流量計研進展課件

1、1 1三、課題主要進展情況三、課題主要進展情況1、調(diào)研了乾采測試現(xiàn)狀及能力，明確了分層注CO2測試需求2、立足分層注氣工藝，設計了相應的測調(diào)試工藝3、利用CO2腐蝕模擬試驗裝置，設計了流量計評價試驗方案4、以現(xiàn)有流量計為基礎，設計形成了五種流量計研發(fā)方案5、分析了超臨界CO2的物化性質(zhì)及其對CO2流量計量的影響6、分析了超臨界CO2流量計量影響因素，初步形成計量方法7、完成了全井眼流量計結(jié)構和外觀設計8、完成了部分流量計相關的輔助設計 八八項項進進展展p在分層注氣測調(diào)試及CO2流量計量兩方面取得八項進展：2 21 1、調(diào)研了乾采測試現(xiàn)狀及能力，明確了分層注、調(diào)研了乾采測試現(xiàn)狀及能力，明確了分層

2、注COCO2 2測試需求測試需求p目前乾安采油廠測試現(xiàn)狀及能力目前乾安采油廠測試現(xiàn)狀及能力測試人員及設備現(xiàn)狀測試工40人，試井車10臺（其中有2臺是2000年投產(chǎn)的東風測試車，車況差故障率高，亟待更新），流量計20支，驗封儀15支，目前使用的鋼絲是普通材質(zhì)，直徑2.4mm，絞車提升能力10KN、工作壓力16Mpa。大情字油田注水井測試現(xiàn)狀大情字油田注水井測試周期六個月（不包括壓力波動復測和周期注水井測試），測試1口井需要5-7天時間項目人員試井車流量計驗封儀鋼絲絞車內(nèi)容40人10臺20支15支普通材質(zhì)，直徑2.4mm提升能力10KN、工作壓力16Mpa 目前乾安采油廠測試人員及設備現(xiàn)狀統(tǒng)計表目

3、前乾安采油廠測試人員及設備現(xiàn)狀統(tǒng)計表3 31 1、調(diào)研了乾采測試現(xiàn)狀及能力，明確了分層注、調(diào)研了乾采測試現(xiàn)狀及能力，明確了分層注COCO2 2測試需求測試需求p分層注CO2測調(diào)試需求：測調(diào)試工藝、測調(diào)試設備及隊伍配備，測調(diào)試操作規(guī)程及制度等。序號測調(diào)試需求備注1測試設備和隊伍配備按照正常井測試1口需用5-7天計算，每個班組每月能完成5口井測試工作量；新增加約140口井測試工作量，每年增加測試工作量600井次，平均每月50井次；每個班組每月測5口井，則至少需要10個測試班組，10臺試井車，15支流量計和15支驗封儀及相應的配套工具。新增人員隊伍配備測試設備2CO2驅(qū)注氣井測試設備要求CO2驅(qū)測試

4、車輛的絞車計量部分和盤絲機構需要使用防腐材質(zhì)；防噴管材質(zhì)需用防腐和耐壓能力強的，并且耐低溫能力要強，能夠?qū)崿F(xiàn)氣密封，防噴盒要具有雙道密封盤根，需要用2個材質(zhì)好抗拉能力強的定滑輪；鋼絲應使用防腐鋼絲（直徑多大合適應由專業(yè)技術人員確定）；投撈器、密封段、震蕩器、加重桿、繩帽、卡瓦打撈器、驗封儀和流量計都需要使用防腐材質(zhì)，密封段膠圈需要防腐耐低溫；需要配備便攜式CO2濃度檢測儀，防窒息、防凍傷防護用品等。測調(diào)試設備特殊要求3測調(diào)試操作規(guī)程及制度需要制定CO2驅(qū)分層注氣測試操作規(guī)程，并進行培訓。規(guī)范要求4井下超臨界態(tài)CO2流量計量方法及流量計。重點攻關研究4 42 2、立足分層注氣工藝，設計了相應的測

