摘要(yao)：針對我(wo)國油田(tian)大量使(shi)用亞臨(lin)界注汽(qi)鍋爐,但(dan)其流量(liang)幹🍓度測(ce)量問題(ti)卻還沒(mei)有解決(jue)的現狀(zhuang),采用分(fen)流分相(xiang)♍的測量(liang)原理,研(yan)制出亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiang)流量計(ji) ,實現了(le)注氣過(guo)程中的(de)流量、幹(gan)度等參(can)數的在(zai)線測量(liang)。詳細介(jie)紹了亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiang)流量計(ji)的結構(gou)組成及(ji)特點♉、工(gong)作原理(li)、室内和(he)現場試(shi)驗及推(tui)廣應用(yong)情況。試(shi)驗表明(ming),亞臨界(jie)汽水兩(liang)相流量(liang)計流量(liang)測量誤(wu)差小于(yu)5%,幹度測(ce)試📐誤差(cha)小于6%,工(gong)作穩定(ding)且操作(zuo)方便,完(wan)全滿足(zu)現場使(shi)用要求(qiu)。
引言
　　注(zhu)蒸汽熱(re)力采油(you)是當今(jin)世界開(kai)采稠油(you)的方法(fa)之一🐉。目(mu)前,稠油(you)熱采生(sheng)産注汽(qi)難度加(jia)大,普遍(bian)采用高(gao)🛀🏻溫高壓(ya)的🈚亞臨(lin)✔️界注汽(qi)鍋爐進(jin)行注汽(qi),雖然亞(ya)臨界注(zhu)汽鍋爐(lu)已在🤩油(you)田大🏒量(liang)應用,但(dan)随之而(er)來的流(liu)量、幹度(du)測量問(wen)題卻還(hai)沒有解(jie)決。主要(yao)問題是(shi)在亞臨(lin)界參數(shu)範圍🏃🏻‍♂️内(nei),由于蒸(zheng)汽與水(shui)的特性(xing)進一步(bu)接近,蒸(zheng)汽-水兩(liang)相流體(ti)的流動(dong)過程‼️趨(qu)向平穩(wen),各種測(ce)量信号(hao)的脈🎯動(dong)特性基(ji)本消👄失(shi),同時不(bu)同節流(liu)元件的(de)👉差壓信(xin)号的特(te)性也趨(qu)于相同(tong),因而導(dao)緻現有(you)的基于(yu)脈動原(yuan)理和組(zu)合原理(li)的兩相(xiang)流儀表(biao)基本失(shi)效。因此(ci),要解決(jue)亞臨⛱️界(jie)注汽參(can)數的流(liu)量和💜幹(gan)度測量(liang)問題就(jiu)必須㊙️尋(xun)求新的(de)測❤️量方(fang)法。鑒于(yu)此,采用(yong)分流分(fen)相測量(liang)方法[1,2]開(kai)發了亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiang)流量計(ji),解📞決了(le)注汽過(guo)程中流(liu)量、幹度(du)等參🚩數(shu)的🎯在線(xian)測量問(wen)題。
　　亞臨(lin)界汽水(shui)兩相流(liu)量計是(shi)一種新(xin)型多相(xiang)流體流(liu)量測量(liang)儀表,經(jing)過5年多(duo)的實驗(yan)室研究(jiu),已進入(ru)産品開(kai)發階段(duan)。該亞臨(lin)界汽水(shui)兩相流(liu)量計是(shi)從兩相(xiang)流中取(qu)出一小(xiao)股汽-水(shui)混合物(wu),将其分(fen)離🐇成單(dan)相蒸汽(qi)和水,然(ran)後分别(bie)計量得(de)到汽-水(shui)♍的流量(liang)和幹度(du)。目前該(gai)儀器已(yi)經成功(gong)應用油(you)田多個(ge)采油🧑🏽‍🤝‍🧑🏻廠(chang),取得了(le)很好的(de)經濟效(xiao)益和社(she)會效益(yi)。
