況又十分復(fù)雜，在測量過程中往往出現(xiàn)井口量油與井下在線計(jì)量不一致的情況，給生產(chǎn)和管理帶來了麻煩[1]。本文主要研究了不同溫度對(duì)渦輪響應(yīng)值——K值的影響，進(jìn)而在趨勢校正上減小井口計(jì)量與井下在線計(jì)量的偏差，為工程技術(shù)人員提供了一種還原數(shù)據(jù)、校正誤差的方法和手段。
一、渦輪流量計(jì)的計(jì)量原理和影響因素
1.基本原理
渦輪流量計(jì)是一種以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的速度式儀表。當(dāng)流體沖擊渦輪葉片時(shí)，渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，進(jìn)而依據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值。計(jì)量儀表的計(jì)量是通過磁電轉(zhuǎn)換裝置（或機(jī)械輸出裝置）將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖，送入二次儀表進(jìn)行計(jì)算和顯示，由單位時(shí)間電脈沖數(shù)和累計(jì)電脈沖數(shù)反映出瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。
2.影響因素
渦輪流量計(jì)的理想特性曲線僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量變化無關(guān)，儀表系數(shù)K（響應(yīng)值）為一常數(shù)，而實(shí)際曲線并非如此。對(duì)于實(shí)際的渦輪流量計(jì)，在啟動(dòng)時(shí)渦輪首先要克服軸承的靜摩擦力而后才能轉(zhuǎn)動(dòng)[2]。我們將渦輪克服靜摩擦力矩所需的最小流量值稱為該渦輪的始動(dòng)流量值。當(dāng)通過流量計(jì)的流量小于始動(dòng)流量值時(shí)，渦輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，也無信號(hào)輸出；當(dāng)流量大于始動(dòng)流量值以后，隨著流量的增加，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度也將增大。以后，在測量范圍內(nèi)，流體產(chǎn)生的阻力矩將成為影響流量計(jì)特性的主要因素，相對(duì)來說，由軸承間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械阻力矩就比較小了。流體產(chǎn)生的阻力矩對(duì)渦輪的影響又分為如下兩種情況：一是當(dāng)流體以較低速度流經(jīng)渦輪時(shí)，儀表常數(shù)是隨被測流體的流量和運(yùn)動(dòng)黏度變化而變化的。二是當(dāng)流體以較高速度流經(jīng)渦輪時(shí)，儀表常數(shù)只與儀表本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量無關(guān)。只有在這種狀態(tài)時(shí)，儀表常數(shù)才真正表示了常數(shù)的性質(zhì)。渦輪流量計(jì)的流量范圍就是根據(jù)這一區(qū)間來確定的［3，4］。
二、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一：渦輪在水中不同溫度下的響應(yīng)
在單相流的條件下，渦輪的轉(zhuǎn)速和流經(jīng)它的體積流量成一單值線性函數(shù)；在油水兩相流條件下，只要流量超過始動(dòng)流量，在允許的誤差范圍內(nèi)，渦輪的響應(yīng)和體積流量也成線性函數(shù)。不同溫度下，用水標(biāo)定渦輪的響應(yīng)值K值的情況（表1）。由表1的兩組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在同一流量下，由于水溫度的增加，渦輪的K（K=F/Q）值相對(duì)減小。
2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二：渦輪在油中不同溫度下的響應(yīng)
不同溫度下，標(biāo)定渦輪對(duì)油流量的響應(yīng)數(shù)值，如表2所示。
根據(jù)表2數(shù)據(jù)得出油對(duì)K值的響應(yīng)特性關(guān)系式。其中冷油（16℃）對(duì)K值的響應(yīng)特性為：
F=119.7Q-46.383
熱油（60℃）對(duì)K值的響應(yīng)特性為：
F=107.04-20.484
由此，我們可以推導(dǎo)出：
式中Q1——熱油流量，m3/d；
Q2——冷油流量，m3/d；
F1——渦輪對(duì)Q1的頻率響應(yīng)值，Hz；
F2——渦輪對(duì)Q2的頻率響應(yīng)值，Hz。
將式（1）、式（2）組成方程組，解得：
（1）當(dāng)F=F1=F2=143時(shí)，Q1=Q2；
（2）當(dāng)F=F1=F2＞143時(shí)，K值大的渦輪流速相對(duì)較小；
（3）當(dāng)F=F1=F2＜143時(shí)，K值大的渦輪流速相對(duì)較大。
圖1為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在不同流量、不同油溫下的K值響應(yīng)曲線。標(biāo)準(zhǔn)渦輪K值計(jì)算公式為：
K=F/Q
其中 Q=V/T
式中 F——標(biāo)準(zhǔn)渦輪在某一流量范圍內(nèi)的響應(yīng)頻率；
V——某一固定體積容器；
T——以某固定流量Q充滿固定體積V所用的時(shí)間。
由以上圖表可以看到：當(dāng)Q1=Q2時(shí)，F(xiàn)1＜F2，K1＜K2。因此，可以得出，當(dāng)流量一定時(shí)，標(biāo)定冷水的K值比熱水的K值大。如果提高流量Q1，使F1=F2，則會(huì)出現(xiàn)以下情況：當(dāng)F1=F2時(shí)，Q1＞Q2，K1＞K2。
三、簡單的結(jié)論
（1）渦輪在同樣響應(yīng)頻率的情況下，針對(duì)溫度對(duì)頻率響應(yīng)影響特性，通過文中實(shí)驗(yàn)和圖版，我們得到一個(gè)臨界頻率，即：當(dāng)頻率F=F1，F(xiàn)1＞143時(shí)，冷油中的渦輪流速較小；當(dāng)頻率F=F1，F(xiàn)＜143時(shí)，熱油中的渦輪流速較大。
（2）溫度參數(shù)對(duì)渦輪K值有很大影響，往往使渦輪頻率產(chǎn)生響應(yīng)誤差，影響生產(chǎn)井在線計(jì)量的精度，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)校正。
（3）渦流流量計(jì)的渦輪和軸承如選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料，則可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，并解決了地下溫度過高造成測量誤差過大的問題；同時(shí)，應(yīng)注意對(duì)其儀表系數(shù)進(jìn)行修正。
（4）在今后的工作過程中，應(yīng)通過大量實(shí)際數(shù)據(jù)的測量統(tǒng)計(jì)和分析，建立不同溫度下兩相流頻率的響應(yīng)圖版，以便于工程技術(shù)人員根據(jù)不同井況進(jìn)行相應(yīng)的流量校正。
參考文獻(xiàn)
[1]韓文卿，孫良玉.渦輪流量計(jì)測量誤差分析[J].測控技術(shù)，1995，20（1）：86-89.
[2]李海青.兩相流參數(shù)檢測及應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1991.
[3]王進(jìn)旗，強(qiáng)錫富，張永奎.測量油井含水率的新方法——同軸線相位法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2002，23（1）：74-76.
[4]王進(jìn)旗，強(qiáng)錫富，于英華.基于相位法原油含水率儀的實(shí)驗(yàn)研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2004