5、調(diào)試工藝、立足分層注氣工藝，設計了相應的測調(diào)試工藝p同心雙管分注工藝地面測調(diào)試在地面井口管線處進行測調(diào)試，氣量及壓力計量利用測試儀表測得。 來來COCO2 2V V 錐流量計錐流量計同心雙管分注地面測調(diào)試工藝同心雙管分注地面測調(diào)試工藝1 1- -防噴管防噴管2 2- -油管油管3 3- -封隔器封隔器4 4- -喇叭口喇叭口5 5- -儀器儀器6 6- -試井鋼絲試井鋼絲7 7- -試井車試井車8 8- -注氣管線注氣管線123456781 1- -防噴管防噴管2 2- -油管油管3 3- -封隔器封隔器4 4- -喇叭口喇叭口5 5- -儀器儀器6 6- -試井鋼絲試井鋼絲7 7- -試井車

6、試井車8 8- -注氣管線注氣管線12345678流量測試施工示意圖p井下配注器分注工藝測調(diào)試采用防噴測試工藝，關鍵是測調(diào)試設備防腐、氣密封，CO2流量計。5 53 3、利用、利用COCO2 2腐蝕模擬試驗裝置，設計了流量計評價試驗方案腐蝕模擬試驗裝置，設計了流量計評價試驗方案p設計并加工了流量計評價試驗臺架：在臥式試驗罐內(nèi)采用流量計評價試驗臺架安裝流量計進行試驗評價。試驗臺架試驗臺架利用CO2腐蝕模擬試驗裝置腐蝕評價試驗罐進行流量計對比評價試驗試驗臺架放于臥式試驗罐內(nèi)容，用于放置和固定流量計6 63 3、利用、利用COCO2 2腐蝕模擬試驗裝置，設計了流量計評價試驗方案腐蝕模擬試驗裝置，設計

7、了流量計評價試驗方案p設計形成了流量計評價試驗方案：模擬不同CO2溫度、壓力、相態(tài)（重點是井下超臨界態(tài)）條件，對比分析渦輪流量計、超聲波流量計和質(zhì)量流量計等多種流量計對CO2流量的測試結(jié)果，從而找出適合于井下CO2流量測量的流量計。試驗前準備好超聲波流量計、渦輪流量計、流量計固定裝置等檢查臥式高壓腐蝕試驗罐，并使用流量計固定裝置將流量計固定在試驗罐內(nèi)，安裝完畢后檢查封口是否密封完好改變CO2的流量、溫度、壓力等參數(shù)（參照試驗條件表），各種參數(shù)改變后穩(wěn)定10分鐘試驗完成后，停止注氣，等溫度降到常溫后，打開臥式高壓腐蝕試驗罐，取出流量計及固定裝置，讀取流量值將超聲波流量計、渦輪流量計所測得的流量值

8、與地面安裝的質(zhì)量流量計的流量值進行對比分析，得出適合于測量井下CO2流量的流量計項目CO2流量（m3/d）溫度（）壓力（Mpa）材料試驗工作量(組)試驗時間（min）累計時間（d）參數(shù)5、10、15、18、2020、805、30超聲波流量計、渦輪流量計163037 74 4、以現(xiàn)有流量計為基礎，設計形成了五種流量計研發(fā)方案、以現(xiàn)有流量計為基礎，設計形成了五種流量計研發(fā)方案p CO2流量計量難點：僅計量體積流量無法準確得知實際的注入質(zhì)量。p CO2流量計研發(fā)思路：要實現(xiàn)流量的準確測量，需要通過采用測液態(tài)CO2介質(zhì)流速及同一時間的溫度、壓力進行密度校正的辦法 ,實現(xiàn)了液態(tài)CO2質(zhì)量流量的自動計量，

