摘要：針對我國油田大(dà)量使用亞(yà)臨界(jiè)注汽鍋爐,但其流量幹度(dù)測量(liàng)問題卻(què)還(hái)沒有(yǒu)解決的(de)現狀,采用分(fèn)流(liú)分相的(de)測量(liàng)原理(lǐ),研制(zhì)出亞臨界(jiè)汽水(shuǐ)兩相流量計 ,實現了(le)注氣過程(chéng)中的流量(liàng)、幹度(dù)等參數的(de)在線(xiàn)測量。詳細(xì)介紹了亞臨(lín)界汽水(shuǐ)兩相流量計的(de)結構(gòu)組成及特(tè)點、工作原(yuán)理、室(shì)内和(hé)現(xiàn)場試驗及推廣應(yīng)用情(qíng)況。試驗表明,亞(yà)臨界(jiè)汽水兩(liǎng)相(xiàng)流量計流量測(cè)量誤差小于5%,幹(gàn)度測試誤差小于6%,工作(zuò)穩(wěn)定且(qiě)操作(zuò)方(fāng)便(biàn),完全(quán)滿足現(xiàn)場使用要求(qiú)。
引(yǐn)言
　　注蒸(zhēng)汽熱(rè)力采油是(shì)當今世(shì)界開采(cǎi)稠油的方法(fǎ)之(zhī)一。目(mù)前,稠(chóu)油熱采生産(chǎn)注汽難(nán)度加(jiā)大,普遍采(cǎi)用高(gāo)溫高壓的亞臨界(jiè)注汽鍋(guō)爐進(jìn)行注(zhù)汽,雖然亞臨界注汽(qì)鍋爐已在油田大量(liàng)應用,但随(suí)之而來的流量(liàng)、幹度測量問題(tí)卻還(hái)沒有(yǒu)解決。主要問題是在(zài)亞臨(lín)界參(cān)數範圍内(nèi),由于蒸汽(qì)與水的(de)特性進(jìn)一步(bù)接(jiē)近,蒸汽(qì)-水兩相(xiàng)流體的流動過程趨向(xiàng)平穩,各種測量(liàng)信号的(de)脈(mò)動特(tè)性基本(běn)消(xiāo)失,同(tóng)時不(bú)同節(jiē)流元(yuán)件(jiàn)的差壓信号(hào)的特性也(yě)趨于(yú)相同(tóng),因(yīn)而導緻(zhì)現有(yǒu)的(de)基于脈(mò)動原(yuán)理(lǐ)和組合(hé)原理(lǐ)的兩(liǎng)相流(liú)儀表基本失效(xiào)。因此(cǐ),要解決亞(yà)臨界注汽參數(shù)的流(liú)量和幹度(dù)測量問題(tí)就必(bì)須尋(xún)求新的測量方(fāng)法。鑒(jiàn)于此,采用分流分相(xiàng)測量(liàng)方法[1,2]開發(fā)了亞(yà)臨界汽水(shuǐ)兩相流量計(jì),解(jiě)決了(le)注汽(qì)過程(chéng)中流量(liàng)、幹度等(děng)參數(shù)的在線測(cè)量問題。
　　亞(yà)臨界(jiè)汽水兩(liǎng)相流(liú)量(liàng)計是一種新型多相(xiàng)流體流量(liàng)測量(liàng)儀表(biǎo),經過(guò)5年(nián)多的實驗室(shì)研究,已進入産品開(kāi)發(fā)階段。該(gāi)亞臨界(jiè)汽(qì)水兩(liǎng)相流量計是從(cóng)兩相流中取出(chū)一小股汽-水混(hùn)合物,将其(qí)分離(lí)成單相蒸汽和(hé)水,然(rán)後(hòu)分(fèn)别計(jì)量(liàng)得到汽-水的(de)流量和幹度(dù)。目(mù)前該(gāi)儀器已經(jīng)成功應用(yòng)油田(tián)多個采油廠,取(qǔ)得了很好的經(jīng)濟效益和社(shè)會效益。
技術分析
1.測試(shì)機理
