实验平台包括管路系统、实验涡轮流量计和高速摄像观测装置,该平台可简单模拟井下仪器流道内的流动情况。
管路采用直径20 mm的有机玻璃管组成。在3 m高处放置带有溢流堰的稳压水箱,可以提供稳定的压力源,使低流量时流速保持稳定,管路经过弯曲后自下而上流过约0. 5 m的稳定段通过待测涡轮流量计。在管路的末端采用节流阀控制流速。
实验涡轮流量计采用大庆油田普遍使用的直径19 mm的铝制涡轮和直径20 mm的有机玻璃管制成。在实际测井中,该涡轮通常的测量范围是1 ^-80 mj/d。
采用量筒和秒表测量管道内的流速,该方法在低流量条件下测量精确相对误差小于1.5%。同时,使用Casio公司生产的EX-Fl型高速相机对涡轮流量计的转动情况进行直接拍摄。与通常的磁感应采集方式不同,高速摄影记录方式可以精确得到涡轮流量计在低流量条件下的响应情况,包括磁感应难以采集到的低转速和单个转动周期内转速不稳定的情况。采用分析高速摄影视频的方法测量涡轮转速,其测量精度随转速的降低而升高,在1 r/ s时,误差为0. 300,10 r/s时误差不大于2000
实验用水为自来水,采用聚丙烯酞胺(PAM)溶于水配制不同粘度的溶液进行实验,聚丙烯酞胺是三次开采中使用zui广泛的聚合物。PAM溶液密度测量采用体积质量法,测量误差为士100。测量不同配比的PAM溶液,与水密度差别在2%以内。可以通过控制其配比改变溶液粘度,粘度测量采用NDf-1型旋转粘度计,其表观粘度测量误差为士5%。
通过在上述低流量实验平台中使用PAM溶液进行实验,可以对实际测井中遇到的低流量不同粘度的情况进行模拟和观测。
2多粘度响应结果
采用水和PAM溶液,在上述实验平台上对涡轮流量计在。-10 mj /d的范围内的响应情况进行观察。通过调整配比,得到了纯水、8. 2, 14, 20. 5,57. 5 cSt和87 cSt等6种不同表观粘度的流体并观察了直径19 mm的涡轮流量计对其响应的情况。
涡轮流量计
图1反映了涡轮流量计在低流量条件下对不同粘度的流体的响应情况。从图1可见,随着粘度的增加,涡轮流量计的K值下降,且线性度也变差。对图1中各粘度条件下的响应结果进行线性拟合,并结合实验中测量到的启动排量进行比较得到表1所示数据。
涡轮流量计
图1涡轮流量计对不同茹度条件的响应转速图和K值
随着粘度升高,涡轮流量计响应曲线斜率逐步下降,涡轮流量计启动排量也随之下降。在流体为单相纯水时,涡轮流量计可以观察到的zui慢转速为0. 6 r/s,而在粘度为57. 5 cSt和87 cSt时,通过拍摄可以测量到到涡轮流量计低于0. O1 r/s的转动情况。特别是在粘度为87 cSt条件时,难以观察到涡轮流量计无响应的情况,只要管路内有流动,就伴随有涡轮的转动。在测井中使用的涡轮流量计所能采集到的转速一般不低于0. sr/ s,过低的转速会导致磁感应信号难以超过阑值而不会被采集到或者脉冲长度较长无法被识别。
由于涡轮偏心和机械摩擦阻力矩微小变化的影响,涡轮流量计在同一个转动周期内会发生周期性的转速变化,这也使得涡轮很难出现极低的转速,因为此时极易受扰动而停止转动。因而实际使用中,当粘度较小时,涡轮流量计启动后zui低转速一般在0. sr/s以上。但当流体粘度提高之后,涡轮流量计在极低转速时钻性阻力矩就会超过机械摩擦阻力矩,成为主要的阻碍力矩,而钻性阻力矩的大小是与涡轮流量计转速成正比的,此时就会形成一种负反馈机制。当涡轮转速降低时,钻性阻力矩就会下降,驱动力矩上升,使涡轮转速升高,反之依然。因而涡轮流量计的响应会变得较为稳定,启动排量会降低,可以观察到极低的转速。同时,同一周期内涡轮流量计的不稳定转动情况也会减弱。
作为一种速度式流量计,涡轮流量计受人日速度分布影响较大,而人日速度分布情况是受雷诺数影响决定的。实验中得到的涡轮流量计K值与雷诺数的关系
热水流量计流体电导率的降低,将增加电极的输出阻抗,并且由转换器输入阻抗引起的负载效而产生误差,因此,按如下所述原则,规定了电磁流量计应用中流体的电导率的下限。
电极的输出阻抗决定了转换器所需的输入阻抗的大小,而电极输出阻抗,可认为流体的电导率和电极大小所支配。
热水流量计电极衬里附着物的影响
在测量有附着沉淀物的流体时,电极表面将受污染,常常引起零点变动,故必须注意。
零点变化和电极污染程度两者的关系,要进行定量分析比较困难,但可以说,电极直径越小,所受的影响越少,在使用中,应注意电极的清污,以防止附着。
在测量具有沉淀附着物的流体时,除了选择如玻璃或聚四氯乙烯等难以附着沉淀的衬里外,还应增其流速。如果在流体中均匀地含有气泡,则测量的是包括气泡的体积流量,并且使所测流量值不稳定,而引入误差。
热水流量计信号传输电缆长度的问题
