摘要：針對我(wǒ)國油田大量(liàng)使用亞臨界(jie)注汽鍋爐,但(dan)其流量幹度(du)測量問題卻(que)還沒有解決(jué)的現狀,采用(yong)分流分相的(de)測☂️量原🈚理,研(yán)👣制出亞臨界(jiè)汽水兩相流(liú)量計 ,實現了(le)注氣過程中(zhōng)的流量、幹度(du)等參數的在(zai)線測量。詳細(xì)介紹了亞臨(lín)界汽水兩相(xiang)流量計的結(jie)構組成及特(tè)點、工作原理(li)、室内和現場(chang)試驗及推廣(guang)應用情況。試(shì)驗表明,亞臨(lin)界❓汽水兩相(xiàng)流量計流量(liàng)測量誤差小(xiao)于5%,幹度測試(shì)誤差小于✂️6%,工(gōng)作穩定且操(cāo)作方📐便,完全(quán)滿足現場使(shǐ)用要求。
引言(yán)
　　注蒸汽熱力(li)采油是當今(jīn)世界開采稠(chou)油的方法之(zhi)🌈一。目前,稠油(yóu)熱采生産注(zhu)汽難度加大(dà),普遍采用高(gao)溫高壓的🍉亞(ya)臨界注汽鍋(guo)🔴爐進行注汽(qi),雖然亞臨界(jie)注汽鍋爐已(yi)在💚油田大🈲量(liang)應用,但随之(zhi)💜而來的流量(liàng)、幹度測量問(wen)題卻還沒有(yǒu)解決。主要問(wèn)題是在亞臨(lin)界參數範圍(wei)内,由于蒸汽(qi)♍與水的特性(xìng)進一步接近(jìn)🔅,蒸汽-水兩相(xiàng)☁️流體的流動(dong)過程趨向平(píng)穩,各種🎯測量(liang)信号的脈動(dòng)特性基本消(xiao)失,同時不同(tong)節流元件的(de)差壓信号的(de)特性也趨于(yú)相同,因而導(dao)緻現有的基(ji)于脈動原🐅理(lǐ)和組合原理(li)的兩相流儀(yi)表基本失效(xiao)🍓。因此,要解決(jue)亞臨界注汽(qi)參數的流量(liàng)和幹度測量(liàng)🍓問題就必須(xu)尋求新的測(cè)量🌈方法。鑒于(yú)此,采用分流(liu)分相測量方(fang)法[1,2]開發了亞(ya)臨界汽水兩(liǎng)相流量計,解(jiě)決了注汽過(guò)程中流量、幹(gàn)度等參數的(de)在☎️線測量問(wèn)題。
　　亞臨界汽(qì)水兩相流量(liang)計是一種新(xin)型多相流體(tǐ)流量測㊙️量儀(yí)表㊙️,經過5年多(duō)的實驗室研(yan)究,已進入産(chan)品開發階段(duàn)。該亞臨界汽(qì)水兩相流量(liàng)計是從兩相(xiang)流中取出一(yi)小股汽-水混(hùn)合物,将其分(fèn)離成單相蒸(zhēng)汽和水,然後(hou)分别計量得(dé)到汽-水的流(liu)量和幹度。目(mù)前該儀器已(yǐ)經成功應用(yong)油田多個采(cǎi)油廠,取得了(le)很好的經濟(jì)效益和社會(hui)效益。
技術分(fèn)析
1.測試機理(lǐ)
　　亞臨界汽水(shui)兩相流量計(ji)測量采用的(de)是分流分相(xiàng)👣法的測🌐量原(yuán)🌈理:即采用分(fen)流技術從汽(qi)-水兩相流中(zhong)按比例分流(liu)出一小股汽(qì)💁-水混合物,并(bìng)将其分離成(cheng)單相蒸汽和(he)水,然後再分(fèn)别用單相流(liu)量計測量它(tā)們的流量,最(zuì)後仍将這部(bù)分流體返回(huí)被💃🏻測兩相流(liú)🥰體的管道。蒸(zheng)💛汽-水兩相流(liu)體的各相總(zong)👄流量則根據(jù)比例關系而(er)🐆定🏃🏻。
2.結構組成(chéng)
　　亞臨界汽水(shuǐ)兩相流量計(ji)主要由儀表(biǎo)體、變送器和(he)工❤️控機等3部(bu)分組成,儀表(biao)整體結構見(jiàn)圖1。

1,5—U形(xing)管;2—接線盒;3—主(zhǔ)管;4—分離筒;6,11—變(bian)送器;7,10—流量測(cè)量元件;8—溫度(du)測量元件;9— 壓(ya)力變送器 ;12—計(ji)算機
