V錐流量計是近年發展勢頭良好、優點突出的一類新型流量測量裝置

V錐流量計的優點
                           
                        V錐流量計是從2000年左右才在國內出現的流量計。其工作原理和孔板流量計相同。介質通過V錐時，由于阻流件V錐的存在，使得流體的流過面積發生變化，流速發生變化，根據伯努利方程，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系。通過測量該壓力差達到測量流量的目的。雖然與孔板原理一樣，但是zui本質的區別在于孔板為中心收縮型節流裝置，而V錐為邊壁收縮型節流裝置。

1 網格劃分和邊界條件
                           
                        在模擬過程中，V錐流量計的計算域簡化為具有圓形進出口邊界的軸對稱二維幾何模型，坐標原點設在V錐體的前端尖嘴處，如圖1所示。圖1給出了管道和V錐體的二維計算域及其網格的示意圖。為了模擬實際流動狀況，利用Gambit軟件生成了結構化網格14-62。由于V錐體附近流場變化劇烈，因此，對其周圍的網格進行了局部加密處理。各求解變量收斂殘差值設置為1@10-3。入口邊界設置為沿管道軸向均勻速度入口，其他方向速度均為0。出口邊界設置為壓力出口，壓力出口處的表壓為0。管道和V錐體均設置為固體，壁面處無滑移。

                        圖1 V椎體流場的計算域及其網格
                           2 控制方程和計算參數
                            流體流動的數學模型包括質量守恒方程和動量守恒方程。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，引入雷諾應力公式：
                           

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

                            當雷諾數較大時，式（5）化為
                               （7）
                            RE項的計算式為
                                  （8）
                            式中   G=Sk/E。
                           
                        通過試算比較，各式中的計算參數取值分別為C1E=1142，C2E=1168，CL=010845，Ak=AEU11393，CvU100，G0=4138，B=01012。

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

                        圖1　2種計量方法的測量裝置圖（勞倫斯，2000）
                            二、配管的新概念和壓力降
                           
                        對于相當低的井口氣體壓力，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所產生的差壓盡可能地達到zui小值。由于由系統中的摩擦阻力和差壓損失所造成的對流量計和管線的固有約束，在獲得*生產中有一個的平衡點。
                           
                        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大的生產量，同時此方案還有助于防止井之間交叉影響或者通常因某個單向閥有故障造成氣體反注到附近的氣井中。采用V錐流量計的優點是它的壓損小，即壓力恢復較高，在相同的差壓下，V錐的壓力恢復比典型的孔板節流裝置要高出20%，還有V錐流量計能在小差壓下工作，并獲得很好的準確度。
                           
                        在懷俄明州在多個井上，在相似的地質條件下曾作過一系列的試驗。通過試驗發現：在相同的地質區域內，單個的井口計量系統會比采用多孔板的豆莢式計量系統生產出更多的氣體。在一些情況下高出15%～20%。
                            三、V錐流量計的測量原理
                           
                        V錐體能重新分布V錐流量計環形喉部兩端的速度剖面。如圖2所示，V錐流量計的主要組成部分是在一個帶壓管道（封閉管道的精密測量管）內的中心軸線上同軸安裝的平截頭圓錐體形的差壓發生器（即產生差壓的V錐體）和在其下游的另一個平截頭圓錐體（即負責壓力恢復的下游V錐體）。

   
                        長期以來，孔板流量計由于其技術成熟、標準化程度高、結構簡單、維護方便等特點而被廣泛地應用。在海洋石油工程中也常常會用到孔板流量計。以采油平臺的測試分離器氣體出口測量為例，由于該介質為氣體，一般壓力較高，介質成分較復雜，流量范圍隨著年份變化較大等特點，決定了該場合應用孔板流量計zui為合適。尤其近年出現的可更換孔板更是解決了原有孔板流量計的低量程比的缺點而被廣泛地應用。但是可更換的孔板價格昂貴，一般至少為同管徑孔板流量計價格的5倍以上。那么有沒有更好的產品來代替它，筆者認為V錐流量計就是代替它的產品。