9、據(jù)此設計了5種井下流量測試思路。 方案設計設計思路具體工作方案一全井眼渦輪流量計+溫度+壓力+密度流量與壓力、溫度的關系，進行大量的實驗數(shù)據(jù)分析，建立溫度、壓力補償模型采用非集流方式進行測試方案二超聲流量計+溫度+壓力+半集流CO2在超臨界態(tài)下的聲波衰減和聲波傳輸特性超臨界CO2對超聲探頭非金屬材質(zhì)部分腐蝕特性方案三渦街流量計+集流方式超臨界態(tài)CO2流體中卡門漩渦理論適用性集流傘耐腐蝕性、集流效果和測量精度方案四雙渦輪方式雙渦輪方式安裝結(jié)構實現(xiàn)的方法渦輪旋轉(zhuǎn)角度高精度測量方法渦輪轉(zhuǎn)動靈敏性設計方案五全井眼渦輪流量計+持氣率測量儀不同流態(tài)、溫度、壓力對持氣率的影響不同持氣下，對全井眼渦輪轉(zhuǎn)速的影

10、響8 85 5、分析了超臨界、分析了超臨界COCO2 2的物化性質(zhì)及其對的物化性質(zhì)及其對COCO2 2流量計量的影響流量計量的影響 p分析了超臨界CO2物理性質(zhì)及其對CO2流量計量的影響CO2相圖pCO2的臨界溫度31.1、壓力7.38MPa，此時CO2呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)，兼有氣液雙重特性密度高于氣體，接近液體；粘度接近氣體，比液體小得多；擴散系數(shù)大，流動性好密度、粘度變化趨勢相似，給定超臨界壓力下，與溫度成反比；給定溫度下，與臨界壓力成正比p超臨界CO2計量必須考慮密度和氣泡的影響密度隨溫度壓力變化密度隨溫度壓力變化粘度隨溫度壓力變化粘度隨溫度壓力變化9 95 5、分析了超臨界、分析了超臨界CO

11、CO2 2的物化性質(zhì)及其對的物化性質(zhì)及其對COCO2 2流量計量的影響流量計量的影響 p分析了超臨界CO2化學性質(zhì)及其對CO2流量計設計的影響CO2對金屬的腐蝕：CO2溶于水便形成碳酸，釋放出氫離子。氫離子是強去極化劑，極易奪取電子還原，促使陽極鐵溶解而導致腐蝕。CO2與水垢形成的關系：CO2能和地層中碳酸鹽膠結(jié)物反應，生成易溶于水的鹽類，而這些鹽類在一定溫度和壓力下又分解出不溶于水的沉淀物。CO2與氣體水合物形成關系：CO2分子與水分子通過氫鍵形成形成的一種籠形晶體化合物，水分子通過氫鍵形成晶穴，CO2分子填充水分子形成穩(wěn)定的化合物。p流量計選材必須耐CO2腐蝕；結(jié)垢和氣體水化物使液態(tài)CO2

12、流過接觸式流量計時易產(chǎn)生節(jié)流，為儀器外徑的確定和流量計選型提供參考。2322CO2HCOOHeFeFe22222HeH2332HFeCOCOHFe32223)(MgCOCOOHHCOMg32223)(CaCOCOOHHCOCaOnHCOOnHCO222210106 6、分析了超臨界、分析了超臨界COCO2 2流量計量影響因素，初步形成計量方法流量計量影響因素，初步形成計量方法密 度：CO2可壓縮性大，不同溫度壓力下，密度變化較大。氣泡含量：超臨界CO2具有較高蒸汽壓，在某壓力、溫度下處于氣液平衡狀態(tài)。流動狀態(tài)下，氣相必然存在，氣泡的多少及比例與CO2流速有關。從查閱相關資料得知，溫度壓力相同時

