摘要：針對我國(guo)油田大量使用(yòng)亞臨界注汽鍋(guō)爐,但其流🏃🏻量幹(gàn)度測量問題卻(que)還沒有解決的(de)現狀,采用分流(liú)分相的測量原(yuan)理,研制出亞臨(lín)界汽水兩相流(liú)量計 ,實現了注(zhu)氣過程中的流(liú)量、幹度等參數(shù)的在線測量。詳(xiang)細介紹了亞臨(lin)界汽水兩相流(liu)量計的結構組(zǔ)成及特點㊙️、工作(zuo)原理、室内和現(xian)場試驗及推廣(guǎng)應用情況。試驗(yàn)表明🏃🏻,亞臨界汽(qì)水兩相流量計(jì)流量測量💚誤差(cha)小于5%,幹度測試(shì)誤差小于6%,工作(zuo)穩定且操作方(fang)🍓便,完全滿足現(xiàn)場使用要求。
引(yin)言
　　注蒸汽熱力(li)采油是當今世(shi)界開采稠油的(de)方法之一🌐。目前(qian),稠油🙇🏻熱采生産(chan)注汽難度加大(da),普遍采用高溫(wēn)高壓的亞臨界(jiè)注汽鍋爐進行(hang)注汽,雖然亞臨(lin)界注汽鍋爐已(yi)在油田大量應(ying)用,但随之而來(lai)的流量、幹度測(cè)量問題卻還沒(mei)有解決。主要問(wen)題是在亞臨界(jiè)參數範圍💃内,由(you)于蒸汽與水的(de)特性進一步接(jiē)近,蒸汽-水兩相(xiàng)流體的流動過(guò)程趨向平穩,各(gè)種測量信号的(de)脈動特性基本(běn)消失,同時不同(tóng)節流元件的差(chà)壓信号的特性(xìng)也趨于相同,因(yīn)而導🧑🏽‍🤝‍🧑🏻緻現有的(de)基于脈動原理(lǐ)和組合原理的(de)兩相流儀表基(jī)本失效。因此,要(yao)解決亞臨界注(zhù)汽參數的流量(liang)和‼️幹度測量問(wen)題就必須㊙️尋求(qiú)新的測量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼方法(fa)。鑒于此,采用分(fen)流📐分相測量方(fang)法[1,2]開發了亞臨(lín)界🌐汽水兩相流(liu)量計,解💚決了注(zhu)汽過程中流量(liang)、幹度等參數的(de)🙇🏻在線測量問💁題(ti)。
　　亞臨界汽水兩(liǎng)相流量計是一(yī)種新型多相流(liú)體流量測👌量儀(yí)表,經過5年多的(de)實驗室研究,已(yi)進入産品開發(fa)階段。該亞臨界(jiè)汽水兩相流量(liang)計是從兩相流(liú)中取出一小股(gǔ)汽-水混合物,将(jiāng)其分離🔞成單相(xiàng)蒸汽和水,然後(hòu)分别計量得到(dào)汽-水的流量和(hé)幹度。目前該儀(yí)器已經成功應(ying)用油田多個采(cai)油廠,取得了很(hen)好的經濟效益(yi)和社會效益。
技(ji)術分析
1.測試機(ji)理
　　亞臨界汽水(shuǐ)兩相流量計測(ce)量采用的是分(fèn)流分相法的測(ce)量原理:即采用(yong)分流技術從汽(qi)-水兩相流中按(àn)比例分☎️流出一(yī)小股汽-水混合(he)物,并将其分離(lí)成單相蒸汽和(hé)水,然後再分别(bie)用單相流🔴量計(jì)測量它們的流(liú)量,最後仍将這(zhè)部分流🌈體返回(huí)被測兩相流體(ti)的管道。蒸汽-水(shuǐ)兩相流體的各(gè)相總流量則根(gen)據比例關系而(ér)定。
2.結構組成
　　亞(ya)臨界汽水兩相(xiang)流量計主要由(yóu)儀表體、變送器(qi)和工⭐控機等3部(bù)分組成,儀表整(zheng)體結構見圖1。

1,5—U形管;2—接線盒;3—主(zhǔ)管;4—分離筒;6,11—變送(song)器;7,10—流量測量元(yuán)件;8—溫度測量元(yuan)件;9— 壓力變送器(qi) ;12—計算機
