井下热式流量计设计与实验研究.pdf

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1、石油仪器PETR0LEUMINSTRUMENIS2014年6月·开发设计·井下热式流量计设计与实验研究宋纯高刘晓磊王延军胡金海(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司黑龙江大庆)摘要：文章介绍了一种适合井下使用的恒流式热式流量计的原理、总体结构，并用此流量计进行了单相流低流量条件下的实验。该仪器在实验中表现出良好的分辨率，稳定性与重复性好，特别是在0．1m／d～3m／d流量下，换热过程进行较慢，效果更加理想。关键词：测井仪器；热式流量计；单相流；低流量中图法分类号：P631．81文献标识码：B文章编号

2、：1004．9134(2014)03—0010．03有关【2]。若流体密度为P，流体流速为，加热物体被0引言流体带走热量为Q，加热物体与流体的温差为△，则有关系式：随着大庆油田的持续开发过程，现在存在一些注n入井注入量偏低的情况，而现有常规测量仪器电磁流=+如x(pxk3(3)量计与超声流量计的启动排量比较高，并不能很好的对于组分一定的流体，k1、、k3为常数。测量出低注入量时的井下流量数据。针对这一情况，在截面积为的管路中，质量流量参照测量气体使用的热式质量流量计的工作方式，设Qm=pVS(4)计了

3、可以应用于井下测试使用的一种热式流量计，其综合上述式(1)～式(4)，可以得出流量Q与启动排量低，在特低流量下有很好的应用效果，并且加热电流、加热电阻及温差△之间的关系：结构简单，重复性与稳定性较好。Qm=厂()=厂()㈤1热式流量计的原理式中，琨加热电阻被流体带走热量后处于平衡状态下的温度；To是流体温度；为与介质性质有关热式流量计采用对流换热的工作方式⋯，对流换的常量_3J。热是指流体和固体表面直接接触时互相间的换热过当加热电流保持恒定(i--常数)，加热丝电阻尺程，这是低速流体温度变化的主要交换

4、形式。固定时，那么流速与两探头温度差之间就可以建立函热式流量计应用两个温度探头，其中一个表面附数关系v=f(△n，利用该关系就可以进行流体速度着有加热丝，另外一个用于测量环境温度。测量时侵的测量。入到被测的流体当中，对加热丝进行供电，根据能量通过上述的函数关系V=f(△，可以看出流速守恒定律，加热丝电阻为R，供电电流为，其产生热与温度差之间的关系并不是一个线性的关系。而需要量应该为：测量的流体流量大小也和加热丝部分的电流选择息息Q=I2R(1)相关：当流体流速较小时，较大的加热电流会使加热在热平衡状态

5、下，加热电阻被流体带走热量为电阻过热，流体流动时带走热量过小，仪器的响应也O=hAAT=hx2=dLAT(2)随之变小；反之，若流体流速较大时，较小的加热电式中，h为表面传热系数；A为圆柱形探头表面流又会使加热温度与环境温度的差变小，降低了传感积；△为两个温度探头的温度差值，为圆柱传感头器对流量变化的灵敏度。的长度。对此，为了研究其规律性质，在这里对于加热丝根据热扩散原理，加热物体被流体带走的热量与部分的电流采取恒定电流1A进行实验。因为公式为加热物体与流体的温差、流体的流速以及流体的性质非线性的缘故

6、，公式中的采用实际流体的数值，△71第一作者简介：宋纯高，男，1967年生，高级工程师，1991年毕业于哈尔滨工业大学精密仪器专业，现在大庆油田测试技术服务分公司，从事测井仪器技术研发工作。邮编：1634532014年第28卷第3期宋纯高等：井下热式流量计设计与实验研究的数值采用两个温度传感器电压之差来表示，记录下压电路，工作温度在一40~C一125℃，最大提供3AV-~aT的数据，采用插值方式来获取未标定的流速。的电流，输出电压可调，可以根据加热电阻的阻值调节电压大小，完全满足仪器要求。2热式流量计

7、的结构与电路设计3实验设计与结果分析为保证测量效果，采用集流的形式进行测量。仪器整体可以分成三个部分：集流伞、热式探头与测量3．1实验设计电路，如图1所示。本次实验使用检测实验中心三采实验室的模拟井热式探头进行测量，实验选取流量为0．1m／d～5m／d。在测量过程中，确保电热丝上加热稳定时间均在1rain以上，并在仪器输出数据稳定后记录数据，实验过程中集流伞采用高精度万用表读取仪器输出电压值。图1仪器结构示意图3．2实验数据及分析热式探头主体部分如图2所示，探头由两支铂电实验记录数据见表1，每个流量点

8、进行两次记录，阻温度传感器及环绕在2号温度传感器上的电热丝构使用两次的平均值绘制仪器的响应曲线图，如图4所示。成。其中，1号探头用来测量环境温度，2号探头进表1实验数据记录表行加热与测量。电热丝材料为镍铬合金，阻值为4．8Q(镍铬合金的温度系数为0．14x10(I／~C)，电阻率为流量输出电平均电流量输出电平均电／(m／d)压值／mV压值／mV／(m／d)压值／mV压值／mV0．95X10—6Q．m～1．06X10—Q．m。5—6．1—7—6．61．57