摘要：針(zhēn)對我國(guó)油田大(dà)量使用(yong)亞臨界(jie)注汽鍋(guō)爐,但其(qí)流量幹(gàn)度測量(liang)問題卻(que)還沒有(you)解決的(de)現狀,采(cǎi)用分流(liú)🌈分相🎯的(de)測量原(yuán)理,研制(zhi)出亞臨(lin)界汽水(shui)兩相流(liu)量計 ,實(shí)現了注(zhu)氣過程(cheng)中的流(liú)量、幹度(dù)等參數(shù)的在線(xian)測量。詳(xiang)細介紹(shào)⁉️了亞臨(lin)界汽水(shuǐ)兩相流(liú)量計的(de)結構組(zu)成及🌐特(tè)點、工作(zuo)原理、室(shì)内和現(xian)場試驗(yàn)及推廣(guang)應用情(qíng)況。試驗(yan)表明,亞(yà)臨界汽(qì)水兩相(xiang)流量計(ji)流量測(ce)量誤差(cha)小于5%,幹(gàn)度測試(shi)誤差小(xiao)于6%,工作(zuò)穩定且(qiě)操作方(fang)🏒便,完全(quán)滿足現(xiàn)場使用(yòng)要求。
引(yǐn)言
　　注蒸(zheng)汽熱力(lì)采油是(shì)當今世(shì)界開采(cǎi)稠油的(de)方法之(zhi)一。目前(qian),稠⭐油熱(re)采生産(chǎn)注汽難(nán)度加大(dà),普遍采(cai)用高溫(wēn)高壓的(de)亞臨界(jie)注汽鍋(guō)爐進行(hang)注汽,雖(sui)然亞臨(lín)界📱注汽(qi)鍋爐已(yǐ)在😄油田(tián)大量應(ying)用,但随(suí)之而來(lai)的流量(liàng)🚶‍♀️、幹度測(ce)量問題(tí)卻還沒(méi)有解決(jue)。主要問(wen)題是在(zai)亞臨界(jiè)參數範(fan)圍内,由(you)于蒸汽(qi)與水的(de)特性進(jìn)一步接(jie)近㊙️,蒸汽(qi)-水兩相(xiàng)流體的(de)流動過(guo)程🔴趨向(xiàng)平穩,各(gè)種🍉測量(liang)信号的(de)脈動特(te)性基本(ben)消失,同(tóng)時不同(tong)節流元(yuan)件的差(chà)🆚壓信号(hao)的特性(xing)也趨于(yu)相同,因(yīn)而導緻(zhì)現有的(de)基于脈(mo)動原🔞理(li)和組合(he)原理的(de)兩相流(liú)儀表基(jī)本失效(xiao)。因此,要(yào)解決亞(ya)臨界注(zhu)汽參數(shù)的流量(liàng)和幹度(dù)測量問(wèn)題就必(bi)須尋求(qiú)新的測(cè)量方法(fa)。鑒于此(ci),采用分(fèn)流分相(xiàng)測量方(fāng)法[1,2]開發(fa)了亞臨(lin)界汽水(shui)兩相流(liú)量計,解(jiě)決了注(zhù)汽過程(chéng)中流量(liàng)、幹度等(děng)參數的(de)在線測(ce)量問題(ti)。
　　亞臨界(jiè)汽水兩(liǎng)相流量(liàng)計是一(yī)種新型(xing)多相流(liu)體流量(liàng)測量儀(yi)表,經過(guo)5年多的(de)實驗室(shì)研究,已(yǐ)進入産(chǎn)品開發(fā)階段。該(gai)亞臨界(jiè)汽水🐕兩(liang)相流量(liang)計是從(cong)兩相流(liú)中取出(chu)一小股(gu)汽-水混(hun)合物,将(jiāng)其分離(lí)成單相(xiang)蒸汽和(hé)水,然後(hòu)分别計(jì)量得到(dao)汽-水的(de)流量和(hé)幹度。目(mù)前該儀(yi)器已經(jīng)成功應(ying)用油田(tián)多個采(cǎi)油廠,取(qǔ)得了很(hěn)好的經(jīng)濟效益(yi)和社會(hui)效益。
技(ji)術分析(xi)
1.測試機(jī)理