　　亞臨(lín)界汽水(shuǐ)兩相流(liú)量計測量采用(yòng)的是分流(liú)分相法的測量(liàng)原理:即采用分流技術從汽(qì)-水兩相流中按比例分(fèn)流出(chū)一小(xiǎo)股(gǔ)汽(qì)-水混合物,并将其分離(lí)成(chéng)單相(xiàng)蒸汽(qì)和(hé)水,然後(hòu)再(zài)分(fèn)别用單相(xiàng)流量計測量它(tā)們的(de)流量(liàng),最後(hòu)仍将這部分流(liú)體返回被(bèi)測兩相流體的(de)管道(dào)。蒸汽-水兩(liǎng)相流(liú)體的(de)各(gè)相(xiàng)總流量則(zé)根據(jù)比例(lì)關系而(ér)定(dìng)。
2.結構(gòu)組成(chéng)
　　亞臨界汽(qì)水兩相流量計(jì)主要由(yóu)儀(yí)表體(tǐ)、變送器(qì)和工控(kòng)機等(děng)3部分組成(chéng),儀表(biǎo)整體結構(gòu)見圖(tú)1。

1,5—u形管;2—接線盒(hé);3—主管(guǎn);4—分離(lí)筒(tǒng);6,11—變(biàn)送器;7,10—流量(liàng)測量元(yuán)件;8—溫度(dù)測量元件;9— 壓力(lì)變送器(qì) ;12—計(jì)算機(jī)
　　儀表體(tǐ)包括主(zhǔ)管、分離筒(tǒng)體(主要是由分配器(qì)和分離器(qì)組成(chéng))、u形管、流(liú)量測量元件和溫(wēn)度計套管。整個儀表(biǎo)體通過卡箍組(zǔ)件與(yǔ)蒸汽管線(xiàn)相連接(jiē),測量儀(yí)共使(shǐ)用了(le)4個變(biàn)送(sòng)器,變送器分(fèn)别通(tōng)過托架固定在儀表(biǎo)體上,4路信号線(xiàn)在接(jiē)線盒(hé)内集中後再用(yòng)屏蔽電纜(lǎn)與工控(kòng)機(jī)連接。工控機内(nèi)包括(kuò)直流電(diàn)源、a/d卡、主(zhǔ)機及(jí)顯示器等(děng)。
3.工作原理
　　被測兩相(xiàng)流體(蒸汽(qì))進入(rù)主管流過(guò)分配(pèi)器時被分(fèn)成2部(bù)分,一部分(fèn)(80%～90%)沿原通道繼續(xù)向下遊流動,稱這部分流體爲(wèi)主流體,這(zhè)一支路爲主流(liú)體回(huí)路;另一部分兩(liǎng)相流(liú)體(10%～20%)則進入(rù)分離器,稱(chēng)這部(bù)分流體爲分流體,這(zhè)一支(zhī)路爲分流(liú)體回路。分(fèn)流體經分離器(qì)分離後,氣體和(hé)液體(tǐ)分别(bié)進入氣體(tǐ)流量計和液體流(liú)量計進(jìn)行計(jì)量,最後重(zhòng)新與主流(liú)體彙合,其(qí)工作原理(lǐ)見圖(tú)2。測得(dé)流量(liàng)、幹度(dù)和壓力等(děng)數據在工(gōng)控機(jī)的顯(xiǎn)示屏(píng)上顯(xiǎn)示,流量、幹(gàn)度和(hé)壓力等測量值每分鍾更新1次(cì),每10min存(cún)儲1組數據(jù),每天自動(dòng)生成1個數據文件存(cún)儲在工控機的(de)硬盤上,可随時(shí)調出(chū)查看每(měi)天的注(zhù)汽情(qíng)況,也(yě)可保存和(hé)打印(yìn)。

4.主(zhǔ)要技術參數
流(liú)量測(cè)量範圍(wéi):4～11.5t/h;
幹(gàn)度測(cè)量範圍:20%～85%;
最高工(gōng)作壓力:22mpa;
最高工(gōng)作溫度:374℃;
流(liú)量(liàng)測(cè)量精度:5%;
