李军

（大庆油田测试技术服务分公司，黑龙江 大庆163453）

0 引 言

切向涡轮流量计广泛应用于小流量测量中。与轴向式涡轮流量传感器相比，切向涡轮流量传感器的启动排量更低，测量灵敏度更高，动态响应速度更快［1］。随着国内大部分油田进入开发中后期，低产井数量逐年增多，大量油井的日产量低于5m3／d，单层产量甚至低于1m3／d。低产液井对测井仪器提出了新的要求，传统螺旋式涡轮流量计对低流量的响应较差，启动排量较高，难以对低产井的井下流动进行有效监测。为此，提出采用切向涡轮流量计测量小流量。本文通过理论推导、数值仿真及小流量流动装置实验，对切向涡轮流量计测量机理和响应特性进行了研究。

1 切向涡轮流量计工作原理

切向涡轮流量计基本构造见图1。被测流体在流经叶轮之前流道会减缩，流速增加，流体经过叶轮后叶片旋转，磁电传感器记录叶片转动频率，得到被测流体相对应的流量。

图1 切向涡轮流量传感器结构简图

涡轮在转动时所受的力矩大致可分：流体对涡轮的推动力矩Tr，机械摩擦力矩Trm，流体对涡轮产生的流动阻力矩Trf和电磁阻力矩Tre［2］。涡轮运动方程可以表示为

式中，J为涡轮转动惯量；ω为涡轮转动角速度。涡轮正常工作时，ω可近似看作定值（切向涡轮转动时由于驱动力矩随着位置变化而变化，所以转动角速度ω也是变化的，这里将ω看作定值）。

如图2所示，切向涡轮流量计流道收缩后面积为A，从流道流出的流体速度为v1，从涡轮流出的流体速度为v2；……