温度对涡轮流量计井下计量参数的影响油田生产井各种生产参数计量是生产管理的一项基础性工作。在油田生产参数的计量检测中，我们注意到温度、压力等参数的测量比较容易实现，唯独流量的测量最为复杂，是一个较难测量的参数。

 

    涡轮流量计是检测流体（液体、气体）流量的仪器之一。由于油气井产层流体的流量参数受流体本身的温度、黏度、密度等的影响，而且生产井井下实际情况又十分复杂，在测量过程中往往出现井口量油与井下在线计量不一致的情况，给生产和管理带来了麻烦[1]。本文主要研究了不同温度对涡轮响应值——K值的影响，进而在趋势校正上减小井口计量与井下在线计量的偏差，为工程技术人员提供了一种还原数据、校正误差的方法和手段。

 

    一、涡轮流量计的计量原理和影响因素

 

    1.基本原理

 

    涡轮流量计是一种以动量矩守恒原理为基础的速度式仪表。当流体冲击涡轮叶片时，涡轮产生旋转运动，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，进而依据涡轮的转数求出流量值。计量仪表的计量是通过磁电转换装置（或机械输出装置）将涡轮转速变成电脉冲，送入二次仪表进行计算和显示，由单位时间电脉冲数和累计电脉冲数反映出瞬时流量和累计流量。

 

    2.影响因素

 

    涡轮流量计的理想特性曲线仅与仪表结构参数有关，与流量变化无关，仪表系数K（响应值）为一常数，而实际曲线并非如此。对于实际的涡轮流量计，在启动时涡轮首先要克服轴承的静摩擦力而后才能转动[2]。我们将涡轮克服静摩擦力矩所需的最小流量值称为该涡轮的始动流量值。当通过流量计的流量小于始动流量值时，涡轮不转动，也无信号输出；当流量大于始动流量值以后，随着流量的增加，涡轮的旋转角速度也将增大。以后，在测量范围内，流体产生的阻力矩将成为影响流量计特性的主要因素，相对来说，由轴承间摩擦产生的机械阻力矩就比较小了。流体产生的阻力矩对涡轮的影响又分为如下两种情况：一是当流体以较低速度流经涡轮时，仪表常数是随被测流体的流量和运动黏度变化而变化的。二是当流体以较高速度流经涡轮时，仪表常数只与仪表本身的结构参数有关，与流量无关。只有在这种状态时，仪表常数才真正表示了常数的性质。涡轮流量计的流量范围就是根据这一区间来确定的［3，4］。

 

    二、实验及结果分析

 

    1.实验数据一：涡轮在水中不同温度下的响应

 

    在单相流的条件下，涡轮的转速和流经它的体积流量成一单值线性函数；在油水两相流条件下，只要流量超过始动流量，在允许的误差范围内，涡轮的响应和体积流量也成线性函数。不同温度下，用水标定涡轮的响应值K值的情况（表1）。由表1的两组数据可以发现，在同一流量下，由于水温度的增加，涡轮的K（K=F/Q）值相对减小。

 

 

 

    2.实验数据二：涡轮在油中不同温度下的响应

 

    不同温度下，标定涡轮对油流量的响应数值，如表2所示。

 

    根据表2数据得出油对K值的响应特性关系式。其中冷油（16℃）对K值的响应特性为：

 

    F=119.7Q-46.383

 

    热油（60℃）对K值的响应特性为：

 

    F=107.04-20.484

 

    由此，我们可以推导出：

 

    

 

    式中Q1——热油流量，m3/d；

 

     Q2——冷油流量，m3/d；

 

    F1——涡轮对Q1的频率响应值，Hz；

 

    F2——涡轮对Q2的频率响应值，Hz。

 

    将式（1）、式（2）组成方程组，解得：

 

    （1）当F=F1=F2=143时，Q1=Q2；

    （2）当F=F1=F2＞143时，K值大的涡轮流速相对较小；

    （3）当F=F1=F2＜143时，K值大的涡轮流速相对较大。

 

    图1为标准涡轮在不同流量、不同油温下的K值响应曲线。标准涡轮K值计算公式为：

 

    K=F/Q

 

    其中 Q=V/T

 

    式中 F——标准涡轮在某一流量范围内的响应频率；

    V——某一固定体积容器；

    T——以某固定流量Q充满固定体积V所用的时间。

 

 

 

    由以上图表可以看到：当Q1=Q2时，F1＜F2，K1＜K2。因此，可以得出，当流量一定时，标定冷水的K值比热水的K值大。如果提高流量Q1，使F1=F2，则会出现以下情况：当F1=F2时，Q1＞Q2，K1＞K2。

 

    三、简单的结论

 

    （1）涡轮在同样响应频率的情况下，针对温度对频率响应影响特性，通过文中实验和图版，我们得到一个临界频率，即：当频率F=F1，F1＞143时，冷油中的涡轮流速较小；当频率F=F1，F＜143时，热油中的涡轮流速较大。 

 

    （2）温度参数对涡轮K值有很大影响，往往使涡轮频率产生响应误差，影响生产井在线计量的精度，应进行相应校正。

 

    （3）涡流流量计的涡轮和轴承如选择耐高温、热膨胀系数小的材料，则可以在较宽的温度范围内使用，并解决了地下温度过高造成测量误差过大的问题；同时，应注意对其仪表系数进行修正。

 

    （4）在今后的工作过程中，应通过大量实际数据的测量统计和分析，建立不同温度下两相流频率的响应图版，以便于工程技术人员根据不同井况进行相应的流量校正。

 

    参考文献

 

    [1]韩文卿，孙良玉.涡轮流量计测量误差分析[J].测控技术，1995，20（1）：86-89.

    [2]李海青.两相流参数检测及应用[M].杭州：浙江大学出版社，1991.

    [3]王进旗，强锡富，张永奎.测量油井含水率的新方法——同轴线相位法[J].仪器仪表学报，2002，23（1）：74-76.

    [4]王进旗，强锡富，于英华.基于相位法原油含水率仪的实验研究[J].计量学报，2004