技術分(fen)析
1.測試(shi)機理
　　亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiang)流量計(ji)測量采(cai)用的是(shi)分流分(fen)相🤟法的(de)測量原(yuan)理:即采(cai)用分流(liu)技術從(cong)汽-水兩(liang)相流中(zhong)♉按比例(li)分流出(chu)一小股(gu)汽-水混(hun)合物,并(bing)将其分(fen)離成單(dan)相蒸汽(qi)和水☂️,然(ran)後再🏃🏻分(fen)别用單(dan)相流量(liang)計測量(liang)它們的(de)流量,最(zui)後仍将(jiang)這部分(fen)流體返(fan)回被測(ce)兩相流(liu)🤟體的管(guan)道。蒸汽(qi)-水兩相(xiang)流體的(de)各相總(zong)流量則(ze)根據㊙️比(bi)例關系(xi)而定。
2.結(jie)構組成(cheng)
　　亞臨界(jie)汽水兩(liang)相流量(liang)計主要(yao)由儀表(biao)體、變送(song)器和工(gong)控機等(deng)3部分組(zu)成,儀表(biao)整體結(jie)構見圖(tu)1。

1,5—U形管(guan);2—接線盒(he);3—主管;4—分(fen)離筒;6,11—變(bian)送器;7,10—流(liu)量測量(liang)元件;8—溫(wen)度測👣量(liang)✨元件;9— 壓(ya)力變送(song)器 ;12—計算(suan)機
　　儀表(biao)體包括(kuo)主管、分(fen)離筒體(ti)(主要是(shi)由分配(pei)器和分(fen)離器組(zu)成)、U形管(guan)、流量測(ce)量元件(jian)和溫度(du)計套管(guan)。整個儀(yi)表體通(tong)過卡箍(gu)組件與(yu)蒸汽管(guan)線相連(lian)接,測量(liang)儀共使(shi)用了4個(ge)變♊送器(qi),變🚶送器(qi)分别通(tong)過托架(jia)固定在(zai)儀表體(ti)上,4路信(xin)号線在(zai)接線盒(he)✨内集中(zhong)後再用(yong)屏蔽👄電(dian)纜與工(gong)控機連(lian)接。工控(kong)機内包(bao)括直流(liu)電源、A/D卡(ka)、主🐇機及(ji)顯示器(qi)等。
3.工作(zuo)原理
　　被(bei)測兩相(xiang)流體(蒸(zheng)汽)進入(ru)主管流(liu)過分配(pei)器時被(bei)分成2部(bu)分,一部(bu)分(80%～90%)沿原(yuan)通道繼(ji)續向下(xia)遊流動(dong),稱這部(bu)分流體(ti)爲主流(liu)體,這一(yi)支路爲(wei)主流體(ti)回路;另(ling)一部分(fen)兩相流(liu)體(10%～20%)則進(jin)入分離(li)器,稱📱這(zhe)部分流(liu)體爲分(fen)流體,這(zhe)一支路(lu)爲分流(liu)體回路(lu)。分流體(ti)經分離(li)器分離(li)♉後,氣體(ti)和液體(ti)分别進(jin)入氣體(ti)流量計(ji)和液體(ti)流量🐅計(ji)進行計(ji)量,最後(hou)重新與(yu)主流體(ti)彙合,其(qi)工作原(yuan)理見圖(tu)2。測得流(liu)量、幹度(du)和壓力(li)等數據(ju)在工控(kong)機的顯(xian)示屏上(shang)顯示,流(liu)量、幹度(du)和壓力(li)等測量(liang)值每分(fen)鍾更新(xin)1次,每10min存(cun)儲1組數(shu)據,每🔴天(tian)自動生(sheng)成1個數(shu)據文件(jian)存💃🏻儲在(zai)工控機(ji)的硬盤(pan)上,可随(sui)時調出(chu)查看每(mei)天的注(zhu)汽情況(kuang),也可保(bao)存和打(da)印。

4.主要(yao)技術參(can)數
流量(liang)測量範(fan)圍:4～11.5t/h;
幹度(du)測量範(fan)圍:20%～85%;
