孔板流量計用于蒸汽測量 發布時間：2018-07-02
摘要：錐形孔板流量計在稠油單井注汽中的應用，解決了常規流量計同時難以計量蒸汽流量和干度的問題，安裝簡單，操作方便。該流量計能實時測量單井注汽量和干度變化，能夠適應不同范圍干度和蒸汽的測量，給稠油開采地質動態分析提供了準確可靠的計量數據。根據蒸汽量的量程及最大差壓，為保證蒸汽流量和干度的測量準確度，建議最小流量工作在最大量程的3%以上。2010年百重七油田進行蒸汽驅試驗，采收率提高了6%。 流量計測量誤差大主要原因有：①蒸汽在輸送過程中存在相變，過熱蒸汽可能變為飽和蒸汽，飽和蒸汽可能變為汽、液兩態，給計量帶來很大誤差；②在蒸汽輸送過程中，去每口注汽井的支干線與輸送蒸汽的主干線的管線連接處，其蒸汽發生相分離現象，使去每口注汽井的蒸汽干度相差很大；③蒸汽流量計量和干度測量屬于多相流測量技術的一個分支，在管道輸送的含水蒸汽，可認為是一種氣液兩相流，在含水蒸汽中的蒸汽含氣率（干度）一般都在60％～95％，液相由冷凝水構成，且在與蒸汽交替變換，因此一般多相流測量裝置不用于含水蒸汽干度的測量；④傳統孔板流量計因蒸汽溫度高，降低了孔板的強度，很容易將孔板磨損和打壞，還容易在孔板前端形成堆積而影響測量。 針對以上原因，為保證注入蒸汽質量，在新疆油田應用了雙參數蒸汽流量計。 1系統結構及工作原理 1.1測量技術 用節流式差壓流量計測量混相流流量早在20世紀40年代已經開始，常用的節流件為孔板、噴嘴、文丘里管、彎頭等，其中又以孔板應用最多。混相流與單相流在流量測量上具有許多不同的特點，如混合物的密度不易確定，各相之間的流動速度不同，即產生所謂滑移，這些都與介質種類、工作狀態（壓力和溫度）、流速及管道狀況等有關，因此混相流的測量精度很難提高。它針對測量對象采取專門結構形式及數學模型來解決問題。 本裝置采用孔板噪音法測量原理。兩相流流過節流裝置時在孔板兩側產生差壓噪音（即差壓脈動）是兩相流的固有特性，與兩相流的流量質量含氣率密度相關。噪音是由于相濃度在空間的隨機分布所引起的，當流動遇有阻擋體（例如孔板）造成擾動時，噪音的幅度將進一步增強。假設分散相濃度分布的方差正比于其平均相濃度，在不考慮阻擋體擾動的條件下，應用兩相流分離流理論模型論證了節流裝置差壓方根噪音的方差近似正比于分散相流量，進而推導出利用噪音測量兩相流流量的理論模型。這一論證預示了可以根據簡單的理論模型用單一節流裝置實現兩相流測量。圖1為蒸汽兩相流量計結構。 1.2流型分析 根據流體的分相液速、氣相體積分率和不同流型的關系分析，可以掌握流量計在現場的運行情況。以下對流態進行分析，由于該流量計是水平安裝的，所以只分析水平流型。根據流型分類，現場蒸汽流形主要為分層流和霧狀流，其他流形很少見，不是主要影響因素，通過安裝整流器可以將流態調整規則，降低擾動性；同時整流器既有減小系統噪聲的功能，也有使波動更加平穩，提高計量精度和減小流態擾動的功能。 1.3技術改進 孔板流量計應用于兩相流測量，只適應于干凈介質。而蒸汽溫度很高，降低了孔板的強度，蒸汽中除冷凝水外還存在臟物，很容易將開孔磨損或打壞。除對孔板節流件的銳角有損傷外，還容易在孔板前端形成堆積物影響測量。基于上述原因，經過長期室內及現場試驗，研制出耐磨、自清潔的錐形孔板。 圖2為流體流動方向對比圖，圖3為改進后的模型和孔板圖。 2流量計算機及工作原理 圖4為流量計算機原理示意圖。 來自壓力變送器和差壓（流量）變送器的4～20mA直流信號經I/V轉換變成1～5V直流電壓信號，再經A/D變換成數字量；機內設有實時鐘表，定時采樣得到的信號經數字濾波和估計獲得計量參數的值，按照實用數學模型便可求得蒸汽流量及干度。 3現場應用 3.1計量性能測試 為了檢驗蒸汽流量計的計量性能，依據質量守恒定律，分析現場鍋爐供汽和單井注汽工藝。新疆油田百重七油田安裝了蒸汽流量計，采用將鍋爐進水與蒸汽流量計計量單井注汽量進行比對，以確定孔板流量計的準確度等級，測量數據見表1。 3.2蒸汽驅試驗 2010年百重七油田進行蒸汽驅試驗，在25口注汽井上安裝蒸汽流量計測量蒸汽流量和干度。在測量控制儀上能實時監測注汽的壓力、溫度和流量參數，計量性能滿足生產需求，給稠油開采提供了準確可靠的計量數據，提高了稠油采收率。2012年在風城油田的SAGD實驗區應用推廣。 3.3提升稠油采收率 通過對單井注入蒸汽的計量，發現單井吸汽能力有很大差異，因此蒸汽計量對稠油開采很有必要。百重七蒸汽驅試驗表明，根據地質生產要求控制好每口井的注汽量，給油井動態分析提供可靠的數據，能準確分析油井的情況，改變了傳統無控制方式注汽模式。百重七油田汽驅井試驗后采收率提高了6%。 4結論及建議 錐形孔板流量計在稠油單井注汽中的應用，解決了常規流量計同時難以計量蒸汽流量和干度的問題，安裝簡單，操作方便。該流量計能實時測量單井注汽量和干度變化，能夠適應不同范圍干度和蒸汽的測量，給稠油開采地質動態分析提供了準確可靠的計量數據。根據蒸汽量的量程及最大差壓，為保證蒸汽流量和干度的測量準確度，建議最小流量工作在最大量程的3%以上。 由于蒸汽溫度和壓力較高，針型閥門處的受壓和溫差較大，國產閥門性能相對較差，易泄漏，建議選用優質或進口品牌。
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