摘要：針(zhen)對我國(guo)油田大(da)量使用(yòng)亞臨界(jiè)注汽鍋(guō)爐,但👌其(qí)流🈲量幹(gàn)度測量(liàng)問題卻(que)還沒有(yǒu)解決的(de)現狀,采(cai)用分流(liú)🏃‍♂️分相🆚的(de)測🛀量原(yuán)理,研制(zhi)出亞臨(lín)界汽水(shui)兩相流(liú)量計 ,實(shi)現了注(zhu)氣過程(chéng)中的流(liú)量、幹度(du)等參數(shu)的在線(xian)測量。詳(xiáng)細介紹(shao)了亞臨(lin)界汽水(shuǐ)兩相流(liu)量計的(de)結構組(zu)☁️成及🐆特(tè)點、工作(zuo)原理、室(shì)内和現(xiàn)場試驗(yan)及推廣(guang)應用💜情(qíng)況。試驗(yàn)表明,亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiàng)流量計(jì)流量測(ce)量誤差(cha)小于5%,幹(gan)度測試(shi)誤差小(xiao)于6%,工作(zuo)穩定且(qie)操作方(fāng)便,完全(quan)滿足🐇現(xiàn)場使用(yong)要求。
引(yin)言
　　注蒸(zheng)汽熱力(lì)采油是(shi)當今世(shi)界開采(cǎi)稠油的(de)方法之(zhī)一。目前(qian)🐅,稠油熱(re)采生産(chǎn)注汽難(nan)度加大(da),普遍采(cǎi)用高溫(wen)高🌈壓的(de)亞臨界(jiè)注汽鍋(guō)爐進行(háng)注汽,雖(sui)然亞臨(lin)界注汽(qì)鍋爐已(yi)在⭐油田(tian)大量應(ying)用,但随(sui)之而來(lai)的流量(liang)、幹度測(ce)量問題(ti)卻還沒(méi)有解決(jué)。主要問(wen)題是在(zai)亞臨界(jiè)參數範(fan)圍内,由(you)于蒸汽(qi)與水的(de)特性進(jin)一步接(jie)近,蒸汽(qì)-水兩相(xiang)🌍流🌍體的(de)流動過(guò)程趨向(xiang)平穩,各(ge)種測量(liàng)信号的(de)脈💃動特(te)性✍️基本(ben)消失,同(tong)時不同(tóng)節流元(yuán)件的差(chà)壓信号(hao)的特性(xing)也🌈趨于(yú)相同,因(yin)而導緻(zhì)現有的(de)基📐于脈(mo)動原🌈理(lǐ)和組合(he)原😄理的(de)兩相流(liu)儀表基(jī)本失效(xiào)⛱️。因此,要(yào)解決亞(ya)臨📧界注(zhu)汽✔️參數(shu)的流量(liàng)和幹度(du)測量🈲問(wen)題就必(bì)須尋求(qiú)新的測(ce)量❄️方法(fǎ)。鑒于此(ci),采用分(fen)流分相(xiàng)測量方(fāng)法[1,2]開發(fa)了亞臨(lin)界汽水(shuǐ)兩相流(liú)量計,解(jiě)決了注(zhu)汽🐆過程(cheng)中流量(liàng)、幹度等(deng)參數的(de)在線測(ce)量問題(ti)。
　　亞臨界(jiè)汽水兩(liang)相流量(liàng)計是一(yi)種新型(xing)多相流(liu)體流量(liang)🐉測量儀(yi)表🤟,經過(guò)5年多的(de)實驗室(shì)研究,已(yǐ)進入産(chǎn)品📧開發(fā)階段。該(gāi)亞臨界(jiè)汽水兩(liǎng)相流量(liang)計是從(cóng)兩相流(liu)中取出(chu)♈一小股(gu)汽-水混(hun)合物,将(jiang)🚩其分離(lí)成單相(xiàng)蒸汽和(he)水,然後(hou)分别計(ji)量🚩得到(dao)汽-水的(de)流量和(hé)幹度。目(mù)前☔該儀(yí)器已經(jīng)成功應(yīng)用油田(tian)多個采(cǎi)油廠,取(qǔ)得了很(hěn)🐪好的經(jīng)濟效👈益(yi)和社會(hui)效益。
技(jì)術分析(xi)
1.測試機(jī)理