　　儀表體(ti)包括主管、分(fèn)離筒體(主要(yào)是由分配器(qì)和分離器組(zǔ)成)、U形管、流量(liàng)測量元件和(he)溫度計套管(guan)。整個儀表🌈體(tǐ)通過卡箍組(zǔ)件與蒸汽管(guǎn)線相連接,測(ce)量儀共使用(yong)了4個變送器(qi),變送器分别(bié)通過托架固(gù)定在☔儀表體(ti)上,4路信号線(xian)在接線盒内(nei)集中後再用(yòng)屏蔽㊙️電纜與(yǔ)工控機連接(jie)。工控機内包(bao)括直流電源(yuan)、A/D卡、主💋機及顯(xian)示器等。
3.工作(zuò)原理
　　被測兩(liang)相流體(蒸汽(qì))進入主管流(liú)過分配器時(shí)被分成😍2部分(fen),一部分(80%～90%)沿原(yuan)通道繼續向(xiang)下遊流動,稱(chēng)這部🏃‍♀️分流體(tǐ)爲❤️主流🌈體,這(zhe)一支😄路爲主(zhǔ)流體回路;另(lìng)一部🌐分兩相(xiang)流體(10%～20%)則進入(ru)分離器,稱這(zhè)部分流體爲(wèi)分流體,這一(yī)支路爲分流(liú)🐕體回路。分流(liú)體經分🌏離器(qi)分離後,氣體(tǐ)和液體分别(bie)進入氣體流(liu)量計和液體(ti)流量計進行(hang)計量,最後重(zhòng)新與主流體(ti)彙合,其工作(zuò)👣原理✏️見圖2。測(cè)得流量、幹度(dù)和壓🐆力等數(shù)據在工控機(jī)的顯示屏上(shang)顯示,流量、幹(gan)💜度和壓力等(děng)測量值♉每分(fèn)鍾更新1次,每(měi)10min存儲1組數據(jù),每天自動生(shēng)成1個數據文(wen)件存儲在工(gōng)控機的硬盤(pán)上,可随時調(diao)出查看每天(tian)的注汽情況(kuang),也可🧡保存和(he)打印🈲。

4.主要技(jì)術參數
流量(liang)測量範圍:4～11.5t/h;
幹(gàn)度測量範圍(wéi):20%～85%;
最高工作壓(ya)力:22MPa;
最高工作(zuo)溫度:374℃;
流量測(ce)量精度:5%;
幹度(du)測量精度:6%(絕(jué)對誤差)。
5.主要(yao)技術特點
　　分(fèn)流分相法是(shì)将兩相流體(ti)的流量測量(liàng)變成了單㊙️相(xiàng)流測量,僅有(yǒu)很小的體積(jī),便于做成儀(yi)表廣泛應用(yòng)。由于所有儀(yí)表都工作在(zài)單相流中,不(bu)僅能顯著♊提(ti)高測量儀表(biao)的穩定性和(hé)可靠性,而且(qiě)測量過程與(yu)流體的性質(zhi)無關,既适合(he)于亞臨界注(zhu)蒸汽測試,也(yě)适合于高壓(yā)注蒸汽測試(shì)。它可以連續(xu)不間斷對👌整(zheng)個注汽過程(cheng)進行測試,起(qǐ)到🌐對整個注(zhù)汽過🐪程中注(zhu)汽質量的監(jiān)督🎯,也可以對(dui)高壓難🏃‍♀️注打(da)排放進行注(zhù)汽的井進行(hang)流量🔞的準确(que)計量。
室内試(shi)驗及現場應(yīng)用
1.室内試驗(yan)情況
　　室内試(shi)驗項目主要(yao)包括二次儀(yí)表的性能考(kao)核、蒸汽☀️-水流(liu)量計标定、分(fen)流系數測定(dìng)和模拟現場(chǎng)測量試驗。
(1)二(èr)次儀表的性(xing)能考核對選(xuan)用的二次儀(yí)表進行了長(zhǎng)時間⭐的性能(neng)考核。對壓力(li)變送器進行(háng)了加壓和🌈加(jiā)溫性能✂️試驗(yan),證明🔆各項指(zhǐ)标符合要求(qiú),精度達到0.5%以(yi)内。對⚽差壓變(bian)送器進✍️行了(le)耐高壓和長(zhang)時間連續加(jia)載實驗,證明(míng)變送器性能(neng)穩定,精度能(néng)達到0.2%。工控🌐機(jī)的考核連續(xu)持續了300h,無任(rèn)何故障。對數(shù)據采集闆也(yě)進行了仔細(xi)的校核,證明(míng)了其高可靠(kào)性和精度。
