新型油田熱采蒸汽流量干度計量儀

施海青,楊 力,談建平

(新疆華隆油田科技股份有限責(zé)任公司,新疆克拉瑪依 834000)

新型油田熱采蒸汽流量干度計量儀

施海青,楊 力,談建平

(新疆華隆油田科技股份有限責(zé)任公司,新疆克拉瑪依 834000)

由于稠油的黏度大、流動性差、凝固點高等因素決定了稠油難以像稀油那樣直接采出,因此在實際生產(chǎn)過程中, 90%以上依靠蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)動進行稠油開采。但注入蒸汽的計量問題一直困擾著稠油生產(chǎn),依靠人工經(jīng)驗計算的蒸汽注入量精度不高,因此在實際生產(chǎn)過程中造成蒸汽利用率低、浪費大等問題。新型油田熱采蒸汽流量干度計量儀,采用分流分相式兩相流體流量測量方法:從注汽管道提取一定比例的蒸汽,然后經(jīng)過分離,分離出的蒸汽經(jīng)過氣體流量計進行計量,同時分離出的液體經(jīng)過液體流量計,最終經(jīng)過分離方程進行運算,計算出主管道蒸汽流量、干度、溫度等一系列油田所需數(shù)據(jù)。此套計量儀所有計量參數(shù)精度可以達到5%以內(nèi)。

稠油;分流分相;蒸汽;蒸汽流量干度計量儀

0 引 言

隨著國內(nèi)稠油資源的不斷勘探和開發(fā),熱采注汽壓力溫度越來越高,超臨界鍋爐已開始在油田應(yīng)用,亞臨界注汽鍋爐已得到大量推廣。但是注入單井蒸汽的流量、干度測量問題卻始終沒有得到很好的解決。主要原因是隨著注汽壓力的提高,蒸汽與水的特性更進一步接近,蒸汽—水兩相流體的流動過程更趨向平穩(wěn),各種測量信號的脈動特性基本消失,不同節(jié)流元件的差壓信號特性也趨于相同,因而導(dǎo)致現(xiàn)有的基于脈動原理(或動態(tài)法)和組合原理的兩相流儀表基本失效,為從根本上解決這一難題,必須尋求新的測量原理。

1 存在的問題

a)兩相流流量計一直難以攻克,主要問題:兩相共存,一起流動,很難找到能準確感應(yīng)多相流量的傳感器;流動過程很不穩(wěn)定,測量儀表信號的可靠性、穩(wěn)定性非常差;受流態(tài)影響大,適用范圍小,通用性差;流量標定和標準化困難重重。

b)油田稠油熱采過程中的注入蒸汽難以計量,使得實際注入每口單井的蒸汽成為未知量,給油藏分析帶來不便,同時,蒸汽利用率很低,造成極大的浪費。

2 設(shè)計原理

a)蒸汽流量干度計量儀的設(shè)計理念來源于電路中電流的測量原理,如圖1所示。通過R與r的配比使得部分成比例電流流經(jīng)測量表,通過測量分流電流來計算主電路電流,即通過測量儀表來測量較強或較大的信號。

圖1 電路電流測量原理

b)蒸汽流量干度計量儀采用分流分相式兩相流體流量測量方法(發(fā)明專利,專利號: zl200410025900.8),設(shè)計原理如圖2所示。

圖2 分流分相式兩相流體流量測量方法

主管道蒸汽經(jīng)過分配器時提取出一定比例的蒸汽,然后經(jīng)過分離器進行分離,分離出的蒸汽由氣體流量計進行計量,分離出的液體由液體流量計進行計量,最終將汽體與液體進行混合流入總管道。分流量大小由主管路與支路阻力件匹配決定分流系數(shù) K。

上式?jīng)Q定了分離出來的蒸汽必須有以下特點:

1)分流比例的恒定(K=常數(shù))。蒸汽分配器結(jié)構(gòu)如圖3所示,蒸汽通過入口進入分配器,蒸汽流動動能帶動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn),蒸汽由哨子口噴出,采樣部分從分流回路流出,未采樣部分流回主流回路。

式中 ω——轉(zhuǎn)輪角速度;R——轉(zhuǎn)輪半徑;Δt——采樣時間;T——旋轉(zhuǎn)一周所用時間;L——取樣段長度。

圖3 蒸汽分配器結(jié)構(gòu)

經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)由于分配器的內(nèi)部構(gòu)造決定了分配器的 K只與分流回路的開口長度以及分配器的R有關(guān)系,而這兩相,一旦分配器設(shè)計、制造完成,K將不受外界流體的影響,將是一個恒定值。

