摘(zhāi)要：針對我國油田(tian)大量使用亞臨界(jie)注汽鍋爐,但其流(liú)量幹🔞度測量問題(tí)卻還沒有解決的(de)現狀,采用分流💞分(fen)相的測量原理,研(yán)制出亞臨界汽水(shuǐ)兩相流量計 ,實現(xiàn)了注氣過程中的(de)流量、幹度等參數(shu)的在線測量。詳細(xì)介紹了亞臨界汽(qi)水兩相流量計的(de)結構組㊙️成及特點(dian)、工作原理、室内☎️和(he)現場試驗及推廣(guang)應用情況。試驗表(biǎo)明⁉️,亞臨界汽水兩(liang)相流量計流量測(cè)量誤差小于5%,幹度(du)測試誤差小于💃🏻6%,工(gōng)作穩定且操作方(fāng)便,完全滿足現場(chǎng)使用要求。
引言
　　注(zhu)蒸汽熱力采油是(shì)當今世界開采稠(chou)油的方法之🈲一。目(mu)前🛀🏻,稠🔞油熱采生産(chǎn)注汽難度加大,普(pǔ)遍采用高溫高壓(ya)的亞臨界注汽鍋(guō)爐進行注汽,雖然(ran)亞臨界注汽鍋爐(lú)已在油田大🆚量應(yīng)用,但随之🐆而來的(de)流量、幹度測量問(wen)題卻還🤟沒有解決(jue)。主要問題🏒是在亞(yà)臨🤞界參數範圍内(nei),由于蒸汽與水的(de)特性進一步接近(jin)🏃‍♀️,蒸汽-水兩相♋流體(ti)的流動過程趨向(xiang)平穩,各種測量信(xin)号的脈動特性基(jī)本消失,同時不🏃🏻‍♂️同(tong)節流元件的差🐪壓(yā)信号的特性也⛹🏻‍♀️趨(qu)于相同,因而導緻(zhì)現有的基于脈動(dòng)原理和組合原⭐理(lǐ)的兩相流儀表基(ji)本失效👣。因此,要解(jie)決亞臨界注汽🐉參(can)數的流量和☔幹度(dù)測量💃問題就必須(xū)尋求新的測量🔴方(fāng)法。鑒于此,采用分(fèn)流😍分相❓測量方法(fa)[1,2]開發了亞臨界汽(qi)水兩相流量計,解(jie)決了注汽過程中(zhōng)流量、幹度等參數(shù)的在線測量問題(ti)。
　　亞臨界汽水兩相(xiàng)流量計是一種新(xīn)型多相流體流量(liang)測量儀表🙇‍♀️,經過5年(nián)多的實驗室研究(jiu),已進入産品開發(fā)階段。該亞🔆臨界汽(qì)水兩相流量計是(shi)從兩相流中取出(chu)一小股汽-水混合(hé)物,将其分離成單(dan)相蒸汽和水,然後(hòu)分别計量🌈得到汽(qì)-水的流量和幹度(dù)。目前該儀器已經(jing)成功應用油田多(duō)個采油廠,取得了(le)很🔞好的經濟效益(yi)和社會效益。
技術(shu)分析
1.測試機理
　　亞(ya)臨界汽水兩相流(liú)量計測量采用的(de)是分流分相法的(de)測量原理:即采用(yòng)分流技術從汽-水(shuǐ)兩相流中按比💃🏻例(li)分🔞流出一小股汽(qì)-水混合物,并将其(qí)分離成單相蒸汽(qì)和水,然後再🧑🏽‍🤝‍🧑🏻分别(bie)用🎯單相流量計測(cè)量它們的流量✔️,最(zui)後仍将這部分流(liu)🏃‍♀️體返回被測兩相(xiàng)流體的管道。蒸💁汽(qi)-水兩相流體的各(ge)相總流量則根據(jù)👅比例關系而定。
2.結(jié)構組成
　　亞臨界汽(qì)水兩相流量計主(zhǔ)要由儀表體、變送(song)器和工控👨‍❤️‍👨機等3部(bu)分組成,儀表整體(tǐ)結構見圖1。

1,5—U形管;2—接線(xian)盒;3—主管;4—分離筒;6,11—變(biàn)送器;7,10—流量測量元(yuán)件;8—溫🤩度測量元件(jiàn);9— 壓力變送器 ;12—計算(suàn)機
