大管径流量测量(二)——文丘利—毕托管流量计

一、概况基于变压降原理的文丘利——毕托管流量计是一种结构简单、成本低,具有一定测量精度的用来测量管流(包括元管和非元管)流速或流量的差压感受元件.文丘利——毕托管流量计能够测量大口径管道内的气体或液体的流量.根据对国外进口的文丘利——毕托管流量计和我国自行设计和制造的同类产品的试验结果,本文就它的工作原理、结构特点、流量计算方法、标定数据的处理、安装要求和存在的主要问题等方面进行一些初步讨论.     

气-液旋流分离器内气相时均流场的试验研究

采用多普勒激光测速仪对轴流式气-液旋流分离器内气相时均流场进行了测量研究,考察了导叶导角和流量变化对时均流场的影响。测量结果表明,在分离空间,切向速度分布呈现典型的Rankin涡结构,切向速度沿轴向衰减不明显,轴向速度由外围的下行流与内部的上行流构成,轴向速度随轴向向下而衰减。最大切向速度面与轴向LZVV面呈现与筒体相似的管锥形。对环形空间和集液槽内时均流场的结构进行了分析。环形空间与集液槽内切向速度分布趋势与分离空间内相似,集液槽内旋流强度远低于分离空间,最大轴向速度位置靠近轴心处。     

一种测试油气藏岩石启动压力梯度的优化方法

瞬间动用法和两端压力平衡法测定最小启动压力梯度,耗时都较长,且数据准确度不高。“压差-流量法”测试拟启动压力梯度,在定围压模式下的测试结果会偏大。基于上述分析,设计出了一体化实验流程,并制定出“非稳态动用-压力平衡法”,优选出“压差-流量法”最佳实现方式。该流程通过采用精密设备来保证测试数据的精确度,且适用各种渗透率范围岩心的测试。通过将本方法应用于吐哈油田岩心测试,测定结果符合预期,可以将该方法推广到实验室测量中。     

溢流关井水击压力数学模型研究

溢流关井水击压力的大小直接决定了现场是采用“软关井”、“半软关井”，还是“硬关井”的关井方式。从溢流关井实际情况出发，应用质量守恒原理、牛顿第二定律建立了气液两相流的溢流关井水击压力数学模型，采用基于特征线法的有限差分法求解数学模型，同时编制了相应的计算机程序并进行了实例计算。计算表明：①所建立的数学模型，适用于“软”、“半软”、“硬”关井的水击压力计算；②“硬关井”、“半软关井”、“软关井”井内水击压力逐渐减小；③井内压力波动由井口到井底逐渐减小，井内为气液两相流时产生的压力比单相流更小。为了便于油气田应用，建议在瞬态模型的稳态化方面开展进一步的研究。     

《超声地震模型试验技术及应用》

本书是作者赵鸿儒等同志多年教学及进行超声地震模型试验科研工作的总结,比较系统地阐述了超声地震模型试验的理论、方法技术、实验技能等方面的基本知识。书中重点介绍了实验仪器设备、模型震相分析、模型材料与模型建造等,最后以“厚度不同的高速夹层地震模型”、“二维层状模型中弹性波垂直时间场”、“反射法地震勘探三维液体模拟实验”、“透射波法地震勘探三维液体模型实验”等十三个方面的研究成果,证实了该方法的实用价值。     

长圆管内旋转流流场的实验测量和数值模拟

利用激光多普勒测速仪（LDV）对φ100mm×3500mm圆管内的旋转流流场进行了实验测量，重点研究了切向速度与轴向速度的分布以及湍流强度分布。同时采用FLUENT软件的雷诺应力输运方程模型（RSM）对圆管的湍流流场进行数值模拟，模拟结果和实验测量基本吻合。流场测量和数值模拟结果表明：圆管内的旋转流是Rankine涡结构形态，旋转强度沿轴向存在着明显的衰减特性，且最大切向速度的径向位置沿轴向逐渐向内移动。在长径比为10的位置，轴向速度大致呈“M”状分布，且沿轴向上轴向速度在径向上的变化趋于平缓，但在轴向长径比为16的位置以后轴向速度转变为稳定的轴对称分布，且轴向速度随径向位置的增大逐渐减小。圆管内大部分空间的切向湍流强度与轴向湍流强度波动不大，但在圆管中心处较大，说明该区域气流扰动较大。     

《勘探地球物理新技术》

本书在简述了反射地震学的基本原理之后,对当前油气勘探的新技术“多道地震记录系统”、“三维地震技术”、“向量计算机”、“数值模型和物理模型”、“人机联作计算机图示”、“真正的三维显示设备”、“人机联作解释”、“数据库的管理”等方面分别进行了介绍.书中也涉及到了勘探地球物理技术的发展动向及企业与大学合作.     

