一种稳流器的制作方法

本发明涉及采油工程领域，具体说是一种稳流器。

背景技术：

在油气田注入井流量测试过程中，需要对井下流量计按照现行井下流量计校准方法(sy/t6675-2007)的规定进行校准，将需要校准的流量计下入标准模拟井(油管)内进行校准，流体从模拟井井口流至流量计的过程中，存在射流、涡流、过渡流、湍流等复杂的不稳定流态，使流量校准过程中出现不平稳的情况，部分流量计示值超差(与标准流量计比对过程中的误差超出送检表的精度)现象。据统计2017～2018年200支井下流量计在校准过程中，校准成功率只有51.6％，影响了校准精度，返工率为19.4％，致使操作人员劳动强度加大。因此在井下流量计校准时，需要使模拟井内具有一定流速的流体流动时，由不稳定流态转变为稳定流态，需要设计一个高可靠性高质量的流量稳流器，能够随同流量计下入模拟井内，用于将模拟井内流体由不稳定流态达到理想的稳定流动校准状态，对于提高流量计校准质量及稳流器可靠性尤为重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种稳流器，以解决以往的井下流量计在进行校准时，由于模拟井内的流体存在不稳定流态，影响了校准精度，从而影响校准成功率，增加了操作人员劳动强度的问题。

第一方面，本发明提供一种稳流器，包括：稳流器本体以及翅片；

所述翅片安装在所述稳流器本体的外部，所述翅片的两端方向与所述稳流器本体的轴线方向一致，所述翅片用于稳流。

优选地，所述翅片的本体为波浪形。

优选地，所述翅片的本体为直线形。

优选地，所述翅片的本体的上半部分为直线形，下半部分为波浪形。

优选地，所述稳流器本体的形状为圆柱体。

优选地，所述翅片在所述稳流器本体的外部圆周面上均匀分布安装有4-8个。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种稳流器，以解决以往的井下流量计在进行校准时，由于模拟井内的流体存在不稳定流态，影响了校准精度，从而影响校准成功率，增加了操作人员劳动强度的问题。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例中翅片形状为波浪形的稳流器的结构示意图。

图2是本发明实施例中翅片形状为直线形的稳流器的结构示意图。

图3是本发明实施例中翅片形状一端为直线形一端为波浪形的稳流器的结构示意图。

图4是本发明实施例中在未加装稳流器时进行测试的三个循环流量台阶示意图。

图5是本发明实施例中加装稳流器后进行测试的三个循环流量台阶示意图。

在图中，1-稳流器本体，2-翅片。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本发明实施例中翅片形状为波浪形的稳流器的结构示意图。图2是本发明实施例中翅片形状为直线形的稳流器的结构示意图。图3是本发明实施例中翅片形状一端为直线形一端为波浪形的稳流器的结构示意图。图4是本发明实施例中在未加装稳流器时进行测试的三个循环流量台阶示意图。图5是本发明实施例中加装稳流器后进行测试的三个循环流量台阶示意图。如图1、2、3、4、5所示，一种稳流器，包括：稳流器本体1以及翅片2。所述翅片2安装在所述稳流器本体1的外部，所述翅片2的两端方向与所述稳流器本体1的轴线方向一致，所述翅片2用于稳流。

在本发明及图1中，所述稳流器本体1的形状为圆柱体。

在本发明实施例中，在进行待测流量计的校准时，将稳流器本体1的一端与光杆连接，另一端连接待测流量计，再将稳流器逐渐下入模拟井内部，模拟井内部的流体从模拟井井口进入模拟井内部，流经稳流器本体1及翅片2时，流体由原有进入时存在射流、涡流、过渡流、湍流等复杂的不稳定流态转变为稳定的流态，变为稳定流态的流体向下流经待测流量计，模拟井的地面管路安装有标准流量计，待测流量计与标准流量计分别检测出流体的流量后，将待测流量计与标准流量计进行比对校准。

在本发明及图1中，所述翅片2的本体为波浪形。

在本发明实施例中，在进行待测流量计的校准时，选择翅片2为波浪形的稳流器，将翅片2为波浪形的稳流器本体1的一端与光杆连接，另一端连接待测流量计，将翅片2为波浪形的稳流器下入模拟井内部，模拟井内部的流体从模拟井井口进入模拟井内部，流经稳流器的波浪形翅片2时，流体由原有进入时存在射流、涡流、过渡流、湍流等复杂的不稳定流态转变为稳定的流态，变为稳定流态的流体向下流经待测流量计，模拟井的地面管路安装有标准流量计，待测流量计与标准流量计分别检测出流体的流量后，将待测流量计与标准流量计进行比对校准。