幹度測(cè)量精(jīng)度:6%(絕對誤差)。
5.主(zhǔ)要技術特(tè)點(diǎn)
　　分(fèn)流分相法是将(jiāng)兩相流體的流量測(cè)量變(biàn)成了單相(xiàng)流測(cè)量,僅有很小的(de)體積(jī),便于做成(chéng)儀表廣泛(fàn)應用(yòng)。由于所有(yǒu)儀表(biǎo)都工作(zuò)在單相(xiàng)流中(zhōng),不僅能顯(xiǎn)著提高(gāo)測量儀(yí)表的穩定(dìng)性和(hé)可靠性(xìng),而(ér)且測(cè)量過程與(yǔ)流體(tǐ)的性質(zhì)無關,既(jì)适合(hé)于(yú)亞臨界(jiè)注蒸汽測(cè)試,也(yě)适合(hé)于高(gāo)壓注(zhù)蒸汽測(cè)試。它可(kě)以連(lián)續不(bú)間斷(duàn)對整個注汽過(guò)程進(jìn)行測試,起到對整個(gè)注汽過程(chéng)中注(zhù)汽質量的監(jiān)督(dū),也可(kě)以對高壓(yā)難注(zhù)打排放進行(háng)注汽的井(jǐng)進行流(liú)量的準确計量(liàng)。
室内(nèi)試(shì)驗(yàn)及現(xiàn)場應用
1.室(shì)内試(shì)驗情(qíng)況
　　室(shì)内(nèi)試(shì)驗項(xiàng)目(mù)主要包(bāo)括二次(cì)儀表的(de)性能考核、蒸汽-水(shuǐ)流量(liàng)計(jì)标定(dìng)、分流系(xì)數(shù)測定(dìng)和模(mó)拟(nǐ)現(xiàn)場測(cè)量試驗。
(1)二(èr)次儀(yí)表的性(xìng)能(néng)考核(hé)對選用的二次儀表(biǎo)進(jìn)行了長(zhǎng)時間的性能考(kǎo)核。對壓力(lì)變送器進行了加壓(yā)和加溫性(xìng)能試(shì)驗,證明各(gè)項指标符(fú)合要求,精(jīng)度達到(dào)0.5%以(yǐ)内。對(duì)差壓(yā)變送(sòng)器進(jìn)行了(le)耐高(gāo)壓和(hé)長時間(jiān)連(lián)續加載實驗,證(zhèng)明變(biàn)送器性(xìng)能穩定(dìng),精度能(néng)達到0.2%。工(gōng)控機的考核連(lián)續持續了(le)300h,無任何故障。對數據采集闆也進行了仔細(xì)的校核(hé),證明了其高可(kě)靠性和精度。
(2)流(liú)量計标定(dìng)對蒸(zhēng)汽和水流量計(jì)分别用水進行(háng)了标(biāo)定(dìng)。試驗在(zài)多相流(liú)實(shí)驗回(huí)路上完成,參考(kǎo)流量(liàng)值(zhí)(或标準流量(liàng))由coriolis質量流(liú)量(liàng)計測量,精度(dù)0.05%。圖3、4分(fèn)别爲蒸(zhēng)汽(qì)和水流量(liàng)計的(de)标定結果(guǒ)。最大(dà)相對誤差均小(xiǎo)于0.57%。

(3)分流系數标(biāo)定在(zài)多相(xiàng)流實(shí)驗台(tái)上用(yòng)空氣(qì)-水模拟(nǐ)測(cè)量了(le)分流(liú)系數值,該(gāi)值爲0.01347,精度1.5%。試驗(yàn)re=5×103～2.8×104。現場(chǎng)試(shì)驗證(zhèng)明(míng),蒸汽的實(shí)際值與該值(zhí)很接近(jìn),可以(yǐ)作爲現場(chǎng)校核的基礎。随(suí)着數據(jù)的(de)積(jī)累(lèi),可望完全通過(guò)室内試驗确定(dìng)儀表(biǎo)的(de)分流系數值。