13、，CO2流速大則氣泡所占比例增加。 經(jīng)過變徑或彎頭時，氣態(tài)CO2含量也會增加。p分析了超臨界CO2流量計量因素影響p單純采用體積流量無法準確得知實際注入質(zhì)量；p流量計選擇必須考慮氣泡因素，需既檢測出氣泡含量，又不影響流量精度。密度隨溫度壓力變化密度隨溫度壓力變化11116 6、分析了超臨界、分析了超臨界COCO2 2流量計量影響因素，初步形成計量方法流量計量影響因素，初步形成計量方法p初步形成“全井眼渦輪流量計+溫度+壓力+密度”CO2流量測試計量方法statptpstaQQ(1)G rmK F 2109287362542321)(lnln)(lnln1)(ln)(lnln)(lnlnpapa

14、tatapapapatataa超臨界CO2流量由于溫度壓力差異，導致密度存在差異，無法完全用流量計直接讀出的體積流量來表征，對CO2流量的描述應轉(zhuǎn)化為常溫常壓下的體積流量。全井眼渦輪流量計壓差密度計“溫度+壓力”計算密度1.9771.97712126 6、分析了超臨界、分析了超臨界COCO2 2流量計量影響因素，初步形成計量方法流量計量影響因素，初步形成計量方法p初步形成“全井眼渦輪流量計+持氣率測量儀”CO2流量測試計量方法實際應用時，通常采用實驗圖版。經(jīng)過摩擦校正，即可用校正后所得密度資料確定其持液率。00mmwYp在一定流量范圍內(nèi)，渦輪呈現(xiàn)非線性響應。含液率對流量計量有較大影響，確定流量

15、時，應首先計算CO2兩相含液率。流量計頻率與流量及持液率關系圖版流量計頻率與流量及持液率關系圖版13137 7、完成了全井眼流量計結(jié)構和外觀設計、完成了全井眼流量計結(jié)構和外觀設計p完成了全井眼渦輪流量計的框架、機械結(jié)構設計和渦輪部分的樣機裝配全井眼渦輪結(jié)構圖全井眼渦輪結(jié)構圖全井眼渦輪外觀設計全井眼渦輪外觀設計全井眼渦輪流量計設計為一種采用可伸縮金屬葉片的渦輪流量計，具有葉輪面積大，堅固耐用的特點；儀器本身帶扶正機構，居中性好，可較好的完成測試工作。全井眼渦輪合起狀態(tài)全井眼渦輪合起狀態(tài)傳統(tǒng)渦輪傳統(tǒng)渦輪改進改進14148 8、完成了部分流量計相關的輔助設計、完成了部分流量計相關的輔助設計不同金屬、

16、膠圈在不同金屬、膠圈在COCO2 2中的腐蝕性實驗結(jié)論中的腐蝕性實驗結(jié)論編號 材料 實驗現(xiàn)象 1TC4 無明顯的變化 21Cr18Ni9Ti 除材料加工表面有缺陷處有黑色腐蝕外，無明顯的變化 32Cr13 銹跡斑斑，整個表面發(fā)黑，腐蝕嚴重 4全氟O型圈 無明顯變化 5全氟膠套 無明顯變化6QBe2 整個表面發(fā)黑，腐蝕嚴重 p通過實驗和分析，優(yōu)選出可用于儀器加工的材料及密封的膠圈金屬錐面密封兩道O型圈密封新型密封技術外觀設計新型密封技術外觀設計p防止CO2腐蝕和氣密封是整個儀器設計的關鍵初步確認選用鈦合金材料制作儀器主體，密封圈選用全氟O型圈方便安裝也可較好的避免CO2的腐蝕；密封部分結(jié)構選用兩

17、道O型圈與金屬錐面密封相配合的新方法，即可保證儀器強度，增強儀器密封性又可減少CO2對密封部位的腐蝕。15158 8、完成了部分流量計相關的輔助設計、完成了部分流量計相關的輔助設計p綜合考慮CO2注入井筒溫度等因素，優(yōu)選出了溫度響應時間短、測量精度高的鉑金絲電阻溫度傳感器探頭溫度響應曲線探頭溫度響應曲線探頭的外觀設計探頭的外觀設計儀器編號常溫電壓值V1水溫電壓值V2上升70%時間t1上升80%時間t2上升90%時間t3探頭13.59V4.02V1.48s2.20s3.04s探頭23.59V4.01V1.40s2.00s2.76s上升70%最長時間1.48s結(jié)論合格儀器號6595125150油浴