文丘里——毕托管流量计算

1.结构文丘里—毕托管,由毕托管和文丘里管二个产生压头元件组合而成。高压侧接一般的脉冲孔。低压侧接小文丘里管的喉口。小文丘里管出口排入第二文丘里的喉口,见图—1。 2.应用: 主要用来测量干燥气体。它在最低的压力损失下,可以得到高的压差(大约为毕托管所产生压差的10倍) 3.限制: 1)最小管道尺寸要大于φ150毫米(6″)最大不受限制。 2)不受管道雷诺数限制,但要按制造厂要求,在设计管道流速时不得低于7.6/秒。 3)不能用来测量肮脏的流体,要堵     

矢量分解法压噪

本文从“相邻道信号具有相关性”的基本假设出发,引入了”单位相关夫量”的概念,并利用夫量分解法将多道信号的振幅值分解为“相关分量”和“非相关分量”两部分,通过压缩“非相关分量”,即可达到提高信噪比的目的。夫量分解法就其实质来说,它是利用噪音偏离信号的夹角来压制噪音的,因此,此法是一种角度滤波。夫量分解法用于地面地震资料的叠前和叠后处理,以及vsp三分量记录的处理,都收到了良好的效果。     

水平气液分层流流速剖面实验测量研究

根据工程实际,建立了水平注汽井内气液分层流动的1:1实验模型.用皮托管测量了分层流中各相流速,得到了分层流速度分布规律.借助分层流计算模型完成了分层流中速度分布与典型的单相流体流动速度分布的对比,得到了分层流速度分布的数学描述方法.气相流场上部与下部具有不同的速度分布特性,上部与下部速度分布可分别用单相流体流经光滑管和单相流体流经完全粗糙面时的无量纲速度分布表达式来描述,最大偏差都不超过10%;液相速度分布接近线性,只有在较接近下管壁面的区域液相速度分布才可用单相流体流经光滑管的无量纲速度分布表达式来描述.     

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按照2003年3月由国际标准化组织公布执行的ISO 5167最新国际标准的要求，孔板和文丘里管上游要求更长的直管段，“V”型内锥式流量计将取代目前我国广泛使用的孔板、喷嘴和文丘里管等流量计。介绍了新一代的差压式流量计——“V”型内锥式（VNZ）流量计的工作原理、结构、整机系统组成及主要技术指标和性能，对它的优缺点进行了分析研究。结果表明：该流量计抗污染能力强，工作稳定，可解决湿气体流量测量和焦炉煤气测量的难题；还可有效完成对低静压、低流速流体的测量。因此适用于天然气、煤气、供热蒸气、污水等介质以及环境监测工程中的流量计量。还报道了该流量计的典型应用和最新进展。     

大庆油田产出剖面测井技术研究与进展

总结了在大庆油田已工业化应用的主要产出剖面测井技术和仪器,对一些技术作了较详细的介绍:适用于低产液量测量的、经优化设计和低流量区间分段刻度的涡轮流量计,电容法过流式含水率计,以及流量测量下限很低、油水分辨率较高的多电极分离式低产液测井仪;适于高含水产出剖面测量的阻抗/电导式含水率计;对特低和特高含水率测量性能良好的同轴电磁波相位含水率计;以低能光子吸收法测量三相流持率和平均密度为核心的三相流测井技术;五参数组合测井技术;产出剖面连续测井技术;针对聚合物驱特点的流体取样技术;建立了误差传递函数的产出剖面两相流测井资料优化解释技术等.简要介绍了新技术研发情况.     