(4)連機模拟(nǐ)測量試驗爲(wèi)模(mó)拟注汽現場的情況,在多相流實驗台(tái)上(shàng)用空(kōng)氣-水(shuǐ)代替蒸汽(qì)對測量儀做了性能考(kǎo)核(hé)。由于(yú)空氣(qì)與蒸(zhēng)汽有(yǒu)很大(dà)差(chà)異(yì),試驗(yàn)隻是定性(xìng)的,目的在于(yú)檢驗儀(yí)表的反應能力(lì)、二次儀表(biǎo)的穩(wěn)定性和測量軟(ruǎn)件的(de)可(kě)靠性。室(shì)内試(shì)驗表(biǎo)明,亞(yà)臨界汽水兩相(xiàng)流量計(jì)完(wán)全達(dá)到設(shè)計要求。
2.現(xiàn)場應用情況
　　汽(qì)水兩(liǎng)相(xiàng)流量計(jì)在勝利油(yóu)田坨(tuó)826井上(shàng)進(jìn)行了2井次的測試應用(yòng),注汽(qì)中最高壓(yā)力20.5mpa,平(píng)均18mpa左(zuǒ)右,無(wú)節流(liú)現象(xiàng),井口壓力與鍋(guō)爐出(chū)口壓(yā)力一緻,測試(shì)儀運(yùn)行穩定,未發(fā)生任何(hé)故障;汽(qì)量、水(shuǐ)量的(de)測量信号曲線(xiàn)平穩,未(wèi)見明顯(xiǎn)波動;流(liú)量幹度(dù)指示值穩定,無(wú)超過測(cè)量精度(dù)的跳動(dòng);能靈敏地反(fǎn)映鍋爐的(de)壓力、流量(liàng)和幹(gàn)度變化,尤其對熄火、燒幹(gàn)和燃(rán)燒變化反映迅(xùn)速,與鍋爐報警(jǐng)信(xìn)号同步;幹度(dù)測量值與(yǔ)化驗(yàn)值相差小于3%,流(liú)量值在鍋(guō)爐給(gěi)定範(fàn)圍(wéi)内;自動(dòng)記錄測量結果(guǒ),自動存盤(pán)和生(shēng)成報表,停電時(shí)未見數(shù)據丢失(shī)。通過測試能及(jí)時掌握注汽鍋(guō)爐的(de)注(zhù)汽質量,提醒工作(zuò)人員(yuán)及時調整鍋爐(lú)運行(háng)狀況,确保(bǎo)高(gāo)質量的(de)蒸汽(qì)注入油(yóu)井,提(tí)高(gāo)了坨(tuó)826井的(de)試油(yóu)效果(guǒ)。
結(jié)論(lùn)
(1)亞臨(lín)界汽水兩(liǎng)相流(liú)量計用分流分(fèn)相法很好地解決了亞臨界注(zhù)汽過(guò)程(chéng)中(zhōng)蒸汽流量(liàng)和幹度計(jì)量(liàng)問題。
(2)室内标定和現場應用(yòng)證明(míng),該流量計(jì)在其(qí)測量範圍(wéi)内,流(liú)量測(cè)量誤(wù)差(chà)小(xiǎo)于5%,幹度測(cè)量誤差小于6%,完(wán)全滿足現場應(yīng)用要求。
(3)該(gāi)流量計測(cè)量過程與流(liú)體的性質無(wú)關,既(jì)适(shì)合于亞(yà)臨界注蒸汽測(cè)試,也适(shì)合于高(gāo)壓注(zhù)蒸汽測試。
(4)該流量計(jì)具有(yǒu)測量範圍大、誤(wù)差小(xiǎo)、工作穩定(dìng)及現場(chǎng)操作方(fāng)便等(děng)優點。它提(tí)升了汽-水(shuǐ)兩相(xiàng)流的測試水平(píng),可進一步在稠油熱采注汽測試中(zhōng)推廣應用(yòng),爲提高稠(chóu)油熱(rè)采開發效果提供了(le)有力的保(bǎo)障手段。

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