在本发明及图2中，所述翅片2的本体为直线形。

在本发明实施例中，在进行流量范围为0～100m³/d的待测流量计的校准时，选择翅片2为直线形的稳流器，将翅片2为直线形的稳流器本体1的一端与光杆连接，另一端连接待测流量计，将翅片2为直线形的稳流器下入模拟井内部，模拟井内部的流体从模拟井井口进入模拟井内部，流经稳流器的直线形翅片2时，流体由原有进入时存在射流、涡流、过渡流、湍流等复杂的不稳定流态转变为稳定的流态，变为稳定流态的流体向下流经待测流量计，模拟井的地面管路安装有标准流量计，待测流量计与标准流量计分别检测出流体的流量后，将待测流量计与标准流量计进行比对校准。

在本发明及图3中，所述翅片2的本体的上半部分为直线形，下半部分为波浪形。

在本发明实施例中，在进行流量范围为0～200m3/d待测流量计的校准时，选择翅片2上半部分为直线形，下半部分为波浪形的稳流器，将翅片2上半部分为直线形，下半部分为波浪形的稳流器本体1的一端与光杆连接，另一端连接待测流量计，将翅片2上半部分为直线形，下半部分为波浪形的稳流器下入模拟井内部，模拟井内部的流体从模拟井井口进入模拟井内部，流经稳流器翅片2的直线形上半部分和波浪形下半部分时，流体由原有进入时存在射流、涡流、过渡流、湍流等复杂的不稳定流态转变为稳定的流态，变为稳定流态的流体向下流经待测流量计，模拟井的地面管路安装有标准流量计，待测流量计与标准流量计分别检测出流体的流量后，将待测流量计与标准流量计进行比对校准。

在本发明及图1、图2、图3中，所述翅片2在所述稳流器本体1的外部圆周面上均匀分布安装有4-8个。

在本发明实施例中，翅片2围绕稳流器本体1的外部圆周面等距离安装有6个，经过试验对比翅片2的数量小于4个则稳流效果不佳，多于8个则会使流体流速加快影响测量结果。

在本发明实施例中，当流体在模拟井中处于不稳定流动时，模拟井中存在不可分辨的流线及诸多小漩涡，流体质点随时间变化做无序、扩散的运动，这些流体质点通过稳流器本体1上的多个均匀分布连接的翅片2形成的等分扇区时，将流体质点的无序、扩散运动转变为相对有序运动，并形成多路扇区均匀流束段，从而使不稳定流动转变为稳定流动。每个扇区体积流量dq等于扇区速度u与对应流束有效扇区断面面积da乘积，形成公式：dq＝uda。

稳流器出口(即稳流器连接有流量计的一端)的总流量q是多个扇区流束段的集合，所以其流量应等于：

利用沙丘形成原理，将稳流器翅片2做成各种形状，即波浪形、直线形以及波浪形和直线形组合形，通过组成稳流器翅片2的形态、数量、长度及厚度等影响因子与水平的优化组合，结合solidworks计算机三维软件对稳流器进行动态模拟试验，进而持续改进设计与试验，找到最佳组合。

在进行稳流时，影响流体稳定的因素主要有稳流器翅片2的形态、数量、长度及厚度。由于稳流器翅片2厚度可以采用现有型材gb709-88的钢板，厚度为1.5～1.8mm，因此影响稳流器试验效果的有稳流器翅片2的形态、数量、长度三个因子。根据影响稳流器形态、数量、长度各因子的可能取值范围或构型，对稳流器每个影响因子确定水平数，根据统计学正交试验表，每个因子选取三个水平数，试验标准正交表行数n＝9，列数p＝4，水平数q＝3，共进行n＝9组试验。下表1为正交试验设计因子水平表：

表1：正交试验设计因子水平表

根据表1中每一组试验组合，利用solidworks计算机软件在模拟井中对稳流器进行流体动态模拟。设置滚珠速度球模拟流体质点的流速变化，首先观察记录入口速度球的速度变化，这些滚珠速度球经过稳流器后，再观察并记录稳流器出口速度球的速度变化。

滚珠速度球在模拟井入口平均速度为1.152m/s(流量为300m3/d)，形成一个速度变化指示条。这些滚珠速度球经过稳流器后，观察并记录稳流器出口速度球的变化可以看出，经过9组试验后，观察到“a2b3c1”试验组合因子的速度球，在经过稳流器出口处时绝大多数速度球趋向于入口平均速度的速度球，认为近似为设定平均速度，说明“a2b3c1”组合因子对试验指标影响显著，即第6号试验中因子a(稳流器翅片2数量)取a2水平好，因子b(稳流器翅片2长度)取b3水平好，因子c(稳流器翅片2的形态)取c1水平好，同时“a2b3c1”试验组合因子模拟50m³/d、70m³/d、100m³/d、150m³/d、200m³/d、300m³/d、400m³/d、500m³/d不同流量测量上限进行流量模拟动态模拟试验，可知“a2b3c1”试验条件适用于以上全部流量的测量与检测。