18、烘箱油浴烘箱油浴烘 箱油浴烘箱探頭164669593124124149151探頭265669497125126150152最大誤差：油浴中為1 ，烘箱中為2結(jié)論滿足設計要求，合格探頭溫度響應測試表探頭溫度響應測試表探頭溫度精度測試表探頭溫度精度測試表p溫度傳感器采用進口的鉑金絲電阻PT1000具有穩(wěn)定性高、精度高等優(yōu)點，且用薄壁管進行鎧裝封裝，耐腐蝕好；經(jīng)過測試，優(yōu)選出了一致性好、穩(wěn)定性高、時間響應短、精度高的溫度傳感器。16168 8、完成了部分流量計相關的輔助設計、完成了部分流量計相關的輔助設計p設計完成渦輪流量計、井溫壓力儀電路部分，并完成電路板的焊接、調(diào)試設計完成渦輪流量計、井溫壓力儀

19、電路部分，并完成電路板的焊接、調(diào)試渦輪流量計信號采集電路（霍爾開關）渦輪流量計信號采集電路（霍爾開關）渦輪流量計是利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度的流量計，與流量成正比渦輪流量計是利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度的流量計，與流量成正比的葉輪轉(zhuǎn)速由嵌在葉輪中的永磁材料檢測出，當葉輪旋轉(zhuǎn)時磁場交替接近磁敏元件，的葉輪轉(zhuǎn)速由嵌在葉輪中的永磁材料檢測出，當葉輪旋轉(zhuǎn)時磁場交替接近磁敏元件，使磁敏元件周期性的打開和閉合，這種開關作用使恒壓源產(chǎn)生脈沖信號。通過檢測使磁敏元件周期性的打開和閉合，這種開關作用使恒壓源產(chǎn)生脈沖信號。通過檢測這一脈沖信號可測得流量大小。這一脈沖信號可測得流量大小。井溫壓力儀

20、電路板井溫壓力儀電路板17178 8、完成了部分流量計相關的輔助設計、完成了部分流量計相關的輔助設計p搭建了簡易氣體標定實驗臺大功率鼓風機大功率鼓風機標定用低起排高精度流量計標定用低起排高精度流量計氣體標定臺的搭建，更好的解決了儀器在CO2流量的標定問題、為超臨界狀態(tài)CO2的流量計量提供更加詳實的實驗數(shù)據(jù)。1818四、課題主要進展情況四、課題主要進展情況1 、分析了超聲波在超臨界CO2中的若干相關特性2 、完成了全井眼流量計性能測試分析3 、完成了壓差密度計的電路設計4 、完成了半集流超聲流量計的電路設計5 、完成了井溫壓力儀的機械設計五五項項進進展展p在CO2流量計量方法和設備研制兩方面取得

21、五項進展：1919公式：公式：p超聲流量計測超臨界CO2流量可行性分析媒介聲速為C，測試中超聲波頻率fs,若超聲遇到以Vs速度運動的CO2液泡氣泡，會在泡的界面產(chǎn)生反射，這個反射可視為新的波源，在反射產(chǎn)生的短暫時間內(nèi)可視為它與井液儀器運動的波源，即接收器不動，波源隨媒介運動，則反射時產(chǎn)生多普勒頻移后的頻率為fr，經(jīng)理論研究有fs=fs/(1-Vs/C) 定義f=fs-fr.實際CVs,則有Vs=Cf/fs根據(jù)以上公式，應用多普勒效應來測量速度是可行的還需要對超聲波在超臨界CO2中的相關特性進行分析1 1、分析了超聲波在超臨界CO2中相關特性20201 1、分析了超聲波在超臨界CO2中相關特性超