　　儀表體(tǐ)包括主管、分離(li)筒體(主要是由(you)分配器和分離(li)器組🔞成)、U形管、流(liú)量測量元件和(he)溫度計套管。整(zhěng)個儀表體通過(guò)卡箍組件與蒸(zheng)汽管線相連接(jie),測量儀共使用(yong)了4個變♊送器,變(bian)❌送器分🍉别通過(guò)托架固定在儀(yi)表體上🌈,4路信号(hao)線在接線盒内(nei)集中後再用屏(ping)蔽電纜與工控(kong)✌️機連接。工控機(ji)内包括直🤟流電(diàn)源、A/D卡、主🈲機及顯(xian)示器等。
3.工作原(yuán)理
　　被測兩相流(liu)體(蒸汽)進入主(zhu)管流過分配器(qì)時被分成❓2部✌️分(fèn),一部分(80%～90%)沿原通(tong)道繼續向下遊(you)流動,稱這部分(fèn)流體爲主流㊙️體(tǐ),這一支💋路爲主(zhu)流體回路;另一(yī)部分兩相流體(tǐ)(10%～20%)則進入分離器(qì),稱這部分流體(tǐ)爲分流體,這一(yī)支路爲分流體(ti)回路。分流體經(jīng)分離器分離✌️後(hòu),氣體和液體分(fen)别進入氣體流(liu)量計和液體流(liu)量計進行計量(liàng),最後重新與主(zhu)流體彙合,其工(gōng)作🏃🏻原理⭕見圖2。測(ce)得流量、幹度和(he)壓力等數據在(zài)工控機的顯示(shi)屏上顯示,流量(liàng)、幹♌度和壓力等(děng)測量值每分鍾(zhōng)更新1次,每10min存儲(chǔ)1組數據,每天自(zì)動生成1個數據(jù)文件存儲在工(gong)控機的硬盤上(shang),可🈚随時調出查(chá)看每天的注汽(qi)情況,也可保存(cun)和打印。

4.主要技術參數(shù)
流量測量範圍(wei):4～11.5t/h;
幹度測量範圍(wéi):20%～85%;
最高工作壓力(lì):22MPa;
最高工作溫度(du):374℃;
流量測量精度(dù):5%;
幹度測量精度(du):6%(絕對誤差)。
5.主要(yào)技術特點
　　分流(liú)分相法是将兩(liǎng)相流體的流量(liang)測量變成了單(dan)相流測量🔞,僅🐪有(yǒu)很小的體積,便(biàn)于做成儀表廣(guǎng)泛應用。由于所(suǒ)✊有儀表都工作(zuo)在單相流中,不(bu)僅能顯著提高(gao)測量儀表🥰的穩(wěn)定性和可靠性(xìng),而且測量過程(chéng)與流體的性質(zhì)無關,既适合于(yú)亞臨界注蒸汽(qì)測試,也适合于(yu)高壓注蒸汽測(ce)試。它可以連續(xù)不間斷對整個(gè)注汽過程進行(háng)測試,起到對整(zheng)個注汽過程中(zhōng)注汽質量的監(jian)督,也可以對高(gāo)壓難🌍注打排放(fang)進行注汽的井(jing)進行流量🌈的準(zhǔn)确計量。
室内試(shi)驗及現場應用(yong)
1.室内試驗情況(kuang)
　　室内試驗項目(mu)主要包括二次(cì)儀表的性能考(kǎo)核、蒸汽-水流量(liang)計标定、分流系(xì)數測定和模拟(nǐ)現場測量試驗(yàn)。
(1)二次儀表的性(xing)能考核對選用(yòng)的二次儀表進(jìn)行了長時間的(de)性能考核。對壓(ya)力變送器進行(háng)了加壓和加溫(wen)性能試驗,證明(míng)‼️各項指标符合(hé)要求,精度達到(dào)0.5%以内。對差壓變(bian)🏃送器進行了耐(nài)🌏高壓和長時間(jiān)連續加載實驗(yàn),證明變送器性(xìng)能穩定,精度能(neng)達到0.2%。工控機的(de)考核連續持續(xù)了300h,無任何故障(zhang)。對數據采集闆(pan)也進行了仔細(xi)的校核,證明了(le)其高可靠性和(he)精度。