传感器(即电极)与转换器之间的连接电缆愈短愈好。但有些现场受安装环境位置的限制,转换器与传感器的距离较远,这时要考虑连接电缆的***长度问题。传感器与转换器之间的连接电缆的***长度又由电缆的分布电容和被测流体的电导率决定。
实际使用中,当被测流体的电导率是在一定的范围之间,因此就决定了电极与转换器之间电缆的***长度。当电缆长度超过***长度时,由电缆分布电容引起的负载效应就成了问题。为防止这种情况发生,使用双芯两层屏蔽电缆,由转换器提供低阻抗电压源使内侧屏蔽与芯线得到相同的电压,以形成屏蔽,即使芯线与屏蔽之间有分布电容存在,但芯线与屏蔽是同电位,则两者之间就无电流通过,也无电缆的负载效应存在,因此可延长信号电缆***长度。另外,还可用特殊信号传输电缆延长转换器与传感器之间的长度。
热水流量计励磁的技术问题
励磁技术是电磁流量计测量性能的关键技术之一,励磁方式在实际应用上可分成 交流正弦波励磁,非正弦波交流励磁和直流励磁方式。
交流正弦波励磁,当交流电源电压(有时是频率)不稳时,磁场强度将有所改变,所以电极间产生的感应电动势也变动,因而,必须从传感器取出对应于计算磁场强度的信号,作为标准信号。这种励磁方式易引起零点变动,而降低其测量精度。
非正弦波交流励磁,是采用低于工业频率的方波或三角波励磁的方式,可以认为产生恒定直流,周期性地改变极性的方式,因这种励磁电源稳定,故不必为除去磁场强度的变动而进行。
热水流量计非轴对称流动引起的误差
流体在管内流速为轴对称分布时,且在均匀磁场中,流量计电极上所产生的电动势的大小与流体的流速分布无关,与流体的平均流速成正比,而非轴对称流速分布时,即每个流动质点相对于电极几何位置的不同,对电极所产生的感应电动势的大小也不同,愈靠近电极,速度大的质点所产生的感应电动势越大,因此,必须保证流体流速为轴对称。如管内流速为非轴对称分布就会引起误差。因而在选装电磁流量计时要尽可能保证直管段的要求以减小其所引起的误差。
玻璃管转子流量计安装和使用,还是一个很少有人问的问题,但是却是一个非常好的问答题。安装和使用的好的话,不但可以准确的读出流量计的刻度流量,还能延长玻璃管转子流量计的使用寿命。
玻璃管转子流量计原理:
流量计主要由一根自下而上扩大的锥形玻管和一只随流体流量大小上下移动的浮子组成。
流体自下而上流经锥管时,流体动能在浮子上产生的升力S和流体的浮力A使浮子上升,当升力S与浮力A之和等于浮子自身重力G时,浮子处于平衡,稳定在某一高度位置上,锥管上的刻度指示流体的流量值。
根据以上原理,我们能够知道,玻璃管转子流量计的正确安装方式为:流体从流量计下端进入,从流量计的上端流出,且需要垂直安装。
流体通过玻璃管转子流量计时,流体的稳定性,对于准确的读出玻璃管转子流量计的刻度流量也是至关重要,如果玻璃管转子流量计中间的浮子上下窜动,就不能准确的读出流量,为我们的生产带来不好的影响。
所以,常规情况下,如果保持有一定的直管段距离,流体的稳定性基本能达到流量计的要求,直管段的zui佳保持距离为:
前十后五,也就是说,玻璃管转子流量计的入口处的直管段必须保证在弯头、三通、十字管道及变径的前端十倍于口径的距离;
玻璃管转子流量计的出口处的直管段必须保证在弯头、三通、十字管道及变径的后端五倍于口径的距离。如果流体比较混乱的情况下,可以和我们公司给您做特殊处理后,就可正常使用了。
以上是安装重要的注意事项,其他的方面的注意事项,玻璃管转子流量计的使用说明书上有,可以按使用说明书上的要求操作。
使用的好的话,可以延长流量计的使用寿命,下面我来说说,使用方面的知识:
1、流量计使用时,应先缓慢开启上游阀门至全开,然后用流量计下游的调节阀调节流量。
流量计停止使用时,应先缓慢关闭流量计上游阀门,然后再关闭流量计下游的流量调节阀门。
2、流量计必须待浮子稳定后方能读取示值。浮子读数位置:浮子zui大直径处为读书位置。
3、使用时应避免被测流体温度与压力的急骤变化。防止将锥管冲破伤人。
4、如锥管、浮子沾污应及时清洗。
5、浮子工作直径和测量锐边,如有损伤应重新标定。
6、流量计需要拆卸时,应熟悉其结构,特别是拆装压盖、支板螺栓时应均匀用力,防止打碎锥管。
7、经过流量计的流体状态的密度、温度、压力与分度状态不同(即标准状态)时,必须对示值进行修正。
8、使用中的流量计应定期进行检查,如发现有渗漏应先将流量计减压,然后均匀地紧固压盖,应避免压盖过紧夹碎锥管。
另外,流量计的不同的安装方式和流量计的材质问题,就不赘述了,采购的时候,根据流量的大小,温度,压力,介质,连接方式和口径的不同,而采购相应的适合现场工况条件的玻璃管转子流量计。
另外:玻璃管转子流量计的一般的客户容易忽视的有两大点,*是安装方面的,保证前十后五的直管段距离,或者离泵太近,导致流体混乱。
使用方面:阀门应该缓慢开启,而不是,打开阀门后再开泵(压力过大容易使玻璃管爆裂)。