摘(zhai)要：針對我(wo)國油田大(da)量使用亞(ya)臨界注汽(qi)鍋爐,但其(qi)流量幹度(du)測量問題(ti)卻還沒有(you)解決的現(xian)狀,采用分(fen)流分相的(de)測👅量原🍉理(li),研制出亞(ya)臨界汽水(shui)兩相流量(liang)計 ,實現了(le)注氣過程(cheng)中的流量(liang)、幹度等參(can)數的在線(xian)測量。詳細(xi)介紹了亞(ya)臨界汽水(shui)兩相流量(liang)計的結構(gou)組成及特(te)點、工作原(yuan)理💞、室内和(he)現場試驗(yan)及推廣應(ying)用♉情況。試(shi)驗表明,亞(ya)臨界汽水(shui)兩相流量(liang)計流量測(ce)量誤差小(xiao)于5%,幹度測(ce)試誤差小(xiao)于6%,工作穩(wen)定且操作(zuo)方㊙️便,完全(quan)滿足現場(chang)使用要求(qiu)。
引言
　　注蒸(zheng)汽熱力采(cai)油是當今(jin)世界開采(cai)稠油的方(fang)法之一。目(mu)前,稠油熱(re)采生産注(zhu)汽難度加(jia)大,普遍采(cai)用高溫高(gao)壓的亞臨(lin)界注汽鍋(guo)爐進行注(zhu)汽,雖然亞(ya)臨界注汽(qi)鍋☎️爐已在(zai)油田大量(liang)應用,但随(sui)之而來的(de)流量、幹度(du)測量☎️問題(ti)卻還沒有(you)解決。主要(yao)問題是在(zai)亞臨界參(can)數範圍内(nei),由于蒸汽(qi)與水的特(te)性進一步(bu)接近,蒸汽(qi)-水兩相流(liu)體的流動(dong)過程趨向(xiang)平穩,各種(zhong)測量㊙️信号(hao)的脈動特(te)性基本消(xiao)🏃🏻失,同時不(bu)同節流元(yuan)件的差壓(ya)信号的特(te)性也趨于(yu)相同,因而(er)導緻🐆現有(you)的基于脈(mo)動原理和(he)組合原理(li)的兩相流(liu)儀表基本(ben)失效。因此(ci),要解決亞(ya)臨✊界注汽(qi)參數的流(liu)量和⭕幹度(du)測量✍️問題(ti)就必須尋(xun)求新的測(ce)量方法。鑒(jian)于此,采用(yong)分流分相(xiang)測量方法(fa)[1,2]開發了亞(ya)臨界汽水(shui)兩相流量(liang)計,解決了(le)注汽過程(cheng)中流量、幹(gan)度等參數(shu)的🐉在🛀線測(ce)量問🌍題。
　　亞(ya)臨界汽水(shui)兩相流量(liang)計是一種(zhong)新型多相(xiang)流體流量(liang)測量儀表(biao),經過5年多(duo)的實驗室(shi)研究,已進(jin)入産品💔開(kai)發階段。該(gai)亞臨界汽(qi)水兩相流(liu)量計是從(cong)兩相流中(zhong)取出一小(xiao)股汽-水混(hun)合物,将其(qi)分離🈲成單(dan)相蒸汽和(he)水,然後分(fen)别計量得(de)到汽-水的(de)流量和㊙️幹(gan)度。目前該(gai)儀器已經(jing)成功應用(yong)油🛀田多個(ge)采油廠,取(qu)得了很好(hao)的經濟效(xiao)益和社會(hui)效益。
技術(shu)分析
1.測試(shi)機理
　　亞臨(lin)界汽水兩(liang)相流量計(ji)測量采用(yong)的是分流(liu)分相法🛀🏻的(de)測量原理(li):即采用分(fen)流技術從(cong)汽-水兩相(xiang)流中按比(bi)✊例分🆚流出(chu)一小股汽(qi)-水混合物(wu),并将其分(fen)離成單相(xiang)蒸汽和水(shui),然後再分(fen)别用單相(xiang)流量計測(ce)量它們的(de)流量,最後(hou)仍将這部(bu)分流體返(fan)回被測兩(liang)相流體的(de)管道。蒸汽(qi)-水兩相流(liu)體的各相(xiang)總流量則(ze)根據🌂比例(li)關系而定(ding)。
2.結構組成(cheng)
　　亞臨界汽(qi)水兩相流(liu)量計主要(yao)由儀表體(ti)、變送器和(he)🔴工控機等(deng)3部分組成(cheng),儀表整體(ti)結構見圖(tu)1。

1,5—U形管;2—接(jie)線盒;3—主管(guan);4—分離筒;6,11—變(bian)送器;7,10—流量(liang)測量元件(jian);8—溫📞度🌈測量(liang)元🌈件;9— 壓力(li)變送器 ;12—計(ji)算機