(2)流量計标(biao)定對蒸汽和水(shuǐ)流量計分别用(yong)水進行了标定(dìng)。試驗在多相流(liú)實驗回路上完(wán)成,參考流量值(zhí)🔴(或标準流量)由(you)Coriolis質量流量計測(ce)量,精度0.05%。圖3、4分别(bie)爲蒸汽和水流(liu)量計的标定結(jié)果。最☁️大相對誤(wù)差均小于0.57%。

(3)分流(liu)系數标定在多(duō)相流實驗台上(shang)用空氣-水模拟(nǐ)測量了分😍流系(xi)數值,該值爲0.01347,精(jīng)度1.5%。試驗Re=5×103～2.8×104。現場試(shì)驗證明,蒸♻️汽的(de)實際值與該值(zhí)很接近,可以作(zuo)爲現場校核的(de)基礎。随着數據(ju)的積累,可望完(wán)全通過室内試(shi)驗确定儀㊙️表的(de)分流系數值。
(4)連(lián)機模拟測量試(shi)驗爲模拟注汽(qi)現場的情況,在(zai)多相流實驗☂️台(tái)上用空氣-水代(dai)替蒸汽對測量(liàng)儀做了性能考(kao)核。由于空氣🤩與(yǔ)蒸汽有很大差(chà)異,試驗隻是定(dìng)性的,目的在于(yu)檢驗🐆儀表的反(fan)應能力、二次儀(yi)表的穩定性和(he)測量軟件的可(kě)靠性。室内試驗(yàn)表明,亞臨界汽(qi)水兩相流量計(jì)完全達到設計(jì)要求。
2.現場應用(yong)情況
　　汽水兩相(xiàng)流量計在勝利(li)油田坨826井上進(jin)行了2井次的測(cè)試應用,注汽中(zhōng)最高壓力20.5MPa,平均(jun1)18MPa左右,無節流現(xiàn)象,井口壓力與(yǔ)鍋爐出口壓力(li)一緻,測試儀運(yùn)行穩定,未發生(shēng)任何故障;汽🏒量(liàng)、水量🌈的測量信(xin)号曲線平穩,未(wèi)見明☂️顯波動;流(liu)✂️量幹度指示值(zhi)穩定🐪,無超過測(ce)量精度的跳動(dòng);能靈敏地反映(yìng)鍋爐的壓力、流(liú)量和☀️幹度變化(huà),尤其對熄火、燒(shao)幹和燃燒變化(hua)反映迅速,與鍋(guō)爐報警信号同(tóng)步;幹度測量值(zhi)與化驗值相差(cha)小于3%,流量值在(zai)鍋爐給定範圍(wéi)内;自動記錄測(cè)量結果,自動存(cun)盤和生成報表(biǎo),停電時未見數(shù)據丢失。通㊙️過測(ce)試能及時掌握(wo)注汽鍋爐的注(zhu)汽質量,提醒工(gong)作人員及時調(diao)整鍋爐運行狀(zhuang)況,确保高質量(liang)的蒸🔞汽注入油(yóu)井,提高了坨826井(jǐng)‼️的試油🏃‍♂️效果。
結(jié)論
(1)亞臨界汽水(shui)兩相流量計用(yong)分流分相法很(hěn)好地解💋決了亞(ya)☂️臨界❤️注汽過程(cheng)中蒸汽流量和(hé)幹度計量問題(tí)。
(2)室内标定和現(xian)場應用證明,該(gai)流量計在其測(ce)量範圍内,流量(liang)🆚測量誤差小于(yú)5%,幹度測量誤差(chà)小于6%,完全滿足(zú)🐪現場🏃‍♂️應用要求(qiú)。
(3)該流量計測量(liang)過程與流體的(de)性質無關,既适(shi)合于亞臨♋界注(zhu)蒸‼️汽測試,也适(shì)合于高壓注蒸(zheng)汽測試。
(4)該流量(liàng)計具有測量範(fan)圍大、誤差小、工(gōng)作穩定及現場(chǎng)‼️操作🈚方便等優(you)點。它提升了汽(qì)-水兩相流的測(cè)試水平,可進一(yī)步在稠油熱😍采(cǎi)注汽測試中推(tui)廣應用,爲提高(gāo)稠油熱采開發(fa)效果提供了有(you)力的保障手段(duàn)。

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