　　儀表體包括主(zhǔ)管、分離筒體(主要(yao)是由分配器和分(fen)離器組成)、U形管、流(liu)量測量元件和溫(wēn)度計套管。整個儀(yí)表體通過卡箍組(zu)件與蒸汽管線相(xiang)連接,測量儀共使(shǐ)用了4個變送器,變(bian)送器分别通過托(tuō)架固定在儀表體(ti)上,4路信号線在接(jiē)線盒内集中後👨‍❤️‍👨再(zai)用屏蔽🧡電纜與工(gōng)控機連接。工控機(ji)内包括直流電源(yuán)、A/D卡、主機及顯示器(qì)等👈。
3.工作原理
　　被測(cè)兩相流體(蒸汽)進(jin)入主管流過分配(pei)器時被分成2部分(fèn),一部分(80%～90%)沿原通道(dào)繼續向下遊流動(dong),稱這部分流體爲(wei)主流體,這一支🌐路(lu)爲主流體回路;另(ling)一部分兩相流體(ti)(10%～20%)則進入分離器,稱(cheng)🐆這部分🔴流體爲分(fen)流體,這一支路爲(wei)分流體回路。分流(liu)體經分離器分離(lí)後,氣體和液體分(fen)别進入氣體流量(liang)計和液體流量計(jì)進行計量,最後重(zhòng)新與主流體彙合(he),其工作原理🌏見圖(tú)2。測得🔴流量、幹度和(he)壓🙇‍♀️力等數據在工(gong)控機的顯示屏上(shàng)顯示,流量、幹度和(he)壓力等測量值每(měi)分鍾更新1次,每10min存(cún)儲1組數據,每天自(zì)動生成1個數據文(wén)件存❌儲在工控機(ji)的硬盤上,可随時(shí)調出查看每天的(de)注汽情況,也可保(bǎo)存和打印🔅。

4.主要(yào)技術參數
流量測(ce)量範圍:4～11.5t/h;
幹度測量(liàng)範圍:20%～85%;
最高工作壓(yā)力:22MPa;
最高工作溫度(dù):374℃;
流量測量精度:5%;
幹(gan)度測量精度:6%(絕對(duì)誤差)。
5.主要技術特(tè)點
　　分流分相法是(shi)将兩相流體的流(liu)量測量變成了單(dan)相流測量,僅有很(hěn)小的體積,便于做(zuò)成儀表廣泛應用(yong)。由🌈于所有儀表都(dou)工作🏃在單相流中(zhong),不僅能顯著提高(gao)測量儀表的穩定(dìng)🤟性和可靠性,而且(qie)測量過程♌與流體(ti)的性質無關,既适(shi)合于⛷️亞臨界注🌐蒸(zheng)汽測試🏃‍♀️,也适合于(yú)高✨壓注蒸汽測試(shi)。它可以連續不間(jiān)斷對🏃🏻整個注汽過(guo)🍓程進行測試,起到(dao)對整個注汽過程(cheng)中🐅注汽質量的監(jian)督,也可以對高壓(ya)難注打排放進行(háng)注汽的井進行流(liu)量👄的準确計量。
室(shi)内試驗及現場應(ying)用
1.室内試驗情況(kuang)
　　室内試驗項目主(zhǔ)要包括二次儀表(biǎo)的性能考核、蒸⁉️汽(qi)-水💋流量計👌标定、分(fen)流系數測定和模(mó)拟現場測量👨‍❤️‍👨試驗(yàn)。
(1)二次儀表的性能(néng)考核對選用的二(er)次儀表進行了🐆長(zhǎng)時間的性能考核(hé)。對壓力變送器進(jìn)行了加壓和加溫(wen)🔞性能🌏試驗,證明各(ge)項指标符合要求(qiu),精度達到0.5%以内。對(dui)差壓變送器進🛀🏻行(háng)了耐高壓和長時(shí)間連續加載實驗(yan),證明變送器性能(neng)穩定,精度能達到(dào)0.2%。工控機的考核連(lian)❄️續持續了300h,無🤩任何(hé)故障。對數據采集(jí)闆也進行了仔細(xi)的校核,證明了其(qí)高可靠性和精度(dù)。