(2)流(liu)量計标定對(duì)蒸汽和水流(liú)量計分别用(yòng)水進行了标(biao)定。試驗⭐在多(duō)相流實驗回(huí)路上完成,參(can)考流量值(或(huo)标準流量)由(yóu)Coriolis質量流量計(ji)測量,精度0.05%。圖(tu)3、4分别爲蒸汽(qi)和水流量計(ji)♻️的标定🔱結果(guǒ)。最大相對誤(wù)差均小于0.57%。

(3)分(fèn)流系數标定(ding)在多相流實(shí)驗台上用空(kong)氣-水模拟測(ce)量了分流🥵系(xi)數值,該值爲(wei)0.01347,精度1.5%。試驗Re=5×103～2.8×104。現(xiàn)場試驗證明(míng),蒸汽的實際(ji)值與該值㊙️很(hen)接近,可以作(zuò)爲現場校核(hé)的基💛礎。随着(zhe)數據的積累(lei),可望完全通(tōng)過室内試驗(yàn)确定儀表的(de)分流系數值(zhí)。
(4)連機模拟測(ce)量試驗爲模(mo)拟注汽現場(chǎng)的情況,在多(duō)相流實☔驗台(tai)上用空氣-水(shuǐ)代替蒸汽對(dui)測量儀做了(le)性能考核🐪。由(you)于空氣📐與蒸(zheng)汽有很大差(cha)異,試驗隻是(shi)定性的,目的(de)在于檢驗儀(yí)表的反應能(neng)力、二次儀表(biǎo)的穩定性和(hé)測量軟件的(de)可靠性。室内(nei)試驗表明,亞(yà)臨界汽水兩(liang)相流量計完(wán)全達到設計(ji)要求。
2.現場應(yīng)用情況
　　汽水(shuǐ)兩相流量計(ji)在勝利油田(tian)坨826井上進行(háng)了2井次❌的測(cè)試應👄用,注汽(qì)中最高壓力(lì)20.5MPa,平均18MPa左右,無(wu)節流現象,井(jǐng)口壓力與鍋(guō)爐出口♉壓力(lì)一緻,測試儀(yi)運行穩定,未(wei)發生任何故(gu)障;汽量、水量(liang)的測量信号(hào)曲線平穩,未(wei)見明顯波動(dòng);流量幹度指(zhǐ)示值穩定,無(wú)超過測量精(jing)度的跳動;能(neng)靈敏地反映(yìng)鍋爐的壓力(lì)、流量和⚽幹度(dù)變化,尤其對(dui)熄火、燒幹和(hé)燃燒變化反(fǎn)映迅速,與鍋(guō)爐報警信号(hao)同步;幹💔度測(ce)量值☂️與化驗(yàn)值相差小于(yu)3%,流量值在鍋(guō)爐給定範圍(wéi)内;自動記錄(lù)測量結果,自(zi)動存盤和生(sheng)成報表,停電(dian)時未見數據(jù)丢失。通❄️過測(cè)試能及時掌(zhǎng)握注汽鍋爐(lu)的注汽質量(liàng),提醒工👈作人(rén)員及時調整(zheng)鍋爐運行狀(zhuang)況,确保高質(zhì)量的蒸🏒汽注(zhù)入油井,提高(gāo)了坨826井的試(shì)油效果。
結論(lun)
(1)亞臨界汽水(shuǐ)兩相流量計(ji)用分流分相(xiàng)法很好地解(jie)決了亞💛臨界(jie)注汽過程中(zhong)蒸汽流量和(he)幹度計量問(wèn)題。
(2)室内标定(ding)和現場應用(yòng)證明,該流量(liang)計在其測量(liang)範圍内,流😍量(liàng)測量誤差小(xiao)于5%,幹度測量(liang)誤差小于6%,完(wán)全⭕滿足現場(chang)應用🥰要求。
(3)該(gāi)流量計測量(liàng)過程與流體(tǐ)的性質無關(guan),既适合于亞(yà)臨界注蒸🌐汽(qi)測試,也适合(hé)于高壓注蒸(zheng)汽測試。
(4)該流(liu)量計具有測(ce)量範圍大、誤(wu)差小、工作穩(wen)定及現場操(cāo)作方便等優(you)點。它提升了(le)汽-水兩相流(liú)的測試水平(píng),可進♻️一步在(zài)稠💞油熱采注(zhu)汽測試中推(tui)廣應用,爲提(tí)高💞稠油熱采(cai)開發效果提(ti)供了有力的(de)保障手段。

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