Приборы для измерения расхода и количества жидкости и газа

Измерения количества и расхода производят при определе­нии дебита и удельного дебита в эксплуатационых скважинах на нефть, газ и воду.

Количество - это масса или объем вещества, протекающего па трубопроводу за любой отрезок времени,

Q'=qп,

где Q' -измеренное количество вещества; q – количество вещества, проходящее через прибор за один рабочий ход; n- число ходов механизма, измеряющего количество.

Расход - зто количество вещества, протекающего по трубо­ороводу в единицу времени,

Q=Fv,

где Q - расход вещества; F – площадь потока в сечении трубопровода; v - скорость потока вещества.

Количество вещества измеряют в кг и м³, объемный расход газов, воздуха и жидкостй - в м³/ч, м³/мин, м³/с, а массовый расход­ в кг/с, кг/мин, кг/ч, т/ч.,

Приборы для измерения количества называются счетчиками, а для измерения расхода - расходомерами.

Возможна также комбинироваввая конструкция прибора, когда расходомер снабжается счетным устроиством. В этом случае измеряют одновременно расход и количество.

Наряду с расходомерами. общепромышленного типа, которые в зависимости от метода измерения делятся на расходомеры переменного перепада давления и расходомеры постоянного перепада давле­ния, в бурении широко применяются специальные, более сложныепо конструкции с электрическим методом измерения приборы. В за­висимости от условий применения специальных приборов они могутбыть разделены на две основные группы: поверхностные и скважинные.

Поверхностные расходомеры. предназначены для измерения рас­хода промывочной жидкости, закачиваемой в скважину. Из этой группы приборов рассматриваются электрический расходомер ЭРМ-5 и электромагнитный расходомер ЭМР-2, технические данные которых приведены в табл.

Скважинные расходомеры предназначены для исследования поглощающих горизонтов разведочных и эксплуатационных скважин. К ним относятся: скважинный расходомер ДАУ-3М и тахометри­ческие скважинные расходомеры ТСР-34/70Э, РСТ-3СТУ, техниче­ские данные которых приведены в табл. Из этой-группы прибороврассматривается расходомер ДАУ-3М.

СЧЕТЧИКИ

В зависимости от того, какой принцип замера количества вещертва заложен в основу прибора, различают счетчики скоростные, объем­ные и весовые. Принцип действия скоростного счетчика основан на зависимости скорости вращения вертушки от скорости протекания измеряемого вещества.

 

РИС. Счетчик со спиральной вертушкой:

1_ корпус; 2 - вертушка; а ­ регулирующее устройство;

4 - струевыпря­итель;5 - редуктор; 6-счетчик

На рис. показан счетчик со спиральной

вертушкой. Дви­жущийся поток

струевыпрямителем 4 направляется в

кольцевоепространство, где попадает на

винтообразныелопасти вертушки и сообщает им

вращательное движение.

Вращение с вертушки 2 передаетсяна счетный механизм 6, находящийся в защит­иом корпусе, отделенном от трубопровода герметичной перегородкой. Шкала счетного механизма отградуирована в литрах или кубических метрах.

По формуле вертушки эти счетчики бывают типа -ВК - с крыльчатой вертушкой

и типа ВВ – co спиральной вертушкой. Размер или калибр счетчика

определяется диаметром входного отверстия. Калибры счетчиков типа В ВК – от 10 до 40мм, а типа ВВ-от 30до 100 мм и более. Пропускная

способность счетчиков в зависимости от калибра и вязкости вещества

состовляет 12-600 м³/ч.

Класс точности ЭТИХ приборов 2,5-3.

В объемных счетчиках измеряемое вещесттво попеременно заполняет и опоражнивает емкость определенного объема.

 

На рис. Показан счетчик с овальными шестернями типа СВШ. Вращение шестерен происходит за счет потока жидкости, поступающёй через входной патрубок. В процессе вращения шестерни поочередно отсекают, а затем выталки­вают объемы, заключенные между соответству­ющей шестерней и внутренней стенкой корпуса, по форме полуцилиндра. Шестерни, находясь в постоянном зацеплении друг с другом, пооче­рёдно становятся ведомой и ведущей. 3а время полного оборота обоих шестерен через счетчик проходит количество жидкости, соответсвующее полному объему корпуса. Число оборотов шестерен передается счетному механизму со стрелочным указателем и шкалой, отградуированной в объемных единицах. Объемиыe счетчики производят измерения с высокой точностью (класс точности 0,5).

Расходомеры переменного перепада давления

Принцип действия этих расходомеров основан на замере перепада давления,

образующего в месте сужения сечения трубопровода.

Сужение сечения трубопровода производят диафрагмами, соп­лами или трубой

Вентури, а перепад давления замеряют дифферен­циальньми манометрами

(дифманометрами) различных конструкций.