　　亞臨(lín)界汽水(shuǐ)兩相流(liu)量計測(ce)量采用(yong)的是分(fen)流分相(xiàng)法的測(ce)量原理(lǐ):即采用(yòng)分流技(jì)術從汽(qi)-水兩相(xiang)流中按(an)比例分(fèn)💜流出一(yi)小💯股汽(qi)-水混合(hé)物,并将(jiāng)其分離(lí)成單相(xiàng)蒸汽和(hé)水,然後(hou)再分别(bie)用🏃‍♀️單相(xiang)流量計(ji)測量它(ta)們的流(liú)量,最後(hòu)仍将☀️這(zhè)部分流(liú)體返回(huí)被測兩(liǎng)相流體(ti)的管道(dao)。蒸汽-水(shui)兩相流(liu)體的各(gè)相總🈲流(liú)量則根(gen)據⭕比例(li)關系而(ér)定。
2.結構(gou)組成
　　亞(yà)臨界汽(qì)水兩相(xiang)流量計(jì)主要由(you)儀表體(ti)、變送器(qì)和🔆工🔞控(kong)機等3部(bù)分組成(cheng),儀表整(zhěng)體結構(gòu)見圖1。

1,5—U形管;2—接(jie)線盒;3—主(zhǔ)管;4—分離(lí)筒;6,11—變送(sòng)器;7,10—流量(liang)測量元(yuan)件;8—溫度(dù)測♋量🐆元(yuan)件;9— 壓力(li)變送器(qi) ;12—計算機(jī)
　　儀表體(tǐ)包括主(zhu)管、分離(lí)筒體(主(zhǔ)要是由(you)分配器(qi)和分🔴離(li)器組成(chéng)⭐)、U形🐉管、流(liu)量測量(liàng)元件和(hé)溫度計(jì)套管。整(zheng)個儀表(biǎo)體通過(guò)卡箍組(zu)👈件與蒸(zheng)汽管線(xian)相連接(jie),測量儀(yi)💋共使用(yong)了4個變(bian)送器,變(biàn)送器分(fen)别通過(guò)托架固(gù)定在儀(yí)表體上(shang),4路信号(hào)線在接(jiē)線盒内(nèi)集中後(hòu)再用屏(píng)蔽🌏電纜(lan)與工控(kong)機連接(jiē)。工控機(jī)内包括(kuo)直流電(diàn)源、A/D卡、主(zhǔ)🐪機及顯(xian)示器等(deng)。
3.工作原(yuan)理
　　被測(ce)兩相流(liu)體(蒸汽(qi))進入主(zhu)管流過(guo)分配器(qì)時被分(fèn)成2部分(fen)⚽,一部分(fen)(80%～90%)沿原通(tōng)道繼續(xu)向下遊(you)流動,稱(cheng)這部分(fèn)流體爲(wèi)主流體(ti),這一支(zhī)路爲主(zhǔ)流體回(hui)路;另一(yi)部分兩(liǎng)相流體(tǐ)(10%～20%)則進入(ru)分離器(qì),稱這部(bu)分流體(tǐ)爲分流(liú)體,這一(yī)支路爲(wèi)分流體(tǐ)回路。分(fen)流體經(jīng)分離器(qì)分離後(hou),氣體和(he)液👌體分(fen)别進入(ru)氣體流(liú)量計和(hé)液體流(liú)量計進(jìn)行計量(liang),最後重(zhong)新與主(zhu)流體彙(huì)合,其工(gong)作原理(lǐ)📱見圖2。測(ce)得♻️流量(liang)、幹度和(hé)壓力等(děng)數據在(zai)工控機(ji)的顯示(shi)屏上顯(xian)示,流量(liang)、幹度和(hé)壓力等(deng)測量值(zhi)每分鍾(zhōng)更新1次(cì),每10min存儲(chu)1組數據(jù),每天自(zi)動生成(cheng)1個數據(ju)文㊙️件存(cún)儲在工(gōng)控機的(de)硬盤上(shang),可随時(shi)調出查(cha)看每天(tian)的注汽(qi)情況,也(ye)可保存(cun)和打印(yìn)。

4.主要技(ji)術參數(shu)
流量測(ce)量範圍(wei):4～11.5t/h;
幹度測(cè)量範圍(wei):20%～85%;
最高工(gong)作壓力(li):22MPa;
