三相流模拟井气路控制的实现

0　引　言

    油田对气体流量测量与控制急需建立一套气体流量标定系统,以完成对三相流井下测井仪器的标定和试验任务。音速喷嘴作为计量气体流量的标准流量计,正好满足了对气体流量计量的要求。

1　音速喷嘴气体流量计量原理

    音速喷嘴气体流量计是一种计量气体流量的标准流量计,具有测量精度高、结构简单、体积小等优点。它可以作为气体计量标准,当喷嘴入口的气体状态保持不变(指温度T₁和压力p₁)时,而且同时喷嘴压力p与喷嘴入口压力p₁的比值p/ p₁又小于或等于临界压力比时,气体通过喷嘴的质量流量将是一个定值,也就是质量流量只与喷嘴上游压力p₁和温度T₁有关。如图1所示,通过压力、温度传感器采集音速喷嘴上下游的温度、压力数据并根据以下公式就可以计算出气体经由音速喷嘴在温度T₂和压力p₂状态下的气体体积流量Q₂。

    Q₂= q_m/ρ₂      (1)

式中　Q₂———音速喷嘴后的气体体积流量;

q_m———流经音速喷嘴的气体质量流量;

    ρ₂———音速喷嘴后的气体密度。

式中　p₂———音速喷嘴后气体的绝对压力;

    T₂———音速喷嘴后气体的绝对温度;

    p₂———标准压力0.101 325 MPa;

    T₀———标准温度293.15 K;

    Z₂———在p2T2下的气体压缩因子(空气为1);

    Z₀———在p0T0下的气体压缩因子(空气为1);

    ρ₀———在p0T0下的气体密度1.204 58 kg/m³。

2　气体流量采集与控制

2.1　井筒气体流量计量方法

    如图2所示,在一个联通的容器中,如果已知气体在2处的温度值T₂、压力值p₂、流量值V₂和3处的温度值T₃、压力值p₃,利用理想气体状态方程可以求出气体在3一点处的体积流量V₃。则由

    气体的体积流量与被测点及音速喷嘴处的压力、温度有关,所以计算气体在模拟井筒中2一点处的流量值,必须先测得其温度、压力值,利用理想气体状态方程[见公式(8)]将音速喷嘴处的气体流量换算成模拟井筒2一点处的流量,即如图3所示的温度2(或压力2)处的流量。

2.2　气路控制的软件实现方法

    软件采用VC++6编程实现,基于面向对象的程序设计方法,操作界面友好,运行于Windows9x操作系统下。软件实现了数据采集处理、数据曲线监测及调整过程曲线显示、数据保存、实时控制、图表打印等功能。