中文字幕乱码免费

  • <dfn id="h9sws"><sup id="h9sws"><sub id="h9sws"></sub></sup></dfn>
      1. <tr id="h9sws"></tr><big id="h9sws"><nobr id="h9sws"><track id="h9sws"></track></nobr></big>
        當前位置:首頁 >> 客戶服務技術資料

        V錐流量計在智能氣舉閥中的應用

        發布時間:2019-11-27 11:13:33 瀏覽:

        0 引言

        渤海海域存在大量與油共生的天然氣藏, 為充分利用共生天然氣藏, 提高舉升效率, 降低舉升能耗, 研發了電泵與氣舉組合舉升技術, 該技術可利用現有氣源與電泵進行氣舉-電泵耦合舉升[1,2,3,4,5,6]。該舉升方式能有效利用氣藏能量, 實現油氣同采, 提高油田開發效益[7,8,9,10]。由于井下智能氣舉閥是該工藝的核心工具, 所以需要對進入該閥的氣量進行實時測試, 通過地面耦合系統分析計算所需注氣量, 并通過調整氣嘴大小改變進氣量, 從而達到最佳耦合效果的目的。

        V錐流量計在20世紀80年代中期由Floyd McCall提出, 后期Singh和Sapra等通過CFD對V錐流量計尾流流場進行研究。國內天津大學有關人員在V錐流量計前后直管段、錐角組合及支撐位置選取等方面做了深入研究。受限于差壓傳感器, 目前還沒有成熟的井下氣體測試技術。筆者在解決了高耐壓差壓傳感器技術難題后, 將V錐流量計用于井下智能氣舉閥中對氣體流量進行測試, 并通過軟件模擬及試驗得出適合于該氣舉閥的最佳直徑比β, 解決了井下氣體流量測試的難題。這對提高該類井的舉升效率和最終采收率具有重要意義。

        1 技術分析

        1.1 智能氣舉閥整體結構

        智能氣舉閥是整個井下工具的核心組成部分, 主要由上接頭、下接頭、V錐流量計、一體化可調氣嘴、單流閥、壓力溫度傳感器及電路部分組成, 結構如圖1所示。

        圖1 智能氣舉閥結構示意圖

        圖1 智能氣舉閥結構示意圖   下載原圖

        Fig.1 Schematic diagram of intelligent gas lift valve

        1—上接頭;2—電路倉;3—電機;4—氣嘴;5—單流閥;6—V錐流量計;7—電氣接頭;8—下接頭。

        該智能氣舉閥被安裝在電泵上部, 將地層產出氣作為氣源對管柱內部液體進行舉升。它通過單芯電纜與地面控制器連接, 采集的數據被實時傳輸到耦合舉升軟件進行數據分析;可以實現井下管柱內外壓力、溫度及氣體流量等參數的實時監測, 并可以接收地面指令實時對井下氣嘴進行調節, 以氣體調整舉升力。V錐流量計作為該氣舉閥的核心結構首次應用到井下儀器中, 用于井下氣體流量的測試。

        1.2 V錐氣體流量計

        流體流經錐體時, 通過V錐節流使流體在V錐前后形成壓差, 用差壓傳感器測試節流前后壓差, 計算得到測試流量。與標準孔板、噴嘴和文丘里管相比, V錐所需的前后直管段較短, 取壓孔處的壓力信號頻率高、振幅低, 能減弱機械振動信號對流量測量的干擾, 適用于井下環境[11,12,13]。

        目前廣泛應用的差壓傳感器最大耐壓等級為20 MPa, 通過對差壓傳感器內部芯片進行改進, 將傳感器耐壓等級提高到60 MPa, 滿足井下測試需求。因此, 將V錐氣體流量計首次應用于智能氣舉閥中對井下氣體流量進行測試。

        1.3 V錐流量計測量原理

        V錐流量計通過測試節流前后的壓差, 結合V錐與流道的等效直徑比β, 計算出被測流體的流量。設管道內徑為D, 節流錐體最大節流橫截面直徑為d, 則等效直徑比β的計算公式為:

         

        式中:S1為錐體最大節流橫截面積, mm2;S2為管道橫截面積, mm2。

        根據連續性方程和伯努利方程推導出管道流量qv的計算公式為:

         

        式中:Δp為錐體節流前后壓差, Pa;qv為被測流體流量, m3/s;ρ為被測流體密度, kg/m3。

        1.4 井下V錐流量計

        對于常規V錐流量計, 當氣體流量超過測試量程后, 會造成傳感器的損壞。為避免井下氣體對流量計的損壞, 設計了V錐緩沖裝置。該裝置設有壓縮彈簧, 如圖2所示。

        圖2 井下V錐流量計

        圖2 井下V錐流量計   下載原圖

        Fig.2 Downhole V-cone flowmeter

        1—V錐緩沖裝置;2—緩沖彈簧;3—V錐。

        當大流量氣體進入通道后, 氣體會推動V錐壓縮緩沖彈簧, 使V錐系統整體向后移動, 當節流面移動到錐后取壓孔后方時, 兩取壓孔壓力平衡, 從而實現對差壓傳感器的保護。