　　亞臨(lín)界汽水(shuǐ)兩相流(liú)量計測(ce)量采用(yòng)的是分(fen)流分相(xiàng)法的測(cè)量原理(li):即采用(yòng)分流技(ji)術從汽(qì)-水兩相(xiang)流中按(àn)比‼️例分(fèn)流出一(yī)小🚶‍♀️股汽(qi)-水混合(he)物,并将(jiāng)其分離(li)成單相(xiang)蒸🔞汽和(he)水,然後(hou)再分别(bié)用單相(xiang)流🌈量計(ji)測量它(ta)們的流(liu)量,最後(hòu)仍将這(zhe)部分流(liú)體返回(huí)被測兩(liang)相流體(tǐ)的管道(dao)。蒸汽-水(shuǐ)兩相流(liu)體的各(ge)相總流(liú)量則根(gēn)據比例(li)關系而(er)⛷️定☔。
2.結構(gou)組成
　　亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiang)流量計(jì)主要由(you)儀表體(tǐ)、變送器(qi)和工控(kòng)機等3部(bu)分組成(cheng),儀表整(zhěng)體結構(gòu)見圖1。

1,5—U形管;2—接(jie)線盒;3—主(zhu)管;4—分離(li)筒;6,11—變送(sòng)器;7,10—流量(liàng)測量元(yuan)件;8—溫❗度(dù)測量元(yuan)件;9— 壓力(li)變送器(qi) ;12—計算機(ji)
　　儀表體(tǐ)包括主(zhu)管、分離(lí)筒體(主(zhǔ)要是由(you)分配器(qì)和分離(lí)器組成(chéng))、U形管、流(liu)量測量(liàng)元件和(he)溫度計(ji)套管。整(zheng)個儀表(biao)🌈體通過(guò)卡👄箍組(zu)件與♉蒸(zhēng)汽管線(xian)相連接(jiē),測量儀(yí)共使用(yòng)了4個變(bian)送器,變(biàn)送器分(fèn)别通過(guò)托架固(gu)定在儀(yí)表體上(shang),4路信号(hào)線在接(jie)線盒内(nèi)集中後(hou)再用屏(ping)蔽電纜(lǎn)與工控(kòng)機連接(jiē)。工控機(ji)内包括(kuò)直流電(diàn)源、A/D卡、主(zhu)機及顯(xiǎn)示器等(deng)。
3.工作原(yuan)理
　　被測(ce)兩相流(liú)體(蒸汽(qì))進入主(zhǔ)管流過(guò)分配器(qì)時被分(fèn)成2部分(fen)🔞,一部分(fen)(80%～90%)沿原通(tōng)道繼續(xu)向下遊(yóu)流動,稱(chēng)這部分(fen)流體爲(wei)🌈主流體(tǐ),這一支(zhī)路爲主(zhǔ)流體回(huí)路;另一(yī)部分兩(liang)相流體(ti)(10%～20%)則進入(ru)分離器(qi),稱這部(bù)分✍️流體(tǐ)爲分流(liú)體,這一(yi)支路爲(wèi)分流體(tǐ)回路。分(fèn)♍流體經(jīng)分離器(qì)分離後(hòu),氣體和(he)液體分(fèn)别進入(rù)氣體流(liu)量計⁉️和(hé)液體流(liu)量計進(jìn)行計量(liàng)⛹🏻‍♀️,最㊙️後重(zhong)新與主(zhǔ)流體彙(huì)合,其工(gong)作💃🏻原理(lǐ)見圖2。測(ce)得流量(liàng)、幹度和(he)壓力等(děng)數據在(zai)工控機(jī)的顯🈲示(shi)㊙️屏上顯(xian)示,流量(liàng)、幹‼️度和(hé)壓力等(deng)測量㊙️值(zhi)每分鍾(zhōng)更新1次(ci),每10min存儲(chu)1組數據(ju),每天自(zi)動生成(chéng)1個數據(jù)文✍️件存(cun)儲在工(gong)控機的(de)硬盤上(shang),可随時(shi)調出查(chá)看每天(tiān)的注汽(qi)情況,也(yě)可保存(cun)和打印(yìn)。

4.主要技(jì)術參數(shù)
流量測(ce)量範圍(wei):4～11.5t/h;
幹度測(ce)量範圍(wei):20%～85%;
最高工(gong)作壓力(li):22MPa;
最高工(gong)作溫度(du):374℃;
流量測(ce)量精度(dù):5%;
