摘要：針對(duì)我國(guó)油田大量使用亞臨界注汽鍋爐,但其流量干度測(cè)量問題卻還沒有解決的現(xiàn)狀,采用分流分相的測(cè)量原理,研制出亞臨界汽水兩相流量計(jì),實(shí)現(xiàn)了注氣過程中的流量、干度等參數(shù)的在線測(cè)量。詳細(xì)介紹了亞臨界汽水兩相流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)、工作原理、室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及推廣應(yīng)用情況。試驗(yàn)表明,亞臨界汽水兩相流量計(jì)流量測(cè)量誤差小于5%,干度測(cè)試誤差小于6%,工作穩(wěn)定且操作方便,完全滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。
引言
注蒸汽熱力采油是當(dāng)今世界開采稠油的方法之一。目前,稠油熱采生產(chǎn)注汽難度加大,普遍采用高溫高壓的亞臨界注汽鍋爐進(jìn)行注汽,雖然亞臨界注汽鍋爐已在油田大量應(yīng)用,但隨之而來的流量、干度測(cè)量問題卻還沒有解決。主要問題是在亞臨界參數(shù)范圍內(nèi),由于蒸汽與水的特性進(jìn)一步接近,蒸汽-水兩相流體的流動(dòng)過程趨向平穩(wěn),各種測(cè)量信號(hào)的脈動(dòng)特性基本消失,同時(shí)不同節(jié)流元件的差壓信號(hào)的特性也趨于相同,因而導(dǎo)致現(xiàn)有的基于脈動(dòng)原理和組合原理的兩相流儀表基本失效。因此,要解決亞臨界注汽參數(shù)的流量和干度測(cè)量問題就必須尋求新的測(cè)量方法。鑒于此,采用分流分相測(cè)量方法[1,2]開發(fā)了亞臨界汽水兩相流量計(jì),解決了注汽過程中流量、干度等參數(shù)的在線測(cè)量問題。
亞臨界汽水兩相流量計(jì)是一種新型多相流體流量測(cè)量?jī)x表,經(jīng)過5年多的實(shí)驗(yàn)室研究,已進(jìn)入產(chǎn)品開發(fā)階段。該亞臨界汽水兩相流量計(jì)是從兩相流中取出一小股汽-水混合物,將其分離成單相蒸汽和水,然后分別計(jì)量得到汽-水的流量和干度。目前該儀器已經(jīng)成功應(yīng)用油田多個(gè)采油廠,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
技術(shù)分析
1.測(cè)試機(jī)理
亞臨界汽水兩相流量計(jì)測(cè)量采用的是分流分相法的測(cè)量原理:即采用分流技術(shù)從汽-水兩相流中按比例分流出一小股汽-水混合物,并將其分離成單相蒸汽和水,然后再分別用單相流量計(jì)測(cè)量它們的流量,最后仍將這部分流體返回被測(cè)兩相流體的管道。蒸汽-水兩相流體的各相總流量則根據(jù)比例關(guān)系而定。
2.結(jié)構(gòu)組成
亞臨界汽水兩相流量計(jì)主要由儀表體、變送器和工控機(jī)等3部分組成,儀表整體結(jié)構(gòu)見圖1。
1,5—U形管;2—接線盒;3—主管;4—分離筒;6,11—變送器;7,10—流量測(cè)量元件;8—溫度測(cè)量元件;9—壓力變送器;12—計(jì)算機(jī)
儀表體包括主管、分離筒體(主要是由分配器和分離器組成)、U形管、流量測(cè)量元件和溫度計(jì)套管。整個(gè)儀表體通過卡箍組件與蒸汽管線相連接,測(cè)量?jī)x共使用了4個(gè)變送器,變送器分別通過托架固定在儀表體上,4路信號(hào)線在接線盒內(nèi)集中后再用屏蔽電纜與工控機(jī)連接。工控機(jī)內(nèi)包括直流電源、A/D卡、主機(jī)及顯示器等。
3.工作原理
被測(cè)兩相流體(蒸汽)進(jìn)入主管流過分配器時(shí)被分成2部分,一部分(80%～90%)沿原通道繼續(xù)向下游流動(dòng),稱這部分流體為主流體,這一支路為主流體回路;另一部分兩相流體(10%～20%)則進(jìn)入分離器,稱這部分流體為分流體,這一支路為分流體回路。分流體經(jīng)分離器分離后,氣體和液體分別進(jìn)入氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,最后重新與主流體匯合,其工作原理見圖2。測(cè)得流量、干度和壓力等數(shù)據(jù)在工控機(jī)的顯示屏上顯示,流量、干度和壓力等測(cè)量值每分鐘更新1次,每10min存儲(chǔ)1組數(shù)據(jù),每天自動(dòng)生成1個(gè)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在工控機(jī)的硬盤上,可隨時(shí)調(diào)出查看每天的注汽情況,也可保存和打印。
4.主要技術(shù)參數(shù)
流量測(cè)量范圍:4～11.5t/h;
干度測(cè)量范圍:20%～85%;
最高工作壓力:22MPa;
最高工作溫度:374℃;
流量測(cè)量精度:5%;
干度測(cè)量精度:6%(絕對(duì)誤差)。
5.主要技術(shù)特點(diǎn)
分流分相法是將兩相流體的流量測(cè)量變成了單相流測(cè)量,僅有很小的體積,便于做成儀表廣泛應(yīng)用。由于所有儀表都工作在單相流中,不僅能顯著提高測(cè)量?jī)x表的穩(wěn)定性和可靠性,而且測(cè)量過程與流體的性質(zhì)無關(guān),既適合于亞臨界注蒸汽測(cè)試,也適合于高壓注蒸汽測(cè)試。它可以連續(xù)不間斷對(duì)整個(gè)注汽過程進(jìn)行測(cè)試,起到對(duì)整個(gè)注汽過程中注汽質(zhì)量的監(jiān)督,也可以對(duì)高壓難注打排放進(jìn)行注汽的井進(jìn)行流量的準(zhǔn)確計(jì)量。
