智能旋启靶式流量计用于单井计量

王丽飞 徐春亮 孙振华

1中国石油大学（华东）化工学院2大庆油田采油六厂3中国石油大学（华东）科学技术研究院

智能旋启靶式流量计用于单井计量

王丽飞1徐春亮2孙振华3

1中国石油大学（华东）化工学院2大庆油田采油六厂3中国石油大学（华东）科学技术研究院

为解决油田单井流量的准确计量问题，设计开发了一种智能旋启靶式流量计，该装置结合旋启式单向阀结构特点和靶式流量计的测量原理，将流量的变化转换成旋启靶旋启角度的变化，实现流量的测量。经过实验室和现场试验研究表明，该流量计具有灵敏度高、自适应能力强、量程范围宽、稳定性好的特点，对间歇脉冲流量反映迅速、准确，适合测量多相管道输送介质的综合流量。

单井；智能旋启靶式流量计；流量测量

为解决油田单井流量的准确计量问题，设计开发了一种智能旋启式靶式流量计，将测量管的流量变化转换成旋启靶旋启角度的变化，实现流体流量的测量，其具有精度高、量程范围宽、稳定性好、成本低、维护方便等特点；并且智能旋启式靶式流量计将微电子技术和计算机技术应用到信号转换器和显示部分，大大提高了流量计的性能。

1 结构和测量原理

智能旋启靶式流量计的结构组成如图1所示。

图1 智能旋启靶式流量计结构

智能旋启靶式流量计由阀体和通道构成测量管，检测口设置靶板，靶板通过角度传感器与检测口的侧壁铰接形成旋启靶结构，角度传感器的输出端连接智能变送器。测量管的通道流过流体时，靶板受力并旋转一定角度，通过的流体流速不同，靶板的旋启角度也不同，角度传感器发出的电信号不同，输入智能变送器将电信号转换成流量信号，实现多相流体流量的测量。

2 参数计算

当介质在测量管中流动时，因其自身的动能产生对靶板的作用力，从而举升靶板产生角位移，靶板势能增加，达到新的平衡，这个角位移同介质的质量流量存在对应关系，其数学公式为

式中q为介质的质量流量；Cq为流量系数；K为流量计结构系数；θ为靶板旋启角度；θ0为靶板初始角度；α为介质黏度系数。

智能旋启式靶式流量计结合靶式流量计流量测量原理和单向阀结构特点，把流体动能反映在靶板的旋启角度上，避免了靶式流量计对小流量不敏感的问题。

3 流量计的特点

（1）智能旋启式靶式流量计把流体动能反映在单向阀靶板的开度上，增加了靶板受力面积，提高了测量灵敏度，解决了靶式流量计对小流量不敏感的问题。

（2）通过靶板重心的变化反映靶板受力大小，提高了测量的稳定性。

（3）靶板受力情况相当于整个流通截面受力的综合，这个综合受力被完整地体现在靶板的旋启角度上，检测流体流动状态的适应力强，适用于油井采出液含砂、含气、间歇、高黏、小流量等复杂特性下的流量测量。

（4）测量数据可靠，重复性好，同时可以连续测量和进行数据分析，得到较为精确的计算结果；数据可以就地存储：10 s采样，数据存储一年。

（5）适合于油井采出液流量变化大、介质不均匀等情况下的流体流量测量，解决了油田单井产量连续计量的难题。

（6）安装简单，维护方便，抗干扰、抗杂质能力强。

4 室内实验

将智能旋启靶式流量计同标准电磁流量计在实验室内进行水流量对比测试，结果如图2所示。图中曲线A为电磁流量计测得的波形图，曲线B为靶式全新多相流量采集单元测得的波形图（曲线只反映趋势，不代表数值）。

图2 水流量对比测试

对比图2中曲线可知：①两种测量设备采集的流量趋势大致是相同的，都可以反映实验条件下的流量趋势；②在流量发生变化时，黑色曲线比红色曲线反映稍快，可见智能旋启靶式流量计比电磁流量计对流量的变化更敏感。

5 现场应用

采用智能旋启靶式流量计对某采油厂计量站外输流量进行监控，2011年10月30日21∶40到10月31日0∶25流量曲线的采样周期为10 s。从流量变化曲线上可以看出，该站在10月30日晚上9∶40到10∶30之间流量有明显变化。第二天经核实该站有一口井在这段时间发生穿漏，巡检人员10∶30去完成补卡操作。由此说明智能旋启靶式流量计灵敏度高，稳定性好，检测流体流动状态的适应力强。

6 结语

结合旋启式单向阀结构特点和靶式流量计的测量原理，智能旋启靶式流量计将流量的变化转换为旋启靶角度的变化，经过实验研究和现场应用效果表明，该流量计灵敏度高，能够反映产液量趋势，受气体、杂质等影响小，对间歇脉冲流量反映迅速、准确，量程范围宽，适合测量多相管道输送介质的综合流量，值得广泛推广应用。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.047