最高(gao)工作壓(ya)力:22MPa;
最高(gao)工作溫(wen)度:374℃;
流量(liang)測量精(jing)度:5%;
幹度(du)測量精(jing)度:6%(絕對(dui)誤差)。
5.主(zhu)要技術(shu)特點
　　分(fen)流分相(xiang)法是将(jiang)兩相流(liu)體的流(liu)量測量(liang)變成了(le)單相🈚流(liu)測🙇🏻量❓,僅(jin)有很小(xiao)的體積(ji),便于做(zuo)成儀表(biao)廣泛應(ying)用。由于(yu)所有儀(yi)表都工(gong)作在單(dan)相流中(zhong),不僅能(neng)顯著提(ti)高測量(liang)儀表的(de)穩定性(xing)和可靠(kao)性,而👣且(qie)測量過(guo)程❤️與流(liu)體的性(xing)質無關(guan),既适合(he)于㊙️亞臨(lin)界注🧡蒸(zheng)汽測試(shi),也适合(he)于高壓(ya)注蒸汽(qi)測試。它(ta)可以連(lian)續不間(jian)斷對整(zheng)個注汽(qi)過程進(jin)行測試(shi),起到✨對(dui)整個注(zhu)汽過💋程(cheng)中🛀🏻注汽(qi)質量的(de)監督,也(ye)可以對(dui)高壓難(nan)注打排(pai)放進行(hang)注汽的(de)井進行(hang)流量🌈的(de)準确計(ji)量。
室内(nei)試驗及(ji)現場應(ying)用
1.室内(nei)試驗情(qing)況
　　室内(nei)試驗項(xiang)目主要(yao)包括二(er)次儀表(biao)的性能(neng)考核、蒸(zheng)汽-水流(liu)量計标(biao)定、分流(liu)系數測(ce)定和模(mo)拟現場(chang)測量試(shi)驗。
(1)二次(ci)儀表的(de)性能考(kao)核對選(xuan)用的二(er)次儀表(biao)進行了(le)長時間(jian)的性能(neng)考核。對(dui)壓力變(bian)送器進(jin)行了加(jia)壓和加(jia)溫性能(neng)試驗✊,證(zheng)明各項(xiang)❌指标符(fu)合要求(qiu),精度達(da)到❌0.5%以内(nei)。對🌂差壓(ya)變送器(qi)進行了(le)耐高壓(ya)和長時(shi)間連續(xu)加載實(shi)驗,證明(ming)變送🏃器(qi)性能穩(wen)定,精度(du)能達到(dao)0.2%。工控機(ji)的考核(he)連續持(chi)續了300h,無(wu)任何故(gu)障。對數(shu)據采集(ji)闆也進(jin)行了仔(zai)細的校(xiao)核,證明(ming)了其高(gao)可靠性(xing)和精度(du)。
(2)流量計(ji)标定對(dui)蒸汽和(he)水流量(liang)計分别(bie)用水進(jin)行了标(biao)🧡定。試驗(yan)在多相(xiang)流實驗(yan)回路上(shang)完成,參(can)考流量(liang)值💔(或标(biao)準流量(liang))由Coriolis質量(liang)流量💋計(ji)測量,精(jing)度0.05%。圖3、4分(fen)别爲蒸(zheng)🈲汽和水(shui)流量計(ji)的标定(ding)🔅結果。最(zui)✉️大相對(dui)誤差均(jun)小于0.57%。

(3)分(fen)流系數(shu)标定在(zai)多相流(liu)實驗台(tai)上用空(kong)氣-水模(mo)拟💚測量(liang)了分流(liu)系數值(zhi),該值爲(wei)0.01347,精度1.5%。試(shi)驗Re=5×103～2.8×104。現場(chang)試驗證(zheng)明,蒸汽(qi)的實際(ji)值與該(gai)值很接(jie)近,可以(yi)作爲現(xian)場校核(he)的基礎(chu)。随着💚數(shu)據的積(ji)累,可望(wang)完全通(tong)過室内(nei)試驗确(que)定儀表(biao)的分流(liu)系數值(zhi)。
