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  孔板流量计用于蒸汽测量
  发布时间:2018-07-02

摘要:锥形孔板流量计在稠油单井注汽中的应用,解决了常规流量计同时难以计量蒸汽流量和干度的问题,安装简单,操作方便。该流量计能实时测量单井注汽量和干度变化,能够适应不同范围干度和蒸汽的测量,给稠油开采地质动态分析提供了准确可靠的计量数据。根据蒸汽量的量程及最大差压,为保证蒸汽流量和干度的测量准确度,建议最小流量工作在最大量程的3%以上。2010年百重七油田进行蒸汽驱试验,采收率提高了6%。
  流量计测量误差大主要原因有:①蒸汽在输送过程中存在相变,过热蒸汽可能变为饱和蒸汽,饱和蒸汽可能变为汽、液两态,给计量带来很大误差;②在蒸汽输送过程中,去每口注汽井的支干线与输送蒸汽的主干线的管线连接处,其蒸汽发生相分离现象,使去每口注汽井的蒸汽干度相差很大;③蒸汽流量计量和干度测量属于多相流测量技术的一个分支,在管道输送的含水蒸汽,可认为是一种气液两相流,在含水蒸汽中的蒸汽含气率(干度)一般都在60%~95%,液相由冷凝水构成,且在与蒸汽交替变换,因此一般多相流测量装置不用于含水蒸汽干度的测量;④传统孔板流量计因蒸汽温度高,降低了孔板的强度,很容易将孔板磨损和打坏,还容易在孔板前端形成堆积而影响测量。
  针对以上原因,为保证注入蒸汽质量,在新疆油田应用了双参数蒸汽流量计。
1系统结构及工作原理
1.1测量技术
  用节流式差压流量计测量混相流流量早在20世纪40年代已经开始,常用的节流件为孔板、喷嘴、文丘里管、弯头等,其中又以孔板应用最多。混相流与单相流在流量测量上具有许多不同的特点,如混合物的密度不易确定,各相之间的流动速度不同,即产生所谓滑移,这些都与介质种类、工作状态(压力和温度)、流速及管道状况等有关,因此混相流的测量精度很难提高。它针对测量对象采取专门结构形式及数学模型来解决问题。
  本装置采用孔板噪音法测量原理。两相流流过节流装置时在孔板两侧产生差压噪音(即差压脉动)是两相流的固有特性,与两相流的流量质量含气率密度相关。噪音是由于相浓度在空间的随机分布所引起的,当流动遇有阻挡体(例如孔板)造成扰动时,噪音的幅度将进一步增强。假设分散相浓度分布的方差正比于其平均相浓度,在不考虑阻挡体扰动的条件下,应用两相流分离流理论模型论证了节流装置差压方根噪音的方差近似正比于分散相流量,进而推导出利用噪音测量两相流流量的理论模型。这一论证预示了可以根据简单的理论模型用单一节流装置实现两相流测量。图1为蒸汽两相流量计结构。
孔板了流量计蒸汽两相流量计结构
1.2流型分析
  根据流体的分相液速、气相体积分率和不同流型的关系分析,可以掌握流量计在现场的运行情况。以下对流态进行分析,由于该流量计是水平安装的,所以只分析水平流型。根据流型分类,现场蒸汽流形主要为分层流和雾状流,其他流形很少见,不是主要影响因素,通过安装整流器可以将流态调整规则,降低扰动性;同时整流器既有减小系统噪声的功能,也有使波动更加平稳,提高计量精度和减小流态扰动的功能。
1.3技术改进
  孔板流量计应用于两相流测量,只适应于干净介质。而蒸汽温度很高,降低了孔板的强度,蒸汽中除冷凝水外还存在脏物,很容易将开孔磨损或打坏。除对孔板节流件的锐角有损伤外,还容易在孔板前端形成堆积物影响测量。基于上述原因,经过长期室内及现场试验,研制出耐磨、自清洁的锥形孔板。
图2为流体流动方向对比图,图3为改进后的模型和孔板图。
改进后的模型和孔板流量计
2流量计算机及工作原理
图4为流量计算机原理示意图。
孔板流量计计算机原理示意图
  来自压力变送器和差压(流量)变送器的4~20mA直流信号经I/V转换变成1~5V直流电压信号,再经A/D变换成数字量;机内设有实时钟表,定时采样得到的信号经数字滤波和估计获得计量参数的值,按照实用数学模型便可求得蒸汽流量及干度。
3现场应用
3.1计量性能测试
  为了检验蒸汽流量计的计量性能,依据质量守恒定律,分析现场锅炉供汽和单井注汽工艺。新疆油田百重七油田安装了蒸汽流量计,采用将锅炉进水与蒸汽流量计计量单井注汽量进行比对,以确定孔板流量计的准确度等级,测量数据见表1。
3.2蒸汽驱试验
  2010年百重七油田进行蒸汽驱试验,在25口注汽井上安装蒸汽流量计测量蒸汽流量和干度。在测量控制仪上能实时监测注汽的压力、温度和流量参数,计量性能满足生产需求,给稠油开采提供了准确可靠的计量数据,提高了稠油采收率。2012年在风城油田的SAGD实验区应用推广。
3.3提升稠油采收率
  通过对单井注入蒸汽的计量,发现单井吸汽能力有很大差异,因此蒸汽计量对稠油开采很有必要。百重七蒸汽驱试验表明,根据地质生产要求控制好每口井的注汽量,给油井动态分析提供可靠的数据,能准确分析油井的情况,改变了传统无控制方式注汽模式。百重七油田汽驱井试验后采收率提高了6%。

4结论及建议
  锥形孔板流量计在稠油单井注汽中的应用,解决了常规流量计同时难以计量蒸汽流量和干度的问题,安装简单,操作方便。该流量计能实时测量单井注汽量和干度变化,能够适应不同范围干度和蒸汽的测量,给稠油开采地质动态分析提供了准确可靠的计量数据。根据蒸汽量的量程及最大差压,为保证蒸汽流量和干度的测量准确度,建议最小流量工作在最大量程的3%以上。
  由于蒸汽温度和压力较高,针型阀门处的受压和温差较大,国产阀门性能相对较差,易泄漏,建议选用优质或进口品牌。

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