摘(zhai)要：針對我國油田(tian)大量使用亞臨界(jiè)注汽鍋爐,但其流(liu)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(shui)兩相流量計 ,實現(xian)了注氣過程中的(de)流量、幹度等參數(shù)的在線測量。詳細(xi)💃介紹了亞臨界汽(qi)水兩相流量計的(de)結構組成及特點(diǎn)、工作原理、室内和(hé)現場試驗及推廣(guǎng)應用情況。試驗表(biǎo)明,亞臨界汽水兩(liǎng)相流量計流量測(ce)量誤差小于5%,幹度(du)測試誤差小于6%,工(gong)作穩定且操作方(fang)便,完全滿足現場(chǎng)使用要㊙️求。
引言
　　注(zhu)蒸汽熱力采油是(shi)當今世界開采稠(chóu)油的方法之🐅一。目(mu)前,稠油熱采生産(chan)注汽難度加大,普(pǔ)遍采用高溫高壓(yā)的亞臨界注汽鍋(guo)爐進行注汽,雖然(rán)亞臨界❤️注汽鍋爐(lu)已在🌏油田大量應(ying)用✌️,但随之而來的(de)流量、幹度測量問(wen)題卻還沒有解決(jué)。主要問題是在亞(ya)臨界參數範圍内(nèi),由于蒸汽⁉️與水的(de)特性進一步接近(jin)🈲,蒸汽-水兩相🏃🏻‍♂️流體(tǐ)的流動過程♋趨向(xiang)平穩,各種測量信(xìn)号的脈動特性❓基(jī)本消失,同時不同(tóng)節流元件的差壓(ya)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(li)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(du)測量問題就必須(xu)尋求新的測量方(fāng)法。鑒于此,采用分(fen)流分相測量方法(fǎ)[1,2]開發了亞🌏臨界汽(qi)水兩相流量計,解(jiě)決了注汽過程中(zhong)流量、幹度等參數(shù)的✏️在線測量問題(tí)。
　　亞臨界汽水兩相(xiang)流量計是一種新(xīn)型多相流體流量(liàng)🈚測量儀表,經過5年(nian)多的實驗室研究(jiū),已進入産品開發(fa)🐉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(he)物,将其分離成單(dan)相蒸汽和水,然後(hòu)分别計量得到汽(qi)-水🔞的流量和幹度(du)。目前該儀器已經(jīng)😘成功應用油田多(duō)個采油廠,取得了(le)很好的經濟效益(yì)和社會效益。
技術(shù)分析
1.測試機理
　　亞(yà)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(yong)分流技術從汽-水(shui)兩相流中📧按比例(li)分流出一小股汽(qì)-水混合物,并将其(qi)分離成❄️單相蒸汽(qi)和水,然後再分别(bie)用單相流👈量計測(cè)量它💋們的流量,最(zuì)後仍将這部分流(liu)體返回被測兩相(xiang)流體的管道。蒸汽(qì)-水兩相流體的各(ge)相總流量則根據(ju)比例關系而定。
2.結(jié)構組成
　　亞臨界汽(qì)水兩相流量計主(zhu)要由儀表體、變送(song)器和工控❌機等♌3部(bù)分組成,儀表整體(ti)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(yuan)件;8—溫度測♉量元件(jian);9— 壓力變送器 ;12—計算(suàn)機
　　儀表體包括主(zhu)管、分離筒體(主要(yào)是由分配器和分(fèn)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(zǔ)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(zài)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(qi)等⁉️。
3.工作原理
　　被測(cè)兩相流體(蒸汽)進(jìn)入主管流過分配(pei)器時被分成2部分(fen),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(wèi)🤞主流體,這一支路(lù)爲主流體回路;另(lìng)一部💃分兩相✂️流體(tǐ)(10%～20%)則進入分離器,稱(cheng)這部分流體爲分(fèn)流體,這一支🛀🏻路爲(wei)分流體回路。分流(liu)體經分離器分離(li)後,氣體和液體分(fen)别進入氣體流量(liàng)計和液體流量🥰計(ji)進行計量,最🈲後重(zhong)新與主流🔅體彙合(he),其工作原理見圖(tu)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(mei)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(wen)件存儲在工控機(jī)的硬盤上,可随時(shi)調出查看每天的(de)注汽情況,也可保(bao)存和打印。

4.主要(yào)技術參數
流量測(cè)量範圍:4～11.5t/h;