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天然气流量计量方法中，最成熟、用得最多、最广泛的一直是标准孔板计量法，但这种孔板流量计量存在着一些固有的缺陷。文章介绍的一种新型YNZ系列“V”型内锥式差压式流量计，着力解决了这些缺陷，克服了这些缺陷所带来的不足，并具备自整流、抗污能力强和抗磨损等特性。文章阐述了“V”型内锥式流量计的基本特点和流量计量原理，并通过计算实例介绍了内锥尺寸和能耗的确定方法。     

超声波井下流量计在油田注水井中的应用

介绍了一种用于油田注水井注水分层测试超声波井下流量计。由于大部分油田注水井的注入水是采用污水回泣，往往会造成注水井井下污染。使用机械浮子井下流量计经常因仪器、水质、井下工具等问题，造成测试资料不准或因卡住仪器而修井。超声波井下流量计采用非集流形式，不会造成因井下卡仪器及水质问题等而测不出资料，从而大大提高了测试效率，并且实现了多参数测试。     

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差压式孔板流量计目前仍是我国进行天然气流量计量的主导流量计,截至2004年7月长庆气田应用该型流量计总量近300套。SY/T6143-1996“天然气流量的标准孔板计量方法”标准中认为,天然气流量测量不确定度主要由3个方面引起：流量计算方程描述流动状态真实性的不确定因素;被测介质实际物理性质的不确定度因素;测量中重要设备的不确定度因素。为此,文章从以上3个方面对差压式孔板流量计进行了不确定度研究和实验,包括流出系数、孔板技术指标的变化对天然气流量的影响,可膨胀系数、二次仪表的不确定度、天然气组分变化、天然气含水对天然气流量的影响,并就这些误差因素分别从节流装置的选择、脉动流的改善、规范各项规章制度、建立量值溯源体系等方面提出了建议。     

Numerical Simulation of V-cone Flow Meter in Product Oil Pipeline of Batch Transportation

Abstract

For product oil pipeline of batch transportation, this article describes the application of a V-cone flow meter in flow rate calculation of mixing oil in a pipeline, analyzes the velocity distribution in the internal flow field of a pipeline, obtains the qualitative relationship between the discharge coefficient of a V-cone flow meter and Reynolds number of mixing oil, and obtains the variation law of skin friction coefficient on the surface of the pipeline. The results show that a V-cone flow meter can overcome the shortcomings of a traditional flow meter. A V-cone flow meter can be used to measure the flow rate of a mixing oil section.     

非牛顿液体螺旋流场的数值解

本文采用近代物理中的格林函数,把非线性常微分方程组的解表示成非齐次项的定积分迭代式,对两种有代表性的物质——塑性液体和幂律液体进行了数值计算,并与Savins方法的计算结果进行了对比,其结果令人满意。本文把钻杆与井壁之间(环形空间)的钻井液的流动视为螺旋流,考虑了钻杆转动对水力因素的影响,比不考虑钻杆旋转的环空流更符合钻井实际;并且本方法避免了传统数值解法在解边值问题时的诸多不便,是一种新的积分方法。但在有刚性流核的场合,本方法不适用。     

旋流扶正器作用下环空螺旋流场压降研究

在油气井固井注水泥顶替技术中，使用旋流扶正器不仅可提高套管居中度，还能改变环空流体流速剖面，使流体做螺旋运动，螺旋顶替方式有利于将环空窄间隙滞留泥浆和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高固井质量。液体螺旋流动方式改变了轴向流场压降的分布规律，展开螺旋流场压降的研究对注水泥安全施工有着重要意义。文章在实验的基础上，推导出了环空螺旋流场压降的计算公式，实验结果表明：环空螺旋流场的压降呈非线性衰减，且在同等条件下大于一维轴向流场的压降值，注水泥施工设计时应对其予以足够重视。     

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利用Ｌ－Ｋ方程和一维等熵流动假设，成功地求解了天然气在不同组分、温度和压力下的临界流函数（Ｃ）值，该值与国际标准－ＩＳＯ９３００对应数据非常接近，同时，指出了使用临界流文丘里喷嘴测量低温高压天然气时，某些易凝气体有可能在喉部析出而影响测量精度，应加以充分注意。     

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目前孔板流量计仍然在天然气计量中占主导地位。随着计算机、变送器和通讯等技术的发展，充分利用先进技术，使孔板流量计发挥其标准化程度高、研究深入的技术优势，实现天然气流量的自动计量是孔板流量计发展的必然趋势。根据目前孔板流量计实现天然气自动计量的多种模式，通过分析、比较，提出了选择最佳自动计量模式的6项原则: 数据的安全性原则; 计量回路的独立性原则; 使用操作的简单、可靠原则; 兼顾发展的原则；计算方法和计算软件的合法性原则; 技术先进、成熟的原则。并通过应用实例，说明了利用多变量变送器，采用一体化自成系统的计量仪表，利用现场总线技术，通过数字信号传输，实现多参数的实时补偿，组成真正意义上的集散控制系统，是科学、准确计量天然气流量的最佳方式。