最高工(gong)作溫度(du):374℃;
流量測(ce)量精度(du):5%;
幹度測(ce)量精度(du):6%(絕對誤(wu)差)。
5.主要(yào)技術特(tè)點
　　分流(liú)分相法(fǎ)是将兩(liang)相流體(tǐ)的流量(liang)測量變(biàn)成了單(dan)相流測(cè)量,僅㊙️有(you)很小的(de)體積,便(bian)于做成(chéng)儀表廣(guang)泛應用(yòng)。由🔴于所(suo)有儀表(biǎo)都工作(zuo)在單相(xiang)流中,不(bu)僅能顯(xiǎn)著提高(gao)測量儀(yi)表的穩(wěn)定性和(hé)可🧑🏽‍🤝‍🧑🏻靠性(xìng),而且測(cè)量過程(chéng)與流體(tǐ)的⛹🏻‍♀️性質(zhì)無關,既(ji)适合于(yú)亞臨界(jiè)注蒸汽(qi)測試⚽,也(yě)适合于(yu)高壓注(zhu)蒸汽測(cè)試。它可(kě)以連續(xù)不間斷(duan)對♉整個(gè)注汽過(guo)程♍進行(hang)測試,起(qi)到對整(zhěng)個注汽(qì)過程中(zhong)㊙️注汽質(zhi)量🐕的監(jian)督,也可(kě)以對高(gao)壓難🈚注(zhu)打排放(fang)進行注(zhù)♍汽的井(jing)進行流(liú)量的準(zhǔn)确計量(liang)。
室内試(shi)驗及現(xiàn)場應用(yong)
1.室内試(shì)驗情況(kuang)
　　室内試(shi)驗項目(mu)主要包(bāo)括二次(cì)儀表的(de)性能考(kao)核、蒸汽(qì)-水流量(liang)計标定(ding)、分流系(xi)數測定(dìng)和模拟(nǐ)現場測(ce)量試驗(yan)。
(1)二次儀(yí)表的性(xing)能考核(he)對選用(yòng)的二次(ci)儀表進(jin)行了長(zhǎng)時🔞間的(de)性能考(kao)核。對壓(yā)力變送(sòng)器進行(háng)了加壓(yā)和🌈加溫(wen)🌈性能試(shì)驗,證明(ming)各項指(zhǐ)标符合(hé)要求,精(jing)度達到(dào)0.5%以内。對(duì)差壓變(bian)送器進(jìn)行了耐(nài)高壓和(he)長時間(jiān)連續加(jia)載實驗(yan),證明變(biàn)送器性(xing)能穩定(ding),精度能(néng)達到0.2%。工(gōng)控🔞機的(de)考核連(lián)🏒續持續(xu)了300h,無任(rèn)何故障(zhang)。對數據(jù)采集闆(pǎn)也進行(hang)了仔細(xi)㊙️的校核(he),證明了(le)💃🏻其高可(kě)靠性和(he)精度。
(2)流(liú)量計标(biāo)定對蒸(zheng)汽和水(shui)流量計(ji)分别用(yòng)水進行(hang)了标定(ding)。試驗在(zai)多相流(liu)實驗回(huí)路上完(wan)成,參考(kao)流量值(zhí)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻(或标準(zhǔn)流量)由(yóu)Coriolis質量流(liu)量✌️計測(ce)量,精度(du)0.05%。圖3、4分别(bié)爲蒸汽(qi)和水流(liu)量計的(de)标定‼️結(jie)果。最大(da)相對誤(wu)差均小(xiao)于0.57%。

(3)分流(liú)系數标(biāo)定在多(duo)相流實(shí)驗台上(shàng)用空氣(qi)-水模拟(ni)測量了(le)分流系(xì)數值,該(gāi)值爲0.01347,精(jing)度1.5%。試驗(yàn)Re=5×103～2.8×104。現場試(shi)驗證明(míng),蒸汽的(de)實際值(zhí)與該值(zhí)很接近(jin),可以作(zuo)爲現場(chǎng)校核的(de)基礎。随(sui)着🔞數據(jù)的積累(lei),可望完(wán)全通過(guò)室内試(shi)驗确定(dìng)儀表的(de)分流系(xì)數值。