22、臨界超臨界CO2CO2流體中聲速隨壓力變化曲線流體中聲速隨壓力變化曲線超臨界超臨界CO2CO2流體中聲速隨溫度變化曲線流體中聲速隨溫度變化曲線p分析了超聲波在超臨界CO2中傳播的聲速變化CO2壓力增大則密度增大，聲速是密度函數(shù)，所以CO2流體的聲速隨CO2壓力增大而增大。CO2壓力不變溫度升高時，CO2密度減小，進而引起聲速減小。21211 1、分析了超聲波在超臨界CO2中的相關特性p分析了超聲波在超臨界CO2中的聲衰減特性超臨界超臨界CO2CO2流體中聲強隨壓力變化曲線流體中聲強隨壓力變化曲線超臨界超臨界CO2CO2流體中聲強隨溫度變化曲線流體中聲強隨溫度變化曲線由已有條件，對聲強進行測試，

23、聲強相對值是密度函數(shù)，聲衰減也是密度函數(shù)。CO2溫度不變壓力增大時CO2密度增大，聲衰減減小。CO2壓力不變溫度升高時，CO2密度減小，進而引起聲衰減增大。通過超聲波相關特性分析，為超聲流量計探頭的間距確定提供依據(jù)。22222 2、完成了全井眼流量計性能測試分析全井眼渦輪流量計樣機全井眼渦輪流量計樣機儀器按照調(diào)試工藝，經(jīng)過打壓，常溫、高溫老化試驗，經(jīng)調(diào)試后各項指標均可達到要求。p完成了全井眼渦輪流量計電路板調(diào)試和整機裝配儀器調(diào)試表格儀器調(diào)試表格23232 2、完成了全井眼流量計性能測試分析日本NSK軸承起排小，但被測液體雜質(zhì)多易引起軸承損壞瑞士陶瓷軸承為深溝球軸承，不受被測液體成分影響，且在液

24、體中有自潤滑，但啟排未降至最低還在繼續(xù)尋找磨阻更小耐腐蝕好的軸承p試驗分析了挑選的幾種軸承對儀器性能的影響軸承選型啟動排量存在問題國產(chǎn)軸承80m/D腐蝕、生銹日本小磨阻60m/D生銹國產(chǎn)小磨阻60m/D腐蝕、生銹日本NSK18m/D進雜質(zhì)起排變大瑞典陶瓷26m/D無軸承選型實驗軸承選型實驗日本日本NSKNSK軸承軸承瑞典陶瓷軸承瑞典陶瓷軸承24242 2、完成了全井眼流量計性能測試分析標定結(jié)果顯示，渦輪在可合攏條件下，其他條件不變，最大直徑設置為98mm，可達最低啟排。經(jīng)仿真和實驗分析，表明其他條件不變時，渦輪葉片傾角設置為71 ，可達最低啟排。p試驗分析了不同渦輪形狀對儀器性能的影響渦輪直徑

25、啟動排量標定條件70mm84m/D陶瓷軸承、5.5寸套管、水中標定80mm77m/D90mm67m/D96mm53m/D98mm26m/D全井眼渦輪精密部件設計圖全井眼渦輪精密部件設計圖渦輪選型實驗渦輪選型實驗全井眼渦輪葉片傾角全井眼渦輪葉片傾角71 71 25252 2、完成了全井眼流量計性能測試分析全井眼渦輪流量計標檢表格全井眼渦輪流量計標檢表格全井眼渦輪流量計線性度分析全井眼渦輪流量計線性度分析標定結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，流量精度達到使用要求、線性度良好。p完成了全井眼渦輪流量計的調(diào)試和標定26263 3、完成了壓差密度計電路設計溫度檢測電路溫度檢測電路壓力檢測電路采集液柱壓力差P ，溫度電路采集的溫度值為壓差傳感器進行溫補。重力加速度g、待測液柱高度為h均已知，則通過液柱靜壓力公式=P/g.h可求得。p完成了壓差密度計信號采集電路的設計壓力檢測電路壓