李春燕-压差法油井产液量计量方法探讨

压差法油井产液量计量方法探讨

李春燕

（采油工艺研究院采油工艺研究室）

摘 要：压差法原理在流量计的液体流量测量上，已经得到了成功的应用。本文选用压差流量计标准计量模型，并在此基础上为达到精确计量值，引入应用压力传感器，在三相流实验室进行实验，通过计量结果来表明压差流量计应用于油井产液量计量方面的可行性。 关键词：螺杆泵 压差法 计量

1 差压法计量技术简介

差压测量流量的方法历史悠久，技术成熟。差压式流量计以其结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长，便于规模经济生产等诸多优点已经成为一类应用最广泛的流量计。世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70％占居首位。

常规抽油机举升在线计量可以采用功图量油法较方便求得, 而螺杆泵举升具有自身特殊性, 目前还没有较实用方便的在线求产方法。螺杆泵在线计量技术的实施，可以简化地面系统，撤消计量间和配水间、停运掺水系统，同时方便现场维护与管理，减少

一线员工。在油田采油、集输等工艺流程方面可以有效解决高能耗问题，具有重大意义。 2 流量计标准计算模型

如果流体流经一个收缩（节流）件时，流体将被加速。这种流体的加速将使它的动能增加，而同时按照能量守恒定律，在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。能量守恒定律：在一个封闭的系统中，流体的总能量是一个常数。为进一步进行定量分析，如图1[2]：

图1 差压式流量计工作原理图

1

在横截面1处，流体的平均流速是V1，其密度是?1，管道在横截面1处的横截面积是A1；当流体流过横截面2时，相应的平均流速是V2，密度是?2，横截面积是A2，根据流体流动连续性原理有如下关系式：

?1=V2 · V1 · A1·A2 ·?2………………………………（1） 如果流体是液体，可认为在收缩前、后其密度不变，即

?1＝?2＝?

所以液体的体积流量： qV＝V1 · A1＝V2 ·A2………………………………（2） 根据伯努利方程（能量守恒定律），在水平管道上Z1＝Z2，则有如下关系式：

p1??1V122?p2??1V222……………………………（3）

应用伯努利方程和流动连续性原理，在两个横截面上则有如下关系式：

?p?P1?P2??122?V2?V1? ?2?由（2）式： V1?将（4）代入（3）式，并整理，则得：

A2V2……………………………………（4） A1?A??p??1??2?2??A1???d?则 ?p??1???2???D?2?1?2??V22， ???1?4?2?V2 ??2?d式中 A1??D；A2?

44根据直径比?的定义： ??由（2）式 V2?d Dqv A2 2

?4?qv??1??∴ ?p?1??? ????A2?A22?2??1∴ qv??

1??4?122这样可推导出以下的理论流量公式：

qv?11??4??4d2?2?P?1 又由于流出系数C的定义是：C?实际流量公式：

qv?实际流量，最后可得出节流式差压流量计普遍适用的

理论流量c??1??4??4d2?2?P?1……………… …… ……（5）

质量流量 qm?qv??1……………………………………………（6） 式中：

?——被测介质的可膨胀性系数，对于液体 ?=1；对气体、蒸气等可压缩流体?＜1；

此处为油水混合物，?=1

qv——流体的体积流量，[m3/s]；（工况下流体的体积流量）； qm—流体的质量流量，[㎏/S]；

d——工作状况下节流件的等效开孔直径，[m]（对于孔板是孔径，对于文丘里管是喉径）；

?p—差压，?p?P1?P2，[Pa]；

?1——工作状况下，节流件（前）上游处流体的密度，[㎏/m3]； C ——流出系数，[—] 无量纲； β ——直径比，[—]无量纲。β=d／D。

上式中是该模型中较重要的参数，随油井气液比、节流前压力不同而不同，可以由下式计算：

3

??1????水fw??油?1?fw?? fw?含水率 含水100％?1?1000kg/m3，含水50％?1?925kg/m3，含油100％?1?850kg/m3 3 模型应用实验

根据以标准公式为模型的压差法计量模式，现在三相流实验室里进行实验，验证此方法的可行性，为了达到实时计量的目的，在测压装置中引入了压力传感器，将采集到的数据发送到计算机上，进行保存。 (1) 实验方案

根据实验内容加工5个喉管，尺寸分别为d=5mm，d=8mm，d=10mm，d=15mm，d=20mm，实体图与加工装配图分别如图2，图3所示：

图2 喉管三维实体模型

图3 喉管加工装配图

4

（2） 实验内容

每一种尺寸的喉管要在不同含水率和不同流量下进行实验，一共需要75个标定点，实验内容如表1，表2，表3，表4，表5所示：

表1 实验标定点列表d = 5mm

压力, 流量, KPa 方/天 含水,％ 100 50 0

d = 5mm 5 10 17.1589 15.87199 14.58507

15 38.60753 35.71197 32.8164

20 68.63561 63.48794 58.34027

80 1098.17 1015.807 933.4443

4.289726 3.967996 3.646267

表2 实验标定点列表d = 8mm

压力 , 流量, 方/天 KPa 含水,％ 100 50 0

d = 8mm 5 0.65456 0.605468 0.556376

10 2.618241 2.421873 1.372799

15 5.891042 5.449214 3.088798

20 10.47296 9.687491 5.491196

80 167.5674 154.9999 87.85914

表3 实验标定点列表d = 10mm

压力 , 流量, KPa 方/天 含水,％ 100 50 0

d = 10mm 5 0.268108 0.248 0.227892

10 1.072431 0.991999 0.911567

15 2.412971 2.231998 2.051025

20 4.289726 3.967996 2.051025

80 42.33777 63.48794 58.34027

表4 实验标定点列表d = 15mm

流量, 压力, 方/天 KPa 含水,％ 100 50

d = 15mm 5 0.05296 0.048988

10 0.211838 0.19595

15 0.476636 0.440888

20 0.847353 0.783802

80 8.363016 12.54083

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