В месте измерения давлений движущаяся по трубопроводу жидкость встречает

устройство (рис. а), создающее сужение по­тока жидкости. Это вызывает

увеличение его скорости, так как количество протекающего вещества в

различных участках трубо­провода одинаково.

 

 

Рис. 64. Измерение расхода с помощью сужающего

устройства:

1- тру­бопровод; 2 - сужающее устройство;

3 - дифманометр

 

 

 

Сказанное вытекает из уравнения непрерывности потока Q =F₁v₁ =F₂v₂,

где Q - объемный расход вещества; v₁ - скорость потока в сече­нии площадью F ₁;

v₂ – скорость потока в сечении площадью F ₂

С изменением скоростей в сечениях I- I и II - II изменяются и давления. В сечении I- I, до сужающего устройства, оно будет большим, а в сечении II - II, непосредствеиио после сужающего устройства, - меньшим.

Основные видами сужающих устройств являются: нормальная диафрагма, нормальное сопла, труба Вентури.

 

Труба Вентури

 

Нормальная диафрагма сопла

 

 

 

Н о р м а л ь н а я ди а фр а г м а изготавливается из нержа­ веющей стали и имеет форму кольца-(рис. а). Со стороны входа струи отверстие кольца имеет прямой угол, а со стороны выхода рассточено на конус под углом 45⁰.

Обработке поверхности диафрагмы, соблюдению углов у кромки и концентричности отверстия по отвошевию к диаметру трубопровода придается большое значение, так как эти факторысущественно влияют на точность измерений.

Отношение квадрата диаметра отверстия сужающего устройства к квадрату внутреннего диаметра трубопровода называется модулем сужающего устройства и обозначается буквой т

т=d²/D²,

Для нормальных диафрагм т = 0,05-0,7, а толщина диафрагмы t< O,1D.

По обе стороны диафрагмы располагаются, кольцевые камеры, каждая из которых посредством трубок подключается к дифмано­метру. Диафрагма вместе с кольцевыми камерами и прокладками зажимается между фланцами трубопровода.

Н о р м а л ь н о е со п л о (рис. б), представляет собой насадку цилиндрической формы с плавно закругленным профилем со стороны входа струи. Отбор давления производится с помощью кольцевых камер или каналов, находящихся возле установочных торцов сопла. Модуль для сопла должен быть в пределах

т = 0,05--0,65. ­

Тр у б а В е нт у р И (рис. в) имеет входную часть в форме сопла, а выходную - в форме конуса с углом 5-15⁰. Отбор давлния производится через штуцеры от кольцевых камер. Модуль для трубы Вентури равен

т = 0,2--0,5.

Труба Вентури обеспечивает наименьшyю потерю напора.

Все типы сужающих устройств должны устанавливаться на прямолинейных участках трубопровода. Во время замера подача жидко­дсти должна быть равномерной, без пульсации.

Дифманометры

Приборы, которые в сочетании с сужающими устройствами служат для измерения перепадов давления и расхода жидкости и газа, называются дифференциальными манометрами (дифманометрами).

По конструкции дифманометры могут быть: жидкостные (двухтрубные, поплавковые, кольцевые весы) и пружинные (сильфонные, мембранные). На рисунке показан жидкостной поплавковый дифманометр типа ДП. Принципиально этот прибор устроен аналогично жидкостному манометру с U-образной трубкой, отличаясь от последнего конструктивным исполнением.

К обоим концам стальной U-образной трубки подсоедивяются камеры. К камере 1, имеющей больший диаметр, подводится большее давление, а к сменной камере 8 меньшего диаметра -меньшее. Соответственно эти камеры называются плюсовой и минусовой и обозначаются знаками «+» и «-».

В камере 1 находится поплавок 2, который посредством рычага 4 и оси связан со стрелкой 3 измерительного устройства. Обе камеры и колено 9 заполняются уравнительной жидкостью (обычно ртутью).

С увеличением расхода давление в плюсовой камере повышается, а в минусовой понижается. Это приводит к перераспределению уров­ней ртути. В плюсовой камере уровень понижается, а в минусовой повышается.

При отсутствии перепада давления уровень ртути в обеих каме­рах одинаков и стрелка прибора находится на нулевом делении.Кроме того, методика включения и

выключения прибора также ­исключает образование резкого перепада давления и

возникновение толчков и выбросов. С этой целью, прежде чем открыть запорные вентили 5 и 7 на импульсных трубках, давление

в них выравнивают открытием уравнитель

ного вентиля 6, после закрытия которого из­меряют

разность давлений.

При выключении прибора вначале открывают

уравнительный винтиль, а затем закрывают запорные.

В зависимости от целей и условий проводимых

измерений применяемые дифманометры могут быть

 

показывающими, самопишущими и суммирующими (интеграторы). Возможны также дистан­ционная передача показаний и включение сигнального устройсrва для сигнализации о достижении предельного значения расхода.