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基于渗流理论的微小气体流量测量方法研究

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  在常规岩心测试工作中,岩心的气体渗透率数据是最基础的数据之一,而测试该数据的方法有多种多样,数据相互不统一。测试工作中对气体流量的测量最为关键,相对于工业上的流量测量来说,该流量过于微小,而且要求的测量精度又很高,因此工业上用的流量计很难用在该流量的测量上。现有的测量方法多为人工测量,如皂膜流量计、节流法流量计等。由于是人工测量,对使用人员的要求较高,操作不熟练容易引入人为误差,而且有的还存在方法误差。本文对这些方法进行了分析,然后利用气体渗流规律找出问题所在并提出新的计算方法。

  1 问题分析

  现有的测量方法中,皂膜流量计、节流法流量计是比较典型的方法,用的也最多,因此这里仅对这两种方法做简单讨论。

  1·1 皂膜流量计

  皂膜流量计是一种体积式流量计,由透明玻璃吹制成型。工作原理是通过测量气体流经一定容积的时间计算气体的流量,并利用肥皂膜来识别气体流量[1]。如图1所示,测量时,将其连入被测流程,用手轻轻捏一下计量管下边的橡胶球,肥皂水的水平面上升,让水平面与计量管下管口接触上,然后松开橡胶球,由于肥皂水的特性,将在管口形成一个皂膜,在气体的推动下,皂膜上行,从某一刻度线开始计时,到另一刻度线停止,根据皂膜扫过的体积与时间便可知道流量的大小。

  

  该方法的优点是:测试是在大气压下进行的,所得数据可以直接应用于渗透率的计算中;缺点是结果的准确性受操作人员的熟练程度影响较大,一般需要多次重复测量然后求平均以消除人为误差,而且流量范围受计量管大小的限制,另外,计量管刻度的精度也至关重要。

  该方法的智能化工作难度较大,但可用于其他流量计的校验。

  1·2 节流法流量计

  节流法流量计的原理与工业上的差压法流量计相同,就是利用节流装置制造出一个可以测量的压差来,测量压差的大小来显示流量的大小。所不同的是节流装置使用的是具有微毛细孔的材料,如陶瓷片,粉末冶金材料等,也可使用毛细管。

  图2所示的是节流法流量计的原理

  

  当被测气体流过节流装置时,由于节流作用在其前后形成压差,该压差也作用在水槽里的水面上,因此会在与水槽连通的玻璃管内形成与该压差相当的压力hw,读取该数值并以式(1)计算[2]。

  

  式中:qV为气体流量, ml/s;hw为水柱压差计读数, Pa;qV2000为标定系数,相当于节流装置前后压差为2kPa (200mmH2O柱时)的气体流量, ml/s。

  测试时要求尽量将hw的值调在2kPa压差,但实际操作中一般比较难以作到。这种方法的优点是测试快速,在hw等于或非常接近2kPa时有较高的精度。缺点是标定系数必须定期校验,而且在hw不等于2kPa时存在误差。

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标签: 流量
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