(4)連機模(mo)拟測量(liang)試驗爲(wei)模拟注(zhu)汽現場(chang)的情況(kuang),在多相(xiang)流實驗(yan)❤️台上用(yong)空氣-水(shui)代替蒸(zheng)汽對測(ce)量儀做(zuo)了性能(neng)考核✨。由(you)于空氣(qi)與蒸汽(qi)有很大(da)差異,試(shi)驗隻是(shi)定性的(de)🏃‍♂️,目的在(zai)于檢驗(yan)儀表的(de)🐉反應能(neng)力、二次(ci)儀表的(de)穩定性(xing)🏃🏻‍♂️和測量(liang)軟件的(de)可靠性(xing)。室内試(shi)驗表明(ming),亞臨界(jie)汽水兩(liang)相流量(liang)計完全(quan)達到設(she)計要求(qiu)。
2.現場應(ying)用情況(kuang)
　　汽水兩(liang)相流量(liang)計在勝(sheng)利油田(tian)坨826井上(shang)進行了(le)2井次的(de)測試💰應(ying)🐪用,注汽(qi)中最高(gao)壓力20.5MPa,平(ping)均18MPa左右(you),無節流(liu)現🏃🏻象,井(jing)⁉️口壓力(li)與鍋爐(lu)出口壓(ya)力一緻(zhi),測試儀(yi)運行穩(wen)定,未發(fa)生任何(he)故障;汽(qi)量、水量(liang)的測量(liang)🎯信号曲(qu)線平穩(wen),未見明(ming)顯波動(dong);流量幹(gan)度指示(shi)值穩定(ding),無超過(guo)測🌐量精(jing)度的跳(tiao)㊙️動;能靈(ling)敏地反(fan)映鍋爐(lu)的壓力(li)、流量和(he)✏️幹度變(bian)化,尤其(qi)對熄火(huo)、燒幹和(he)🚶‍♀️燃燒變(bian)化反映(ying)迅速,與(yu)鍋爐報(bao)警信号(hao)同步;幹(gan)度測量(liang)值與化(hua)驗值相(xiang)差小于(yu)3%,流量值(zhi)在鍋爐(lu)⁉️給定範(fan)圍内;自(zi)動記錄(lu)測量結(jie)果,自動(dong)存盤和(he)生成報(bao)表,停電(dian)☀️時未見(jian)數據丢(diu)失。通過(guo)測試能(neng)及時掌(zhang)㊙️握注汽(qi)鍋爐的(de)注汽質(zhi)量,提醒(xing)工作人(ren)員及時(shi)調整鍋(guo)爐運行(hang)🌈狀況,确(que)保高質(zhi)量的蒸(zheng)☂️汽注❄️入(ru)油井,提(ti)高了坨(tuo)826井的試(shi)油🤟效果(guo)。
結論
(1)亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiang)流量計(ji)用分流(liu)分相法(fa)很好地(di)解決🔴了(le)☀️亞臨界(jie)注汽過(guo)程中蒸(zheng)汽流量(liang)和幹度(du)計量問(wen)題。
(2)室内(nei)标定和(he)現場應(ying)用證明(ming),該流量(liang)計在其(qi)測量範(fan)圍内,流(liu)量測量(liang)誤差小(xiao)于5%,幹度(du)測量誤(wu)差小于(yu)6%,完全滿(man)足現場(chang)♊應用要(yao)求。
(3)該流(liu)量計測(ce)量過程(cheng)與流體(ti)的性質(zhi)無關,既(ji)适合于(yu)亞臨界(jie)注🔆蒸汽(qi)測試,也(ye)适合于(yu)高壓注(zhu)蒸汽測(ce)試。
(4)該流(liu)量計具(ju)有測量(liang)範圍大(da)、誤差小(xiao)、工作穩(wen)定及現(xian)場操作(zuo)方便等(deng)優點。它(ta)提升了(le)汽-水兩(liang)相流的(de)測試水(shui)平,可進(jin)📧一步在(zai)稠油熱(re)采注汽(qi)測試中(zhong)推廣應(ying)用,爲提(ti)高稠油(you)熱采開(kai)發效果(guo)提供了(le)有力的(de)保障手(shou)❓段。

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