2)分流樣品的代表性。如圖4所示,在一個采樣周期 T內(nèi),分配器內(nèi)部出口旋轉(zhuǎn)一周;而在這一周內(nèi),采樣時間為Δt。如圖5所示,每個Δt內(nèi)所采樣的流量分配到對應(yīng)的采樣周期 T內(nèi),得到圖5所示分流回路平均流量,即圖5可以在誤差范圍內(nèi)反應(yīng)圖4所顯示的曲線。

圖4 多相流量隨時間的變化曲線

圖5 分流回路內(nèi)的流量

式中 qm1——總流量;qm2——分流量。

從上式計算可知分流樣品具有很高的代表性。

3)分流分相式兩相流體流量測量方法的優(yōu)點:可以采用很小的分離器把多相混合物分離成單相流體,然后用單相流量計測量其流量;測量信號可靠、穩(wěn)定,測量精度高,測量結(jié)果與流型無關(guān),測量精度接近單相流量計;造價低,相當(dāng)于2臺單相流量計;80%的技術(shù)是現(xiàn)有的成熟技術(shù)。

3 結(jié)束語

新型油田熱采蒸汽流量干度計量儀,采用分流分相式兩相流體流量測量方法,此方法的采樣分流過程相當(dāng)于一種數(shù)據(jù)采樣過程,代表性高;分配器結(jié)構(gòu)簡單,運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠;采用分流的方法使得分離器的體積大幅度地縮小,基本接近普通單相流量計的大小;分流系數(shù)的理論值只取決于結(jié)構(gòu)參數(shù),實測值高于理論值;在實驗范圍內(nèi),氣體流速和液體含油率對分流系數(shù)沒有明顯的影響;在該文實驗范圍內(nèi),應(yīng)用標定的分流系數(shù)確定蒸汽的總流量時,其不確定度小于3.82%。

蒸汽干度流量計量裝置的開發(fā),克服了現(xiàn)有注汽系統(tǒng)存在的弊端,可以使得注入每口井的蒸汽流量及干度成為可知量,并可以按照需求進行流量調(diào)節(jié),使得同時注汽的油井可以實現(xiàn)按需分配;整個系統(tǒng)采用撬裝式結(jié)構(gòu),適應(yīng)油田的滾動開發(fā)。

[1] 談建平.蒸汽流量干度計量裝置說明書V2.0[G].新疆:新疆華隆油田科技股份有限公司,2009.

[2] 奧本海姆.A.V.信號與系統(tǒng)[M].劉樹棠,譯.西安:西安交通大學(xué)出版社,1998:32.

[3] 車得福,李會雄.多相流及其應(yīng)用[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2007:15.

[4] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.SH 3005-1999石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,1999.

[5] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.HG/T 20700-2000可編程控制器系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定[S].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[6] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M]. 3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[7] 徐濟鋆.兩相流與沸騰傳熱[M].北京:原子能出版社,1993.

[8] D.巴特沃思,陳學(xué)俊,陳聽寬,等.兩相流與傳熱[M].北京:原子能出版社,1991.

[9] 魯鐘琪.兩相流與沸騰傳熱[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[10] 林宗虎.能源動力中多相流熱物理基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究[M].北京:中國電力出版社,2010.

The New Type of Flowmeter for Steam-Water Used in Oilfields

Shi Haiqing,Yang Li,Tan Jianping
(The Xinjiang Hualong Oilfield Tech.Co.Ltd.,Karamay,834000,China)

Because high viscosity,poor mobility,higher freezing point etc.factors of thick oil it can not be directly extracted out like the light oil,in the practical production almost 90%of thick oil is extracted out to rely on steam expelling.The measurement of injection steam is puzzled.The amount of steam to base on human experience calculation is low accuracy.Therefore in the actual production it causes low utilization and huge waste of steam.New type of the flowmeter for steam water flow in oilfield,with two phases flowrate measurement method.When steam from boiler through the allotter,will be extract a part of steam with certain proportion,then after separator,the separated steam measured with the steam flow meter,and the separated liquid measured with the liquid flow meter.At last through liquid separation equation the main steam flowrate,dry degree,temperature in the main pipeline and so on a series of oilfield needs data are calculated.The accuracy of this meter can reach within 5%.

thick oil;extracting and separating;steam;meter for steam-water flow and quality

TH814

B

1007-7324(2011)01-0065-03

2010-11-22(修改稿)。

施海青,長期從事油田自動化產(chǎn)品的研發(fā),2007年帶領(lǐng)技術(shù)人員開發(fā)了35 kV小型橇裝式開關(guān)站,獲得國家專利,并獲得新疆油田公司科技進步二等獎,該產(chǎn)品榮獲自治區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)品稱號。