V錐流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
                           
                        V錐流量計(jì)是從2000年左右才在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的流量計(jì)。其工作原理和孔板流量計(jì)相同。介質(zhì)通過(guò)V錐時(shí)，由于阻流件V錐的存在，使得流體的流過(guò)面積發(fā)生變化，流速發(fā)生變化，根據(jù)伯努利方程，流速變化引起了壓力的變化，該壓力的變化與流速之間有一定的關(guān)系。通過(guò)測(cè)量該壓力差達(dá)到測(cè)量流量的目的。雖然與孔板原理一樣，但是zui本質(zhì)的區(qū)別在于孔板為中心收縮型節(jié)流裝置，而V錐為邊壁收縮型節(jié)流裝置。

1 網(wǎng)格劃分和邊界條件
                           
                        在模擬過(guò)程中，V錐流量計(jì)的計(jì)算域簡(jiǎn)化為具有圓形進(jìn)出口邊界的軸對(duì)稱二維幾何模型，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在V錐體的前端尖嘴處，如圖1所示。圖1給出了管道和V錐體的二維計(jì)算域及其網(wǎng)格的示意圖。為了模擬實(shí)際流動(dòng)狀況，利用Gambit軟件生成了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格14-62。由于V錐體附近流場(chǎng)變化劇烈，因此，對(duì)其周圍的網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密處理。各求解變量收斂殘差值設(shè)置為1@10-3。入口邊界設(shè)置為沿管道軸向均勻速度入口，其他方向速度均為0。出口邊界設(shè)置為壓力出口，壓力出口處的表壓為0。管道和V錐體均設(shè)置為固體，壁面處無(wú)滑移。

                        圖1 V椎體流場(chǎng)的計(jì)算域及其網(wǎng)格
                           2 控制方程和計(jì)算參數(shù)
                            流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型包括質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程。湍流模型為RNGk-E兩方程模型17~82。
                            雷諾平均方程組為
                           

                            為使以上方程組封閉，引入雷諾應(yīng)力公式：
                           

                            式中 L）））流體動(dòng)力粘度；
                            Lt）））流體湍動(dòng)粘度；
                            Dij）））Kroneck符號(hào)；
                            k）））湍流脈動(dòng)動(dòng)能。
                            RNGk-E方程組為
                           
                            式中 GK）））湍流動(dòng)能生成項(xiàng)；
                            Gb）））湍流動(dòng)能生成項(xiàng)；
                            E）））流體脈動(dòng)動(dòng)能的耗散率；
                            YM）））湍流動(dòng)能耗散項(xiàng)；
                            Sk，SE）））自定義源項(xiàng)。
                            有效粘度公式為
                           
                            式中

                            當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，式（5）化為
                               （7）
                            RE項(xiàng)的計(jì)算式為
                                  （8）
                            式中   G=Sk/E。
                           
                        通過(guò)試算比較，各式中的計(jì)算參數(shù)取值分別為C1E=1142，C2E=1168，CL=010845，Ak=AEU11393，CvU100，G0=4138，B=01012。

  一、氣體測(cè)量的基本方法和情況
                            1.氣體測(cè)量的基本方法
                           
                        目前使用2種對(duì)煤層氣的計(jì)量方法并且已獲得認(rèn)可。一種是單井測(cè)量法（圖12a），它帶有小的儀表外殼（防凍箱）；另一種是多股氣流的計(jì)量系統(tǒng)（圖12b），它具有較大的豆莢式計(jì)量系統(tǒng)室和多個(gè)計(jì)量管道。
                            2.氣體測(cè)量的基本情況
                           
                        采用口徑為2in3和3in的流量計(jì)，V錐或孔板（由多個(gè)孔板組成的豆莢式計(jì)量系統(tǒng)）；被測(cè)的體積流量：250～1000MSCF/（d•井）；通常要求的準(zhǔn)確度：±1.5%，重復(fù)性：±0.1%；氣井的生產(chǎn)壽命通常為5～10a（從啟動(dòng)、投運(yùn)開(kāi)始計(jì)算）。

                        圖1　2種計(jì)量方法的測(cè)量裝置圖（勞倫斯，2000）
                            二、配管的新概念和壓力降
                           
                        對(duì)于相當(dāng)?shù)偷木跉怏w壓力，例如只有34.475kPa，決定性的一條是要使壓力降和差壓式流量計(jì)所產(chǎn)生的差壓盡可能地達(dá)到zui小值。由于由系統(tǒng)中的摩擦阻力和差壓損失所造成的對(duì)流量計(jì)和管線的固有約束，在獲得*生產(chǎn)中有一個(gè)的平衡點(diǎn)。
                           
                        目前的解決方案是采用一種所謂依次逐步遞增管徑的配管方法，以便獲得zui大的生產(chǎn)量，同時(shí)此方案還有助于防止井之間交叉影響或者通常因某個(gè)單向閥有故障造成氣體反注到附近的氣井中。采用V錐流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是它的壓損小，即壓力恢復(fù)較高，在相同的差壓下，V錐的壓力恢復(fù)比典型的孔板節(jié)流裝置要高出20%，還有V錐流量計(jì)能在小差壓下工作，并獲得很好的準(zhǔn)確度。
                           
                        在懷俄明州在多個(gè)井上，在相似的地質(zhì)條件下曾作過(guò)一系列的試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在相同的地質(zhì)區(qū)域內(nèi)，單個(gè)的井口計(jì)量系統(tǒng)會(huì)比采用多孔板的豆莢式計(jì)量系統(tǒng)生產(chǎn)出更多的氣體。在一些情況下高出15%～20%。
                            三、V錐流量計(jì)的測(cè)量原理
                           
                        V錐體能重新分布V錐流量計(jì)環(huán)形喉部?jī)啥说乃俣绕拭?。如圖2所示，V錐流量計(jì)的主要組成部分是在一個(gè)帶壓管道（封閉管道的精密測(cè)量管）內(nèi)的中心軸線上同軸安裝的平截頭圓錐體形的差壓發(fā)生器（即產(chǎn)生差壓的V錐體）和在其下游的另一個(gè)平截頭圓錐體（即負(fù)責(zé)壓力恢復(fù)的下游V錐體）。

   
                        長(zhǎng)期以來(lái)，孔板流量計(jì)由于其技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用。在海洋石油工程中也常常會(huì)用到孔板流量計(jì)。以采油平臺(tái)的測(cè)試分離器氣體出口測(cè)量為例，由于該介質(zhì)為氣體，一般壓力較高，介質(zhì)成分較復(fù)雜，流量范圍隨著年份變化較大等特點(diǎn)，決定了該場(chǎng)合應(yīng)用孔板流量計(jì)zui為合適。尤其近年出現(xiàn)的可更換孔板更是解決了原有孔板流量計(jì)的低量程比的缺點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用。但是可更換的孔板價(jià)格昂貴，一般至少為同管徑孔板流量計(jì)價(jià)格的5倍以上。那么有沒(méi)有更好的產(chǎn)品來(lái)代替它，筆者認(rèn)為V錐流量計(jì)就是代替它的產(chǎn)品。