幹度測(cè)量精度(dù):6%(絕對誤(wu)差)。
5.主要(yào)技術特(te)點
　　分流(liu)分相法(fǎ)是将兩(liang)相流體(ti)的流量(liàng)測量變(biàn)成了單(dān)相🥰流測(cè)量,僅有(you)很小的(de)體積,便(biàn)于做成(chéng)儀表廣(guǎng)泛應用(yong)。由于所(suǒ)有儀表(biǎo)都工作(zuò)在單相(xiang)流中,不(bú)僅能顯(xiǎn)著提高(gao)測量儀(yí)表的穩(wěn)定性和(he)可靠性(xìng),而☎️且測(ce)量過程(chéng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼與流體(tǐ)的性質(zhi)無關,既(ji)适合于(yu)亞臨界(jiè)注蒸汽(qi)測試🥰,也(ye)适合于(yú)高壓注(zhù)蒸汽測(ce)試。它可(ke)以連續(xu)不間斷(duàn)對🈲整個(ge)注汽過(guo)程進行(hang)測試,起(qi)到🔴對整(zhěng)個注汽(qi)過程中(zhong)注汽質(zhi)量的監(jiān)督,也可(ke)以🌏對高(gāo)壓難注(zhù)打排放(fang)進行注(zhù)♉汽的井(jǐng)進行流(liu)量的準(zhǔn)确計量(liang)。
室内試(shi)驗及現(xian)場應用(yong)
1.室内試(shì)驗情況(kuang)
　　室内試(shi)驗項目(mù)主要包(bao)括二次(cì)儀表的(de)性能考(kao)核、蒸汽(qì)-水流🤩量(liang)計标定(ding)、分流系(xi)數測定(ding)和模拟(ni)現場測(cè)量試驗(yan)。
(1)二次儀(yí)表的性(xing)能考核(he)對選用(yòng)的二次(cì)儀表進(jin)行了長(zhǎng)時間的(de)性能考(kao)核。對壓(ya)力變送(sòng)器進行(háng)了加壓(ya)和加溫(wen)性能試(shi)驗,證明(míng)各項指(zhi)标符合(he)要求,精(jīng)度達到(dao)0.5%以内。對(duì)差壓變(biàn)送器進(jin)行了耐(nai)高壓和(hé)長時間(jiān)連續加(jiā)載實驗(yàn)✏️,證明變(bian)送器性(xìng)能穩定(dìng),精度能(néng)達到0.2%。工(gōng)控🌈機的(de)考核連(lián)續持續(xù)了300h,無任(ren)何故障(zhàng)。對數據(jù)采集闆(pan)也進行(háng)了仔細(xì)的校核(he),證明了(le)其高可(kě)靠性和(hé)精度。
(2)流(liu)量計标(biāo)定對蒸(zheng)汽和水(shuǐ)流量計(jì)分别用(yòng)水進行(hang)了🐅标定(ding)。試驗在(zài)👈多相流(liú)實驗回(hui)路上完(wan)成,參考(kǎo)流量值(zhí)(或标準(zhun)流量)由(you)Coriolis質量流(liú)量計測(cè)量,精度(dù)0.05%。圖3、4分别(bié)爲蒸汽(qì)和水👈流(liu)量計的(de)标定結(jie)果。最大(dà)相對誤(wu)差均小(xiao)于0.57%。

(3)分流(liu)系數标(biao)定在多(duo)相流實(shi)驗台上(shàng)用空氣(qì)-水模拟(ni)測量了(le)分流系(xì)數值,該(gai)值爲0.01347,精(jing)度1.5%。試驗(yan)Re=5×103～2.8×104。現場試(shì)驗證明(ming),蒸汽的(de)🆚實際值(zhí)與該值(zhí)很接近(jin),可以作(zuò)爲現場(chang)校核的(de)基❄️礎。随(suí)着數據(jù)的積累(lei),可望完(wán)全通過(guò)室内試(shì)驗确定(ding)儀表的(de)分流系(xi)數值。