        2 V錐流量計關鍵參數優化設計

        V錐流量計的測試精度和V錐與流道的等效直徑比β密切相關, 為確定適合該智能氣舉閥的β, 通過有限元模擬計算的方式對V錐截面直徑進行優化設計。

        2.1 V錐流量計節流流場分析

        對V錐節流流道進行建模分析, 并采用網格生成器MESHTOOL對其進行智能網格劃分, 如圖3所示。在管壁上設置觀測點, 以觀察流體壓力沿管壁的分布情況。

        圖3 V錐流量計流道網格劃分

        圖3 V錐流量計流道網格劃分   下載原圖

        Fig.3 Mesh generation of flow channel in V-cone flowmeter

        圖4為流道沿線壓力分布情況。流體從入口進入管道內部, 壓力會產生較小波動, 在V錐節流處, 流道截面變小, 流體流速加快, 壓力迅速降低。在流體流過節流處后, 流體流速減慢, 壓力逐步回升到一個穩定值, 并且與節流前相比會產生一個穩定的壓差。該壓差大小與入口壓力、入口速度及V錐與流道的等效直徑比β等相關。圖5和圖6分別為流道內部壓力及速度分布圖。

        圖4 流道壓力與位置對應曲線

        圖4 流道壓力與位置對應曲線   下載原圖

        Fig.4 Corresponding curve of flow channel pressure and position

        2.2 等效直徑比β優選

        將過流管道內徑D設計為25 mm, 為保證測試精度及測試量程, 需要對錐體最大節流直徑進行優選。當錐體最大節流直徑d較大時, 有效地減小了過流面積, 造成較大的節流壓差, 便于差壓傳感器的測試, 但過小的過流面積會導致能量損失較大, 使過流量減小;當錐體最大節流直徑較小時, 過流面積較大, 便于被測流體通過, 但節流壓差較小, 影響測試精度。分別對d=22.0、23.5和24.0mm時壓差與氣體流量的關系進行試驗分析, 結果如圖7所示。

        圖5 管道壓力分布圖

        圖5 管道壓力分布圖   下載原圖

        Fig.5 Pipeline pressure distribution

        圖6 速度等值線圖

        圖6 速度等值線圖   下載原圖

        Fig.6 Velocity contour

        圖7 氣體流量與壓差關系曲線

        圖7 氣體流量與壓差關系曲線   下載原圖

        Fig.7 Relationship of gas flow and pressure difference

        從圖7可見:當d=22.0 mm、流量達到40m3/h時, 造成的節流壓差最小為16 k Pa左右, 當排量小于10 m3/h時節流壓差不明顯, 無法進行測試;當d=24.0 mm、排量達到40 m3/h時, 造成的節流壓差最大為68 kPa左右, 當排量大于20m3/h時壓差與流量關系曲線趨于一條直線, 與實際測試結果誤差較大;當d=23.5 mm時, 壓差與流量關系曲線為一條二次曲線, 符合實際測試結果。因此, 將d選為23.5 mm, 進而計算得到V錐與流道的等效直徑比β=0.341。

        3 室內試驗

        為驗證智能氣舉閥V錐流量計測試的準確性, 在實驗室對該V錐流量計進行測試, 測試結果如表1所示。從表1可知:當氣體排量小于10 m3/h時, 氣體流速較慢, V錐前后壓差不明顯, 實測值與計算值的誤差較大, 最大值為5.746%;當氣體流量在10~40 m3/h時, 該流量計測試值較準確, 誤差在1.000%以內;當氣體流量大于40 m3/h時, 測試誤差又變大。因此, 該流量計測試準確范圍在10~40 m3/h, 誤差小于1.000%, 滿足井下工況和氣舉閥測試需求。試驗結果為氣舉閥的調節提供了數據參考。

        表1 試驗結果     下載原表

        表1 試驗結果

        4 結論

        (1) V錐流量計在智能氣舉閥中的應用解決了井下氣體流量測試的難題, 它能夠對進入氣舉閥的氣體流量進行實時、準確的測量, 為氣舉閥氣嘴的調整提供了基礎數據, 從而提高了舉升效率。

        (2) 通過建模及試驗得到了適合該氣舉閥的最佳直徑比, 即β=0.341。

        (3) 當氣舉閥的流量為10~40 m3/h時, 測試誤差小于1.000%, 能夠滿足井下測試需求。

        (4) V錐流量計在智能氣舉閥的成功應用, 為油氣同采井提供了技術保障, 對于提高該類井的舉升效率和最終采收率具有重要意義。

        中文字幕乱码免费
      2. <dfn id="h9sws"><sup id="h9sws"><sub id="h9sws"></sub></sup></dfn>
          1. <tr id="h9sws"></tr><big id="h9sws"><nobr id="h9sws"><track id="h9sws"></track></nobr></big>