蒸汽孔板流量計 符合油田應用標準
摘要：國內(nèi)外稠油油田開發(fā)主要采用蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)進行, 因此需要準確的了解所注入井底蒸汽的相關情況, 特別是流量計量和干度計量, 而多年來依靠現(xiàn)場人工計算蒸汽注入量一直未能獲得可靠準確的數(shù)據(jù), 從而造成注入蒸汽效率低、開采成本高等問題。本文通過對某油田特超稠油小井距、小井眼蒸汽計量系統(tǒng)的研究試驗, 尋找出一種適合稠油開采現(xiàn)狀的蒸汽計量產(chǎn)品來實現(xiàn)蒸汽注入量的計量。
1、濕蒸汽計量常用方法：
濕蒸汽計量是一個世界性難題, 經(jīng)過多年發(fā)展國內(nèi)外已相繼推出了多種蒸汽計量方法以及設備。
1.1、孔板噪音法：
該方法是依據(jù)兩相流流經(jīng)節(jié)流裝置時在孔板兩側產(chǎn)生差壓脈動, 國內(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系, 且噪聲與流體的流量和干度 (質(zhì)量含汽率) 密切相關。標準孔板公式為:
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為差壓波動程度;K為修正經(jīng)驗系數(shù)。
1.2、組合差壓流量計法：
此方法通過兩個差壓流量計所測量到的數(shù)據(jù), 根據(jù)差壓流量計的特性曲線, 計算出交點以確定注汽管線內(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, 差壓變送器把傳感器的差壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴市盘? 再輸送給智能流量積算控制儀進行分析計算出相應流量、干度數(shù)據(jù) (圖1) 。
圖1 組合差壓流量計法測量原理圖
1.3、彎管流量計法：
該方法是應用慣性原理, 即當流體流過直彎管時作類似圓周運動, 使管內(nèi)外兩側產(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。從而利用差壓變送器測量出這個差壓值, 然后通過必要的轉(zhuǎn)換、運算獲得流體的真實流量值。
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)過分離器進行分離, 分離出的蒸汽經(jīng)過汽相流量計進行計量, 同時分離出的液體經(jīng)過液相流量計進行計量, ***終將汽體與液體進行混合流入總管道。
1.5、渦街流量計法：
該方法是依據(jù)振蕩原理測量流量, 當所測流體流經(jīng)渦街流量變送器時產(chǎn)生旋渦, 旋渦的釋放頻率與流體平均速度及寬度相關, 從而通過頻率就可計算平均速度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量, 然后計算出注汽管線內(nèi)蒸汽的流量、干度等參數(shù)。
2、改進型錐形孔板流量計應用研究：
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)孔板流量計測量時很容易降低孔板強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量?；谏鲜鲈? 經(jīng)過長期研究及試驗, 設計出了錐形孔板流量計, 具備耐磨、自清潔等特點, 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)測量中應用。該流量計采用一個孔板同時測量流量和干度, 從孔板測量信號中同時提取兩個物理量, 即是均壓差值和差壓信號的均方根值 (即噪聲信號) 兩者都是流量和干度的函數(shù) (圖2) 。
圖2 孔板改進前后對比
來自壓力變送器和差壓 (流量) 變送器的4~20 m A直流信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換變成1~5 V直流電壓信號, 再經(jīng)A/D變換成數(shù)字量;機內(nèi)設有實時鐘表, 定時采樣得到的信號經(jīng)過數(shù)字濾波和統(tǒng)計估計獲得計量參數(shù)的值, 按照實用數(shù)學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臺蒸汽計量裝置, 對注入蒸汽的流量和干度進行24 h監(jiān)測。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, 以上四種方法實現(xiàn)對所選蒸汽計量設備的流量精度檢驗 (圖4) 。
圖3 流量計算機原理示意圖
圖4 試驗井位及安裝圖
表1 注氣量部分實驗數(shù)據(jù)
3、試驗結果及分析：
采用供應商調(diào)試階段、定干度調(diào)水量、定水量調(diào)干度、水量干度同時變化四個階段進行試驗, 確定裝置計量精度;根據(jù)錄取數(shù)據(jù)分析, 鍋爐出口干度控制在60%~78%, 錐形孔板流量計精度誤差控制在±8%, 達到了油田濕蒸汽計量的精度要求 (表1) 。