　　儀表(biao)體包括主(zhu)管、分離筒(tong)體(主要是(shi)由分配器(qi)和分離器(qi)組成)、U形管(guan)、流量測量(liang)元件和溫(wen)度計套管(guan)。整個儀表(biao)體通過卡(ka)箍組件與(yu)❗蒸汽管線(xian)相連接,測(ce)量儀共使(shi)用🏃🏻‍♂️了4個變(bian)送器,變送(song)器分别通(tong)過托架固(gu)定在✏️儀表(biao)體上💞,4路信(xin)号線在接(jie)線盒🌍内集(ji)中後再用(yong)屏蔽電纜(lan)與工控機(ji)連接。工控(kong)🐕機内包括(kuo)直流電源(yuan)、A/D卡、主機及(ji)顯示器💋等(deng)⚽。
3.工作原理(li)
　　被測兩相(xiang)流體(蒸汽(qi))進入主管(guan)流過分配(pei)器時被分(fen)成2部分,一(yi)部分(80%～90%)沿原(yuan)通道繼續(xu)向下遊流(liu)動,稱這部(bu)分流體爲(wei)主流體,這(zhe)一支📞路爲(wei)主流體回(hui)路;另一部(bu)分兩相流(liu)體(10%～20%)則進入(ru)分⛹🏻‍♀️離器,稱(cheng)這部分❄️流(liu)體爲分流(liu)體,這一支(zhi)路爲分流(liu)體回路。分(fen)♍流體經分(fen)離器分離(li)🔞後,氣體和(he)液體分别(bie)進入⛹🏻‍♀️氣體(ti)流量計☎️和(he)液體流量(liang)🏃‍♀️計進行計(ji)量,最後重(zhong)新與主流(liu)體彙合,其(qi)工作原理(li)見圖2。測得(de)流量、幹度(du)和壓力等(deng)數據在工(gong)控機的顯(xian)示屏上顯(xian)示,流量、幹(gan)度和壓力(li)等測量值(zhi)每分鍾更(geng)新1次,每10min存(cun)🈲儲1組數據(ju),每天自動(dong)生成1個數(shu)據文件存(cun)🐅儲在工控(kong)機的硬😘盤(pan)上,可随時(shi)調出查看(kan)每天的注(zhu)汽情況,也(ye)可保存和(he)打印🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。

4.主要技(ji)術參數
流(liu)量測量範(fan)圍:4～11.5t/h;
幹度測(ce)量範圍:20%～85%;
最(zui)高工作壓(ya)力:22MPa;
最高工(gong)作溫度:374℃;
流(liu)量測量精(jing)度:5%;
幹度測(ce)量精度:6%(絕(jue)對誤差)。
5.主(zhu)要技術特(te)點
　　分流分(fen)相法是将(jiang)兩相流體(ti)的流量測(ce)量變成了(le)單㊙️相流測(ce)🤞量,僅有很(hen)小的體積(ji),便于做成(cheng)儀表廣泛(fan)應用。由于(yu)所有儀表(biao)都工作🛀🏻在(zai)單相流中(zhong),不僅能顯(xian)著提高測(ce)量儀表☎️的(de)穩定性和(he)可靠性,而(er)且測量過(guo)程與流體(ti)的性質無(wu)關,既适合(he)于亞臨界(jie)注蒸汽測(ce)試🐆,也适合(he)于高壓注(zhu)蒸汽測試(shi)。它可以連(lian)🈚續不間斷(duan)對🌈整個注(zhu)汽過程進(jin)行測試,起(qi)到對整個(ge)注汽過程(cheng)中注汽質(zhi)量的監督(du),也可以對(dui)高壓難注(zhu)打排放進(jin)行注汽的(de)井進行流(liu)量的準确(que)計量。
室内(nei)試驗及現(xian)場應用
1.室(shi)内試驗情(qing)況
　　室内試(shi)驗項目主(zhu)要包括二(er)次儀表的(de)性能考核(he)、蒸汽-水流(liu)量♍計标定(ding)、分流系數(shu)測定和模(mo)拟現場測(ce)量試驗。
(1)二(er)次儀表的(de)性能考核(he)對選用的(de)二次儀表(biao)進行了長(zhang)🌈時間的💔性(xing)能考核。對(dui)壓力變送(song)器進行了(le)加壓和加(jia)溫性能試(shi)驗,證明各(ge)項⭐指标符(fu)合要求,精(jing)度達到0.5%以(yi)内。對差壓(ya)變送器進(jin)行了耐高(gao)壓和長時(shi)間連續加(jia)載實驗,證(zheng)明變送🔞器(qi)性能穩💋定(ding),精度能🤟達(da)到0.2%。工控📞機(ji)的考核連(lian)續持續了(le)300h,無💔任何故(gu)障。對數據(ju)采集闆🔞也(ye)進行了仔(zai)細的校核(he),證明了其(qi)高可靠性(xing)和精度。