室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
1.室內(nèi)試驗(yàn)情況
室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括二次儀表的性能考核、蒸汽-水流量計(jì)標(biāo)定、分流系數(shù)測(cè)定和模擬現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn)。
(1)二次儀表的性能考核對(duì)選用的二次儀表進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的性能考核。對(duì)壓力變送器進(jìn)行了加壓和加溫性能試驗(yàn),證明各項(xiàng)指標(biāo)符合要求,精度達(dá)到0.5%以內(nèi)。對(duì)差壓變送器進(jìn)行了耐高壓和長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加載實(shí)驗(yàn),證明變送器性能穩(wěn)定,精度能達(dá)到0.2%。工控機(jī)的考核連續(xù)持續(xù)了300h,無任何故障。對(duì)數(shù)據(jù)采集板也進(jìn)行了仔細(xì)的校核,證明了其高可靠性和精度。
(2)流量計(jì)標(biāo)定對(duì)蒸汽和水流量計(jì)分別用水進(jìn)行了標(biāo)定。試驗(yàn)在多相流實(shí)驗(yàn)回路上完成,參考流量值(或標(biāo)準(zhǔn)流量)由Coriolis質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量,精度0.05%。圖3、4分別為蒸汽和水流量計(jì)的標(biāo)定結(jié)果。最大相對(duì)誤差均小于0.57%。
(3)分流系數(shù)標(biāo)定在多相流實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用空氣-水模擬測(cè)量了分流系數(shù)值,該值為0.01347,精度1.5%。試驗(yàn)Re=5×103～2.8×104。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明,蒸汽的實(shí)際值與該值很接近,可以作為現(xiàn)場(chǎng)校核的基礎(chǔ)。隨著數(shù)據(jù)的積累,可望完全通過室內(nèi)試驗(yàn)確定儀表的分流系數(shù)值。
(4)連機(jī)模擬測(cè)量試驗(yàn)為模擬注汽現(xiàn)場(chǎng)的情況,在多相流實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用空氣-水代替蒸汽對(duì)測(cè)量?jī)x做了性能考核。由于空氣與蒸汽有很大差異,試驗(yàn)只是定性的,目的在于檢驗(yàn)儀表的反應(yīng)能力、二次儀表的穩(wěn)定性和測(cè)量軟件的可靠性。室內(nèi)試驗(yàn)表明,亞臨界汽水兩相流量計(jì)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
汽水兩相流量計(jì)在勝利油田坨826井上進(jìn)行了2井次的測(cè)試應(yīng)用,注汽中最高壓力20.5MPa,平均18MPa左右,無節(jié)流現(xiàn)象,井口壓力與鍋爐出口壓力一致,測(cè)試儀運(yùn)行穩(wěn)定,未發(fā)生任何故障;汽量、水量的測(cè)量信號(hào)曲線平穩(wěn),未見明顯波動(dòng);流量干度指示值穩(wěn)定,無超過測(cè)量精度的跳動(dòng);能靈敏地反映鍋爐的壓力、流量和干度變化,尤其對(duì)熄火、燒干和燃燒變化反映迅速,與鍋爐報(bào)警信號(hào)同步;干度測(cè)量值與化驗(yàn)值相差小于3%,流量值在鍋爐給定范圍內(nèi);自動(dòng)記錄測(cè)量結(jié)果,自動(dòng)存盤和生成報(bào)表,停電時(shí)未見數(shù)據(jù)丟失。通過測(cè)試能及時(shí)掌握注汽鍋爐的注汽質(zhì)量,提醒工作人員及時(shí)調(diào)整鍋爐運(yùn)行狀況,確保高質(zhì)量的蒸汽注入油井,提高了坨826井的試油效果。
結(jié)論
(1)亞臨界汽水兩相流量計(jì)用分流分相法很好地解決了亞臨界注汽過程中蒸汽流量和干度計(jì)量問題。
(2)室內(nèi)標(biāo)定和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明,該流量計(jì)在其測(cè)量范圍內(nèi),流量測(cè)量誤差小于5%,干度測(cè)量誤差小于6%,完全滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。
(3)該流量計(jì)測(cè)量過程與流體的性質(zhì)無關(guān),既適合于亞臨界注蒸汽測(cè)試,也適合于高壓注蒸汽測(cè)試。
(4)該流量計(jì)具有測(cè)量范圍大、誤差小、工作穩(wěn)定及現(xiàn)場(chǎng)操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它提升了汽-水兩相流的測(cè)試水平,可進(jìn)一步在稠油熱采注汽測(cè)試中推廣應(yīng)用,為提高稠油熱采開發(fā)效果提供了有力的保障手段。
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