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  孔板流量計用于蒸汽測量
  發(fā)布時間:2018-07-02

摘要:錐形孔板流量計在稠油單井注汽中的應(yīng)用,解決了常規(guī)流量計同時難以計量蒸汽流量和干度的問題,安裝簡單,操作方便。該流量計能實時測量單井注汽量和干度變化,能夠適應(yīng)不同范圍干度和蒸汽的測量,給稠油開采地質(zhì)動態(tài)分析提供了準確可靠的計量數(shù)據(jù)。根據(jù)蒸汽量的量程及最大差壓,為保證蒸汽流量和干度的測量精度,建議最小流量工作在最大量程的3%以上。2010年百重七油田進行蒸汽驅(qū)試驗,采收率提高了6%。
  流量計測量誤差大主要原因有:①蒸汽在輸送過程中存在相變,過熱蒸汽可能變?yōu)轱柡驼羝柡驼羝赡茏優(yōu)槠、液兩態(tài),給計量帶來很大誤差;②在蒸汽輸送過程中,去每口注汽井的支干線與輸送蒸汽的主干線的管線連接處,其蒸汽發(fā)生相分離現(xiàn)象,使去每口注汽井的蒸汽干度相差很大;③蒸汽流量計量和干度測量屬于多相流測量技術(shù)的一個分支,在管道輸送的含水蒸汽,可認為是一種氣液兩相流,在含水蒸汽中的蒸汽含氣率(干度)一般都在60%~95%,液相由冷凝水構(gòu)成,且在與蒸汽交替變換,因此一般多相流測量裝置不用于含水蒸汽干度的測量;④傳統(tǒng)孔板流量計因蒸汽溫度高,降低了孔板的強度,很容易將孔板磨損和打壞,還容易在孔板前端形成堆積而影響測量。
  針對以上原因,為保證注入蒸汽質(zhì)量,在新疆油田應(yīng)用了雙參數(shù)蒸汽流量計。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1測量技術(shù)
  用節(jié)流式差壓流量計測量混相流流量早在20世紀40年代已經(jīng)開始,常用的節(jié)流件為孔板、噴嘴、文丘里管、彎頭等,其中又以孔板應(yīng)用最多。混相流與單相流在流量測量上具有許多不同的特點,如混合物的密度不易確定,各相之間的流動速度不同,即產(chǎn)生所謂滑移,這些都與介質(zhì)種類、工作狀態(tài)(壓力和溫度)、流速及管道狀況等有關(guān),因此混相流的測量精度很難提高。它針對測量對象采取專門結(jié)構(gòu)形式及數(shù)學(xué)模型來解決問題。
  本裝置采用孔板噪音法測量原理。兩相流流過節(jié)流裝置時在孔板兩側(cè)產(chǎn)生差壓噪音(即差壓脈動)是兩相流的固有特性,與兩相流的流量質(zhì)量含氣率密度相關(guān)。噪音是由于相濃度在空間的隨機分布所引起的,當流動遇有阻擋體(例如孔板)造成擾動時,噪音的幅度將進一步增強。假設(shè)分散相濃度分布的方差正比于其平均相濃度,在不考慮阻擋體擾動的條件下,應(yīng)用兩相流分離流理論模型論證了節(jié)流裝置差壓方根噪音的方差近似正比于分散相流量,進而推導(dǎo)出利用噪音測量兩相流流量的理論模型。這一論證預(yù)示了可以根據(jù)簡單的理論模型用單一節(jié)流裝置實現(xiàn)兩相流測量。圖1為蒸汽兩相流量計結(jié)構(gòu)。
孔板了流量計蒸汽兩相流量計結(jié)構(gòu)
1.2流型分析
  根據(jù)流體的分相液速、氣相體積分率和不同流型的關(guān)系分析,可以掌握流量計在現(xiàn)場的運行情況。以下對流態(tài)進行分析,由于該流量計是水平安裝的,所以只分析水平流型。根據(jù)流型分類,現(xiàn)場蒸汽流形主要為分層流和霧狀流,其他流形很少見,不是主要影響因素,通過安裝整流器可以將流態(tài)調(diào)整規(guī)則,降低擾動性;同時整流器既有減小系統(tǒng)噪聲的功能,也有使波動更加平穩(wěn),提高計量精度和減小流態(tài)擾動的功能。
1.3技術(shù)改進
  孔板流量計應(yīng)用于兩相流測量,只適應(yīng)于干凈介質(zhì)。而蒸汽溫度很高,降低了孔板的強度,蒸汽中除冷凝水外還存在臟物,很容易將開孔磨損或打壞。除對孔板節(jié)流件的銳角有損傷外,還容易在孔板前端形成堆積物影響測量。基于上述原因,經(jīng)過長期室內(nèi)及現(xiàn)場試驗,研制出耐磨、自清潔的錐形孔板。
圖2為流體流動方向?qū)Ρ葓D,圖3為改進后的模型和孔板圖。
改進后的模型和孔板流量計
2流量計算機及工作原理
圖4為流量計算機原理示意圖。
孔板流量計計算機原理示意圖
  來自壓力變送器和差壓(流量)變送器的4~20mA直流信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換變成1~5V直流電壓信號,再經(jīng)A/D變換成數(shù)字量;機內(nèi)設(shè)有實時鐘表,定時采樣得到的信號經(jīng)數(shù)字濾波和估計獲得計量參數(shù)的值,按照實用數(shù)學(xué)模型便可求得蒸汽流量及干度。
3現(xiàn)場應(yīng)用
3.1計量性能測試
  為了檢驗蒸汽流量計的計量性能,依據(jù)質(zhì)量守恒定律,分析現(xiàn)場鍋爐供汽和單井注汽工藝。新疆油田百重七油田安裝了蒸汽流量計,采用將鍋爐進水與蒸汽流量計計量單井注汽量進行比對,以確定孔板流量計的精度等級,測量數(shù)據(jù)見表1。
3.2蒸汽驅(qū)試驗
  2010年百重七油田進行蒸汽驅(qū)試驗,在25口注汽井上安裝蒸汽流量計測量蒸汽流量和干度。在測量控制儀上能實時監(jiān)測注汽的壓力、溫度和流量參數(shù),計量性能滿足生產(chǎn)需求,給稠油開采提供了準確可靠的計量數(shù)據(jù),提高了稠油采收率。2012年在風(fēng)城油田的SAGD實驗區(qū)應(yīng)用推廣。
3.3提升稠油采收率
  通過對單井注入蒸汽的計量,發(fā)現(xiàn)單井吸汽能力有很大差異,因此蒸汽計量對稠油開采很有必要。百重七蒸汽驅(qū)試驗表明,根據(jù)地質(zhì)生產(chǎn)要求控制好每口井的注汽量,給油井動態(tài)分析提供可靠的數(shù)據(jù),能準確分析油井的情況,改變了傳統(tǒng)無控制方式注汽模式。百重七油田汽驅(qū)井試驗后采收率提高了6%。

4結(jié)論及建議
  錐形孔板流量計在稠油單井注汽中的應(yīng)用,解決了常規(guī)流量計同時難以計量蒸汽流量和干度的問題,安裝簡單,操作方便。該流量計能實時測量單井注汽量和干度變化,能夠適應(yīng)不同范圍干度和蒸汽的測量,給稠油開采地質(zhì)動態(tài)分析提供了準確可靠的計量數(shù)據(jù)。根據(jù)蒸汽量的量程及最大差壓,為保證蒸汽流量和干度的測量精度,建議最小流量工作在最大量程的3%以上。
 

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