(2)流(liu)量計标定(ding)對蒸汽和(he)水流量計(ji)分别用水(shui)進行了标(biao)定。試驗在(zai)多相流實(shi)驗回路上(shang)完成,參考(kao)流量值(或(huo)标準流量(liang))由Coriolis質量流(liu)量計測量(liang),精度0.05%。圖3、4分(fen)别爲蒸汽(qi)和水流量(liang)計👈的标定(ding)結果。最大(da)相對誤差(cha)均小于🏃🏻‍♂️0.57%。

(3)分(fen)流系數标(biao)定在多相(xiang)流實驗台(tai)上用空氣(qi)-水模拟測(ce)㊙️量了分💯流(liu)系數值,該(gai)值爲0.01347,精度(du)1.5%。試驗Re=5×103～2.8×104。現場(chang)試驗證🌈明(ming),蒸汽的實(shi)際值與🔴該(gai)值🏃🏻很接近(jin),可以作爲(wei)現場校核(he)的基礎。随(sui)着✏️數據的(de)積累,可望(wang)完全通過(guo)室内試驗(yan)确定儀表(biao)的分流系(xi)數值。
(4)連機(ji)模拟測量(liang)試驗爲模(mo)拟注汽現(xian)場的情況(kuang),在多相流(liu)實🏃‍♂️驗台上(shang)用空氣-水(shui)代替蒸汽(qi)對測量儀(yi)做了💯性能(neng)考核。由于(yu)❌空氣🥵與蒸(zheng)汽有很大(da)差異,試驗(yan)隻是定性(xing)的,目的在(zai)于檢驗儀(yi)表的反應(ying)能🍉力、二次(ci)儀表的穩(wen)定性和測(ce)量軟件的(de)可靠性。室(shi)内試驗表(biao)明,亞臨界(jie)汽水兩相(xiang)流量計完(wan)全達到設(she)計🔴要求。
2.現(xian)場應用情(qing)況
　　汽水兩(liang)相流量計(ji)在勝利油(you)田坨826井上(shang)進行了2井(jing)次的測試(shi)應💛用,注汽(qi)中最高壓(ya)力20.5MPa,平均18MPa左(zuo)右,無節流(liu)現象,井口(kou)壓⭕力與🔞鍋(guo)爐出口壓(ya)力一緻,測(ce)試儀運行(hang)穩定,未發(fa)生任何故(gu)障;汽量、水(shui)量的測量(liang)信号曲線(xian)平穩,未見(jian)明顯波動(dong);流量幹度(du)指示值穩(wen)定,無超過(guo)測量精度(du)的跳動;能(neng)靈敏地👉反(fan)映鍋爐的(de)⛷️壓力、流量(liang)和幹度變(bian)化,尤💃其對(dui)熄火、燒幹(gan)和燃燒變(bian)化反映迅(xun)速,與鍋爐(lu)報👄警信号(hao)同步;幹度(du)測量值與(yu)化驗值相(xiang)差㊙️小于3%,流(liu)量值在鍋(guo)爐給定範(fan)圍内;自動(dong)🐪記🌍錄測量(liang)結果,自動(dong)存盤和生(sheng)成報表,停(ting)電時未見(jian)數據丢失(shi)。通過測試(shi)能及時掌(zhang)握注汽鍋(guo)爐的注汽(qi)質🆚量,提醒(xing)工作人員(yuan)及時💁調整(zheng)鍋爐運行(hang)狀況,确保(bao)高質量的(de)蒸汽注🔞入(ru)油井,提高(gao)了坨826井的(de)試油效果(guo)。
結論
(1)亞臨(lin)界汽水兩(liang)相流量計(ji)用分流分(fen)相法很好(hao)地解決了(le)亞臨界注(zhu)汽過程中(zhong)蒸汽流量(liang)和幹度計(ji)量問題。
(2)室(shi)内标定和(he)現場應用(yong)證明,該流(liu)量計在其(qi)測量範圍(wei)内🛀,流量‼️測(ce)量誤差小(xiao)于5%,幹度測(ce)量誤差小(xiao)于6%,完全滿(man)足現場應(ying)用要求。
(3)該(gai)流量計測(ce)量過程與(yu)流體的性(xing)質無關,既(ji)适合于🌈亞(ya)臨界注💋蒸(zheng)汽測試,也(ye)适合于高(gao)壓注蒸汽(qi)測試。
(4)該流(liu)量計具有(you)測量範圍(wei)大、誤差小(xiao)、工作穩定(ding)及現場🐇操(cao)作方便等(deng)優點。它提(ti)升了汽-水(shui)兩相流的(de)測試水平(ping),可進一步(bu)👣在稠🏃‍♀️油熱(re)采注汽測(ce)試中推廣(guang)應用💋,爲提(ti)高稠油熱(re)采開發效(xiao)果提🔴供了(le)有力的保(bao)障手段。

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