(2)流量計标定對蒸(zhēng)汽和水流量計分(fen)别用水進行了标(biao)定。試驗在多相流(liu)實驗回路上完成(cheng),參考流量值(或标(biao)準流量)由Coriolis質量流(liu)量計測量,精度0.05%。圖(tu)3、4分别爲蒸汽和水(shui)流量計的标定💰結(jie)果。最大相對誤差(cha)均小于0.57%。

(3)分流系數(shu)标定在多相流實(shi)驗台上用空氣-水(shui)模拟測⛹🏻‍♀️量了分流(liú)♍系數值,該值爲0.01347,精(jing)度1.5%。試驗Re=5×103～2.8×104。現場試驗(yan)證明,蒸汽的實際(ji)值與該值很接近(jin),可以作爲現場校(xiao)核的基礎。随着數(shù)據的積累,可✂️望完(wan)全通過室内試驗(yàn)确定儀表的分流(liú)系數值。
(4)連機模拟(ni)測量試驗爲模拟(nǐ)注汽現場的情況(kuàng),在多👌相流🌍實驗🔞台(tai)上用空氣-水代替(ti)蒸汽對測量儀做(zuo)了性能考核。由于(yu)空氣與蒸汽有很(hen)大差異,試驗隻是(shì)定性的,目的在于(yu)檢驗📞儀表的反應(ying)能力、二次儀表的(de)穩定性和測量軟(ruan)件的可靠性。室内(nei)試驗表明,亞臨界(jiè)汽水兩相流量計(jì)完全達到設計要(yào)求。
2.現場應用情況(kuàng)
　　汽水兩相流量計(ji)在勝利油田坨826井(jǐng)上進行了2井次🚩的(de)測試🈲應用♌,注汽中(zhōng)最高壓力20.5MPa,平均18MPa左(zuǒ)右,無節流現象,井(jing)口壓力與🐕鍋爐出(chū)口壓力一緻,測試(shì)儀運行穩定,未發(fa)生任何🐅故障;汽量(liàng)、水量的測量信号(hào)曲線平穩,未見明(míng)顯波動;流量幹度(dù)指示值穩定,無超(chao)過測量精度的跳(tiao)動;能靈敏地🤟反映(yìng)鍋爐的壓力、流量(liàng)和幹度變化,尤其(qi)對熄火、燒幹和燃(ran)燒變化反映迅速(su),與鍋爐報警信号(hao)同步;幹度測量值(zhí)與化驗值相差小(xiǎo)于3%,流量值在鍋爐(lu)💰給定範圍内;自動(dòng)記錄測量結果,自(zì)動存盤和生成報(bào)表,停電時未見數(shu)據丢🌏失。通過測試(shì)能及時掌握注汽(qi)鍋爐的注汽質量(liàng),提醒工作人員及(ji)時調整鍋爐運行(hang)狀況,确保高質量(liàng)的蒸汽注入油井(jǐng),提高了坨826井❤️的試(shì)🙇🏻油效果。
結論
(1)亞臨(lín)界汽水兩相流量(liàng)計用分流分相法(fa)很好地解決🚶‍♀️了亞(yà)臨界注汽過程中(zhong)蒸汽流量和幹度(dù)計量問題。
(2)室内标(biao)定和現場應用證(zhèng)明,該流量計在其(qí)測量範圍内,流量(liàng)測量誤差小于5%,幹(gan)度測量誤差小于(yu)6%,完全🛀滿足現場🎯應(yīng)用要求。
(3)該流量計(ji)測量過程與流體(tǐ)的性質無關,既适(shì)合于亞👌臨界注蒸(zheng)汽測試,也适合于(yú)高壓注蒸汽測試(shi)。
(4)該流量計具有測(cè)量範圍大、誤差小(xiao)、工作穩定及現😄場(chang)操🌈作方便等優點(dian)。它提升了汽-水兩(liang)相流的測試水平(píng),可進一步在稠油(you)熱采注汽測試中(zhōng)推廣應用,爲提高(gao)稠油熱⭕采開發效(xiao)果提供了有力的(de)保障手段。

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