(4)連(lian)機模拟(ni)測量試(shì)驗爲模(mó)拟注汽(qì)現場的(de)情況,在(zai)多相流(liu)實驗台(tái)上用空(kōng)氣-水代(dài)替蒸汽(qì)對測量(liang)儀做了(le)性能考(kao)核。由于(yú)空氣與(yu)蒸汽有(you)很大差(cha)異,試驗(yàn)隻是🙇‍♀️定(ding)性的,目(mù)的在于(yú)檢驗儀(yí)表的反(fan)應能力(lì)、二次儀(yí)表的穩(wen)定性和(hé)測量軟(ruan)件的可(kě)靠性。室(shì)内試驗(yàn)表明,亞(ya)臨界汽(qi)水兩相(xiàng)流量計(ji)完全達(dá)到設計(jì)要求。
2.現(xian)場應用(yong)情況
　　汽(qi)水兩相(xiàng)流量計(jì)在勝利(lì)油田坨(tuo)826井上進(jin)行了2井(jing)次🙇‍♀️的測(ce)試應用(yong),注汽中(zhong)最高壓(ya)力20.5MPa,平均(jun)18MPa左右,無(wú)節流現(xian)象,井口(kǒu)壓💜力與(yǔ)🔞鍋爐出(chū)口壓力(li)一緻,測(cè)試儀運(yun)行穩定(dìng),未發生(shēng)任何💔故(gù)障;汽✉️量(liàng)、水量的(de)測量信(xin)号曲線(xian)平穩,未(wèi)見明顯(xian)波動;流(liú)量幹度(du)指示值(zhí)穩定💔,無(wú)超過測(cè)量精度(du)的跳動(dòng);能靈敏(min)地♋反映(ying)鍋爐的(de)壓力、流(liu)量和幹(gan)度變化(hua),尤其對(dui)熄火、燒(shao)幹和燃(ran)燒變化(huà)反映🌏迅(xùn)速,與鍋(guo)爐報警(jǐng)信号😄同(tong)步;幹度(dù)測量值(zhi)與化驗(yàn)值相差(cha)小于3%,流(liú)量值在(zai)鍋爐給(gěi)定範圍(wei)内;自動(dòng)記錄測(ce)量結果(guo),自動存(cún)盤和生(sheng)成報表(biao),停電時(shí)未見數(shù)據丢失(shī)。通過測(cè)試能及(jí)時掌握(wo)注汽鍋(guo)爐的注(zhù)汽質量(liàng),提醒工(gōng)作人員(yuan)及時調(diao)整鍋爐(lú)運行狀(zhuang)況,确保(bǎo)高質量(liàng)的蒸🈲汽(qi)注🌈入油(you)井,提高(gao)了坨826井(jǐng)的試油(yóu)效果。
結(jié)論
(1)亞臨(lin)界汽水(shuǐ)兩相流(liú)量計用(yong)分流分(fèn)相法很(hen)好地解(jiě)決了亞(yà)♈臨界注(zhu)汽過程(chéng)中蒸汽(qì)流量和(hé)幹度計(jì)量問題(tí)。
(2)室内标(biāo)定和現(xiàn)場應用(yong)證明,該(gāi)流量計(jì)在其測(cè)量範圍(wéi)内,流✊量(liang)✔️測量誤(wù)差小于(yú)5%,幹度測(cè)量誤差(chà)小于6%,完(wan)全滿足(zú)現場應(ying)用要求(qiú)。
(3)該流量(liang)計測量(liang)過程與(yǔ)流體的(de)性質無(wú)關,既适(shì)合于亞(ya)臨界注(zhù)蒸汽測(ce)試,也适(shì)合于高(gāo)壓注蒸(zhēng)汽測試(shi)。
(4)該流量(liang)計具有(yǒu)測量範(fan)圍大、誤(wu)差小、工(gōng)作穩定(ding)及現場(chǎng)💯操作方(fang)便等優(you)點。它提(tí)升了汽(qi)-水兩相(xiang)流的測(ce)試水平(ping),可進一(yī)步⛱️在稠(chóu)油熱采(cǎi)注汽測(cè)試中推(tui)廣應用(yòng),爲提高(gao)稠油熱(re)🔴采開發(fā)效果提(tí)供了有(yǒu)力的保(bǎo)障手📱段(duan)。

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