为了确保试验所得的最佳条件不只出现在9次试验里“a2b3c1”的组合因子中，而且在实际问题中稳流器构型不在9次试验中也可以出现最佳条件，需要通过验证试验。选择出“a2b3c2”、“a2b3c3”两个组合因子，其中“c2”稳流器翅片2直线形、“c3”稳流器翅片2波浪直线组合形，该两个条件不在所进行的9次试验中，对这两组试验条件按照不同流量测量上限进行模拟试验，观察记录稳流器出口速度球的变化与稳流器入口(即稳流器连接有光杆的一端)的速度球的变化基本一致，该两组试验条件是满意的。

选择“a2b3c1”、“a2b3c2”、“a2b3c3”三组试验组合因子所进行的流量模拟试验，均对试验指标有明显影响，针对设定的流量校准上限，有其适用范围，可以根据需要选择具有不同组合因子的稳流器进行校准。下表2为具有不同组合因子的稳流器流量测量适用性试验表。

表2：稳流器流量测量适用性试验表

对流量计进行加装稳流器前后结果对比试验，校准流量上限分别选取100m³/d、200m³/d，共进行三个循环，每个循环设置10个点。

在图4中，未加装稳流器的三个循环部分流量台阶不平稳，而在图5中，加装稳流器后整体三个循环流量台阶均平稳，说明加装稳流器提高了流量台阶测试平稳性。下表3为流量计在测试流量上限100m³/d以内加装稳流器前后示值校准数据对比表。下表4为流量计在测试流量上限200m³/d以内加装稳流器前后示值校准数据对比表。下表5为流量计加装稳流器前后示值校准数据对比表。

在下表3、表4中的稳流器型号一列中，i为组合因子为a2b3c1的稳流器，ii为组合因子为a2b3c2的稳流器，iii为组合因子为a2b3c3的稳流器。*125、*128、*144分别为三支待测流量计。

表3：流量计测试流量上限为100m³/d以内加装稳流器前后示值校准数据对比表

表4：流量计测试流量上限为200m³/d以内加装稳流器前后示值校准数据对比表

表5：流量计加装稳流器前后示值校准数据对比表

最大示值误差校准点流况：在未加装稳流器时，最大示值误差点流型为层流、过渡流及湍流，而加装稳流器后为过渡流、湍流。加装稳流器后，由于层流是稳定流，会更使流体流动处于更稳定状态，因此其最大示值误差在层流出现的几率很小。

示值超差流型校准点流况：在未加装稳流器时，通过统计3支流量计，当流量校准上限为100m³/d时，共有8个超差点，超差比率占4.44％，当流量校准上限增加为200m³/d时，无超差点，这两个流量校准上限均在未加装稳流器时，其示值超差流型多集中在过渡流及湍流，而加装稳流器后，流量计均校准合格。

不平稳校准点流况：在未加装稳流器时，流型为层流、过渡流及湍流，而加装稳流器后，为过渡流、湍流，随着流量校准上限的的提高，不平稳校准点流况以湍流居多。

加装稳流器后，流体通过翅片后，将过渡流或湍流的不稳定流态转变为过渡流或湍流相对稳定流态，同时稳流器可以将射流及涡流等不稳定流转变为稳定流，且稳流效果好。

下表6为流量计测试流量上限为100m³/d以内加装稳流器前后校准回放数据对比表。对流量计以编号*0125、*0128、*0144三支流量计校准数据为例(表6)，可以统计出相关系数r及拟合优度r²(表6)。拟合优度r²用来评价回归直线对观测值的拟合程度，r²的值越接近1，说明回归直线对观测值的拟合程度越好。拟合优度r²的算术平方根即是相关系数r，相关系数r是用以反映变量之间线性关系，可以用来评价仪器测量的精度。从表6可以看出，这三支仪器在加装稳流器后的拟合优度r²、相关系数r的值明显高于加装稳流器前r²及r，说明加装稳流器后，仪器校准回归直线拟合程度及仪器测量精度有所提高。

下表7为流量计测试流量上限为200m³/d以内加装稳流器前后校准回放数据对比表。

在表6、表7中的稳流器型号一列中，i为组合因子为“a2b3c1”的稳流器，ii为组合因子为“a2b3c2”的稳流器，iii为组合因子为“a2b3c3”的稳流器。

表6：流量计测试流量上限为100m³/d以内加装稳流器前后校准回放数据对比表

表7：流量计测试流量上限为200m³/d以内加装稳流器前后校准回放数据对比表

2019年试验统计200支应用稳流器的井下流量计在校准过程中，流量台阶平稳成功率达到85.2％，加装稳流器的仪器校准流量台阶平稳成功率有较大提高。

同一流量计校准装置两个标准井同时下一支装有稳流器和另一支未装稳流器的流量计，共进行100支次的对比试验，未装稳流器的仪器校准返工率为19.4％，加装稳流器的仪器校准返工率为5.6％，较未装稳流器的返工率明显降低。

油气田测试用井下流量计加装稳流器，能够适应流量计校准装置标准模拟井中各种流型的稳流，稳流效果较好，流量台阶明显平稳，使仪器校准返工率有所降低，仪器校准的线性相关度有所提高，本发明具有可靠性、安全性高的特点，且操作方便快捷，提高劳动效率及流量计的校准质量。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。