幹度測量(liang)範圍:20%～85%;
最高工作壓(ya)力:22MPa;
最高工作溫度(du):374℃;
流量測量精度:5%;
幹(gàn)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(shì)将兩相流體的流(liú)量測量變成了單(dan)🔴相🐆流測量,僅有很(hen)小的體積,便于做(zuo)成儀表廣泛應✔️用(yong)。由⚽于所有儀💰表都(dōu)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(qiě)測量過程與流體(tǐ)的🌈性質無關,既适(shì)合于亞臨界注蒸(zhēng)汽測試,也适合于(yu)高壓注蒸汽測試(shì)。它可以連❓續不間(jian)斷對整個注汽過(guò)程🐆進行測試,起到(dao)對整個注汽過程(chéng)中注汽質量的監(jian)督,也可以對高壓(yā)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(kuàng)
　　室内試驗項目主(zhu)要包括二次儀表(biǎo)的性能考核、蒸🤟汽(qì)-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(neng)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(jin)行了加壓和加溫(wēn)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(duì)差壓變🈲送器進行(háng)了耐☎️高壓和♋長時(shí)間連續加載實驗(yàn),證明變送器性能(néng)穩定,精度能達到(dao)0.2%。工控機的考核連(lián)續持續了300h,無任何(hé)故障。對數據采集(ji)闆也進行了仔細(xì)的校核,證明了其(qí)高可靠性和精度(du)。
(2)流量計标定對蒸(zheng)汽和水流量計分(fèn)别用水進行了🈚标(biao)定🔆。試😘驗在多相流(liú)實驗回路上完成(cheng),參考流量值(或标(biāo)準流量)由Coriolis質量流(liú)量計測量,精度0.05%。圖(tú)3、4分别爲蒸📐汽和水(shuǐ)🌂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(shí)驗台上用空氣-水(shui)模拟測量⁉️了分流(liu)系數值,該值爲0.01347,精(jīng)度1.5%。試驗Re=5×103～2.8×104。現場試驗(yàn)證明,蒸汽的實際(ji)值與該值很接近(jìn),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(yan)确定儀表的分流(liú)系數值。
(4)連機模拟(nǐ)測量試驗爲模拟(ni)注汽現場的情況(kuang),在多相流實😘驗🈲台(tai)上用空氣-水代替(tì)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(shi)😍定性的,目的在于(yú)檢驗儀表的反應(ying)能力、二次儀表的(de)穩定性和測量軟(ruǎn)☎️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(zuo)右,無節流現象,井(jǐng)口壓🙇🏻力與鍋爐出(chū)口壓力一緻,測試(shì)儀運行穩定,未發(fā)🙇🏻生任何🤞故障;汽量(liang)、水量☂️的測量㊙️信号(hào)曲線平🤩穩,未見明(ming)📧顯波動;流量幹度(du)指⭕示值穩定💋,無超(chāo)過測量精度的跳(tiao)動;能靈敏地反映(ying)鍋爐的壓力、流量(liang)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(zhi)與化驗值相差小(xiǎo)于3%,流量值在鍋爐(lú)🌈給定範圍内;自動(dong)記錄測量結果,自(zi)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(liang),提醒工作人員及(jí)時調整鍋爐運行(hang)狀況,确保高質量(liàng)的蒸汽注入油井(jing),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(liang)計用分流分相法(fa)很好地解決了亞(yà)臨界🧑🏽‍🤝‍🧑🏻注汽過程中(zhōng)蒸汽流量和幹度(du)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(zhēng)汽測試,也适合于(yu)高壓注蒸汽測試(shì)。
(4)該流量計具有測(ce)量範圍大、誤差小(xiǎo)、工作穩定及現場(chǎng)操❤️作☂️方便等優點(diǎn)。它提升了汽-水兩(liǎng)相流的測試💔水平(píng),可進🤟一步在稠油(you)熱采注汽測試中(zhong)推廣應用✨,爲提高(gao)稠油熱✊采開發🏃🏻效(xiào)果提供了有力的(de)保障手段。

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