溫度對渦輪流量計井下計量參數(shù)的影響油田生產(chǎn)井各種生產(chǎn)參數(shù)計量是生產(chǎn)管理的一項基礎(chǔ)性工作。在油田生產(chǎn)參數(shù)的計量檢測中，我們注意到溫度、壓力等參數(shù)的測量比較容易實現(xiàn)，唯獨流量的測量***為復雜，是一個較難測量的參數(shù)。

    渦輪流量計是檢測流體（液體、氣體）流量的儀器之一。由于油氣井產(chǎn)層流體的流量參數(shù)受流體本身的溫度、黏度、密度等的影響，而且生產(chǎn)井井下實際情況又十分復雜，在測量過程中往往出現(xiàn)井口量油與井下在線計量不一致的情況，給生產(chǎn)和管理帶來了麻煩[1]。本文主要研究了不同溫度對渦輪響應(yīng)值——K值的影響，進而在趨勢校正上減小井口計量與井下在線計量的偏差，為工程技術(shù)人員提供了一種還原數(shù)據(jù)、校正誤差的方法和手段。

    一、渦輪流量計的計量原理和影響因素

    1.基本原理

    渦輪流量計是一種以動量矩守恒原理為基礎(chǔ)的速度式儀表。當流體沖擊渦輪葉片時，渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，進而依據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值。計量儀表的計量是通過磁電轉(zhuǎn)換裝置（或機械輸出裝置）將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖，送入二次儀表進行計算和顯示，由單位時間電脈沖數(shù)和累計電脈沖數(shù)反映出瞬時流量和累計流量。

    2.影響因素

    渦輪流量計的理想特性曲線僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量變化無關(guān)，儀表系數(shù)K（響應(yīng)值）為一常數(shù)，而實際曲線并非如此。對于實際的渦輪流量計，在啟動時渦輪首先要克服軸承的靜摩擦力而后才能轉(zhuǎn)動[2]。我們將渦輪克服靜摩擦力矩所需的***小流量值稱為該渦輪的始動流量值。當通過流量計的流量小于始動流量值時，渦輪不轉(zhuǎn)動，也無信號輸出；當流量大于始動流量值以后，隨著流量的增加，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度也將增大。以后，在測量范圍內(nèi)，流體產(chǎn)生的阻力矩將成為影響流量計特性的主要因素，相對來說，由軸承間摩擦產(chǎn)生的機械阻力矩就比較小了。流體產(chǎn)生的阻力矩對渦輪的影響又分為如下兩種情況：一是當流體以較低速度流經(jīng)渦輪時，儀表常數(shù)是隨被測流體的流量和運動黏度變化而變化的。二是當流體以較高速度流經(jīng)渦輪時，儀表常數(shù)只與儀表本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量無關(guān)。只有在這種狀態(tài)時，儀表常數(shù)才真正表示了常數(shù)的性質(zhì)。渦輪流量計的流量范圍就是根據(jù)這一區(qū)間來確定的［3，4］。

    二、實驗及結(jié)果分析

    1.實驗數(shù)據(jù)一：渦輪在水中不同溫度下的響應(yīng)

    在單相流的條件下，渦輪的轉(zhuǎn)速和流經(jīng)它的體積流量成一單值線性函數(shù)；在油水兩相流條件下，只要流量超過始動流量，在允許的誤差范圍內(nèi)，渦輪的響應(yīng)和體積流量也成線性函數(shù)。不同溫度下，用水標定渦輪的響應(yīng)值K值的情況（表1）。由表1的兩組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在同量下，由于水溫度的增加，渦輪的K（K=F/Q）值相對減小。

    2.實驗數(shù)據(jù)二：渦輪在油中不同溫度下的響應(yīng)

    不同溫度下，標定渦輪對油流量的響應(yīng)數(shù)值，如表2所示。

    根據(jù)表2數(shù)據(jù)得出油對K值的響應(yīng)特性關(guān)系式。其中冷油（16℃）對K值的響應(yīng)特性為：

    F=119.7Q-46.383

    熱油（60℃）對K值的響應(yīng)特性為：

    F=107.04-20.484

    由此，我們可以推導出：

    式中Q1——熱油流量，m3/d；

     Q2——冷油流量，m3/d；

    F1——渦輪對Q1的頻率響應(yīng)值，Hz；

    F2——渦輪對Q2的頻率響應(yīng)值，Hz。

    將式（1）、式（2）組成方程組，解得：

    （1）當F=F1=F2=143時，Q1=Q2；
    （2）當F=F1=F2＞143時，K值大的渦輪流速相對較小；
    （3）當F=F1=F2＜143時，K值大的渦輪流速相對較大。

    圖1為標準渦輪在不同流量、不同油溫下的K值響應(yīng)曲線。標準渦輪K值計算公式為：

    K=F/Q

    其中 Q=V/T

    式中 F——標準渦輪在某量范圍內(nèi)的響應(yīng)頻率；
    V——某一固定體積容器；
    T——以某固定流量Q充滿固定體積V所用的時間。

    由以上圖表可以看到：當Q1=Q2時，F(xiàn)1＜F2，K1＜K2。因此，可以得出，當流量一定時，標定冷水的K值比熱水的K值大。如果提高流量Q1，使F1=F2，則會出現(xiàn)以下情況：當F1=F2時，Q1＞Q2，K1＞K2。

    三、簡單的結(jié)論

    （1）渦輪在同樣響應(yīng)頻率的情況下，針對溫度對頻率響應(yīng)影響特性，通過文中實驗和圖版，我們得到一個臨界頻率，即：當頻率F=F1，F(xiàn)1＞143時，冷油中的渦輪流速較??；當頻率F=F1，F(xiàn)＜143時，熱油中的渦輪流速較大。 

    （2）溫度參數(shù)對渦輪K值有很大影響，往往使渦輪頻率產(chǎn)生響應(yīng)誤差，影響生產(chǎn)井在線計量的精度，應(yīng)進行相應(yīng)校正。

    （3）渦流流量計的渦輪和軸承如選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料，則可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，并解決了地下溫度過高造成測量誤差過大的問題；同時，應(yīng)注意對其儀表系數(shù)進行修正。

    （4）在今后的工作過程中，應(yīng)通過大量實際數(shù)據(jù)的測量統(tǒng)計和分析，建立不同溫度下兩相流頻率的響應(yīng)圖版，以便于工程技術(shù)人員根據(jù)不同井況進行相應(yīng)的流量校正。