(4)連(lián)機模拟(nǐ)測量試(shi)驗爲模(mó)拟注汽(qì)現場的(de)情況,在(zài)多💃相💜流(liu)實驗台(tai)上用空(kong)氣-水代(dài)替蒸汽(qì)對測量(liang)儀做了(le)性能考(kao)核。由于(yu)空氣與(yu)蒸汽有(yǒu)很大差(cha)異,試驗(yan)隻是定(dìng)性的,目(mù)的在🌍于(yú)檢驗儀(yi)表的反(fan)應能力(lì)、二次儀(yi)表的穩(wěn)定性和(he)測量軟(ruǎn)件的可(ke)靠性。室(shì)内試✏️驗(yàn)表明,亞(yà)臨界汽(qi)水兩相(xiàng)流量計(jì)完全達(da)到設計(ji)🈲要求。
2.現(xian)場應用(yòng)情況
　　汽(qì)水兩相(xiàng)流量計(jì)在勝利(li)油田坨(tuó)826井上進(jin)行了2井(jǐng)次的測(ce)試🌈應🔞用(yong),注汽中(zhong)最高壓(ya)力20.5MPa,平均(jun)18MPa左右,無(wu)節流現(xian)✉️象,井口(kou)壓力與(yǔ)鍋爐出(chū)口壓力(lì)一緻,測(ce)試儀運(yun)行穩♋定(ding),未發🛀生(sheng)任何故(gù)障;汽量(liang)、水量的(de)測量信(xin)号曲線(xian)平穩,未(wèi)見明顯(xiǎn)波動;流(liu)量幹度(du)指示值(zhí)穩定,無(wu)超過測(cè)🌂量精度(dù)的跳動(dong);能靈敏(min)地😘反映(yìng)鍋爐的(de)壓力、流(liú)量和♊幹(gàn)度變化(hua),尤其對(dui)熄火、燒(shāo)幹和燃(ran)燒變化(hua)反映㊙️迅(xùn)速,與鍋(guō)爐報🔞警(jǐng)信号同(tóng)步;幹度(du)測量值(zhi)與化驗(yan)值相差(cha)小㊙️于3%,流(liu)量值在(zai)鍋爐🈚給(gěi)定範圍(wei)内;自動(dòng)記錄測(cè)量結果(guo),自動存(cún)盤和生(shēng)成報表(biao),停電時(shí)未見數(shu)據丢失(shī)。通過測(ce)試能及(jí)時掌握(wò)注汽鍋(guō)爐的注(zhu)汽質量(liang),提醒工(gōng)作人員(yuán)及時調(diào)整鍋爐(lú)運行狀(zhuàng)況,确保(bǎo)高質量(liàng)的蒸汽(qì)注入油(yóu)井,提高(gāo)了坨826井(jǐng)的試油(you)效果。
結(jie)論
(1)亞臨(lín)界汽水(shuǐ)兩相流(liú)量計用(yong)分流分(fèn)相法很(hen)好地解(jie)決了亞(yà)臨界注(zhù)汽過程(chéng)中蒸汽(qì)流量和(hé)幹度計(jì)量問題(tí)。
(2)室内标(biāo)定和現(xiàn)場應用(yòng)證明,該(gāi)流量計(ji)在其測(cè)量範圍(wéi)内🍓,流量(liàng)測量誤(wu)差小于(yú)5%,幹度測(cè)量誤差(cha)小于6%,完(wán)全⭐滿足(zu)現場應(yīng)用要求(qiu)。
(3)該流量(liang)計測量(liang)過程與(yǔ)流體的(de)性質無(wú)關,既适(shi)合于亞(ya)臨界注(zhù)蒸🏃🏻‍♂️汽測(ce)試,也适(shì)合于高(gāo)壓注蒸(zhēng)汽測試(shì)。
(4)該流量(liang)計具有(yǒu)測量範(fan)圍大、誤(wu)差小、工(gōng)作穩定(ding)及現場(chǎng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼操作方(fang)便等優(you)點。它提(ti)升了汽(qi)-水兩相(xiàng)流的測(cè)試✍️水平(ping),可進一(yī)步💚在稠(chou)油熱采(cǎi)注汽測(cè)試中推(tuī)廣應用(yong),爲提高(gao)稠油熱(rè)采開發(fā)🙇🏻效果提(tí)供了有(yǒu)力的保(bao)障手段(duàn)。

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