蒸汽孔板流量計(jì) 符合油田應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
摘要：國(guó)內(nèi)外稠油油田開發(fā)主要采用蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)進(jìn)行, 因此需要準(zhǔn)確的了解所注入井底蒸汽的相關(guān)情況, 特別是流量計(jì)量和干度計(jì)量, 而多年來依靠現(xiàn)場(chǎng)人工計(jì)算蒸汽注入量一直未能獲得可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù), 從而造成注入蒸汽效率低、開采成本高等問題。本文通過對(duì)某油田特超稠油小井距、小井眼蒸汽計(jì)量系統(tǒng)的研究試驗(yàn), 尋找出一種適合稠油開采現(xiàn)狀的蒸汽計(jì)量產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)蒸汽注入量的計(jì)量。
1、濕蒸汽計(jì)量常用方法：
濕蒸汽計(jì)量是一個(gè)世界性難題, 經(jīng)過多年發(fā)展國(guó)內(nèi)外已相繼推出了多種蒸汽計(jì)量方法以及設(shè)備。
1.1、孔板噪音法：
該方法是依據(jù)兩相流流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)在孔板兩側(cè)產(chǎn)生差壓脈動(dòng), 國(guó)內(nèi)外研究已證明差壓方根噪音的方差與分散相流量存在正比例關(guān)系, 且噪聲與流體的流量和干度 (質(zhì)量含汽率) 密切相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)孔板公式為:
式中:qm:質(zhì)量流量;C:流量系數(shù);β:孔板開孔與管道內(nèi)徑比;ε:熱膨脹系數(shù);d:孔板開孔;ρ:被測(cè)介質(zhì)密度;:孔板前后差壓。
兩相流模型:
式中:G液為液相流量;G氣為氣相流量;R為差壓波動(dòng)程度;K為修正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
1.2、組合差壓流量計(jì)法：
此方法通過兩個(gè)差壓流量計(jì)所測(cè)量到的數(shù)據(jù), 根據(jù)差壓流量計(jì)的特性曲線, 計(jì)算出交點(diǎn)以確定注汽管線內(nèi)蒸汽的流量、干度等參數(shù);一次元件傳感器用來采集流道中的差壓信號(hào), 差壓變送器把傳感器的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào), 再輸送給智能流量積算控制儀進(jìn)行分析計(jì)算出相應(yīng)流量、干度數(shù)據(jù) (圖1) 。
圖1 組合差壓流量計(jì)法測(cè)量原理圖
1.3、彎管流量計(jì)法：
該方法是應(yīng)用慣性原理, 即當(dāng)流體流過直彎管時(shí)作類似圓周運(yùn)動(dòng), 使管內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生差壓。該差壓值的大小與彎管的彎徑比、流體流速、流體密度、彎管管徑等相關(guān)。從而利用差壓變送器測(cè)量出這個(gè)差壓值, 然后通過必要的轉(zhuǎn)換、運(yùn)算獲得流體的真實(shí)流量值。
1.4、分流分相法：
主管道蒸汽經(jīng)過分配器, 將主管道的蒸汽按比例提取出一定比例的蒸汽, 然后經(jīng)過分離器進(jìn)行分離, 分離出的蒸汽經(jīng)過汽相流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量, 同時(shí)分離出的液體經(jīng)過液相流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量, ***終將汽體與液體進(jìn)行混合流入總管道。
1.5、渦街流量計(jì)法：
該方法是依據(jù)振蕩原理測(cè)量流量, 當(dāng)所測(cè)流體流經(jīng)渦街流量變送器時(shí)產(chǎn)生旋渦, 旋渦的釋放頻率與流體平均速度及寬度相關(guān), 從而通過頻率就可計(jì)算平均速度v。
1.6、全分離法：
此方法將注汽管線內(nèi)全部蒸汽通過分離器分離, 分離出的蒸汽和水分別計(jì)量, 然后計(jì)算出注汽管線內(nèi)蒸汽的流量、干度等參數(shù)。
2、改進(jìn)型錐形孔板流量計(jì)應(yīng)用研究：
由于稠油注采蒸汽溫度在280℃以上且存在雜質(zhì), 因此在用常規(guī)孔板流量計(jì)測(cè)量時(shí)很容易降低孔板強(qiáng)度造成開孔磨損或打壞, 還容易在孔板前端形成堆積物影響測(cè)量?；谏鲜鲈? 經(jīng)過長(zhǎng)期研究及試驗(yàn), 設(shè)計(jì)出了錐形孔板流量計(jì), 具備耐磨、自清潔等特點(diǎn), 從而使孔板噪聲法在蒸汽干度、含液煤層氣、含臟物凝析天然氣等介質(zhì)測(cè)量中應(yīng)用。該流量計(jì)采用一個(gè)孔板同時(shí)測(cè)量流量和干度, 從孔板測(cè)量信號(hào)中同時(shí)提取兩個(gè)物理量, 即是均壓差值和差壓信號(hào)的均方根值 (即噪聲信號(hào)) 兩者都是流量和干度的函數(shù) (圖2) 。
圖2 孔板改進(jìn)前后對(duì)比
來自壓力變送器和差壓 (流量) 變送器的4~20 m A直流信號(hào)經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換變成1~5 V直流電壓信號(hào), 再經(jīng)A/D變換成數(shù)字量;機(jī)內(nèi)設(shè)有實(shí)時(shí)鐘表, 定時(shí)采樣得到的信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波和統(tǒng)計(jì)估計(jì)獲得計(jì)量參數(shù)的值, 按照實(shí)用數(shù)學(xué)模型便可得蒸汽流量及干度 (圖3) 。
加密轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開發(fā)的4口加密小井眼井和5口老井改注汽井井口前安裝9臺(tái)蒸汽計(jì)量裝置, 對(duì)注入蒸汽的流量和干度進(jìn)行24 h監(jiān)測(cè)。通過調(diào)節(jié)鍋爐流量、干度及通過調(diào)節(jié)井口迷宮閥來調(diào)節(jié)單井流量, 以上四種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)所選蒸汽計(jì)量設(shè)備的流量精度檢驗(yàn) (圖4) 。
圖3 流量計(jì)算機(jī)原理示意圖
圖4 試驗(yàn)井位及安裝圖
表1 注氣量部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
3、試驗(yàn)結(jié)果及分析：
采用供應(yīng)商調(diào)試階段、定干度調(diào)水量、定水量調(diào)干度、水量干度同時(shí)變化四個(gè)階段進(jìn)行試驗(yàn), 確定裝置計(jì)量精度;根據(jù)錄取數(shù)據(jù)分析, 鍋爐出口干度控制在60%~78%, 錐形孔板流量計(jì)精度誤差控制在±8%, 達(dá)到了油田濕蒸汽計(jì)量的精度要求 (表1) 。
