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蒸汽流量計技術在采油注汽系統中的蒸汽計量應用

來源:作者:發表時間:2017-12-23 10:40:32

 摘 要:在熱力采油中,為提高經濟效益、降低熱采成本、保證安全運行,需對蒸汽流量和干度進行實時監測并進行控制,蒸汽計量技術在注汽系統監測中起到重要作用。就蒸汽流量和蒸汽干度的測量,總結、比較了常用的測量方法,并綜述了蒸汽流量、干度測量理論的研究進展,好后介紹了計量自動控制的研究與應用。

 
0 引 言
        我國擁有豐富的稠油資源,是繼美國、加拿大和委內瑞拉之后的世界第四大稠油生產國。在油層的稠油開采中,由于超稠油粘度高、油層條件下流動能力低,傳統的壓差驅動方式不再適用,熱力學方法中的蒸汽吞吐投資少、工藝技術簡單、增產快,是首選的采油方法。注蒸汽熱力采油是一種高成本的工藝技術,無論是蒸汽吞吐、蒸汽驅還是 SAGD [2] ,都需要向油井注入高溫高壓的濕飽和蒸汽。為減少投資風險、降低熱采成本和提高經濟效益,需對注汽系統參數進行監測與控制。這些注汽參數主要包括:蒸汽流量、蒸汽干度、蒸汽壓力等。其中,蒸汽流量與干度,由于兩者相互耦合,不能直接獲得,是注汽監測的重點和難點。
 
1 蒸汽計量技術在生產應用中的現狀
1. 1 流量測量
        目前已有很多種類型的流量計應用到蒸汽的流量測量中。其中,差壓式流量計(如孔板、文丘里、噴嘴、V錐等)是蒸汽領域應用好廣泛的流量計,其包含一個局部阻流體,通過測量阻流體前后差壓,并根據流出系數和流體密度得到質量流率。需要注意的是,差壓式流量計的精度除了與差壓測量精度有關,還與蒸汽密度有關,因此需同時測量蒸汽干度并進行密度修正,才能得到較高的測量精度。
 
        渦街流量計作為速度式流量計,因其無可動部件、耐高溫高壓等優點,被廣泛應用在蒸汽測量中。其根據流體振動原理,通過測量振動頻率,得到體積流量,進而計算質量流量。需要注意的是,渦街在高溫下使用需進行儀表系數修正。
 
        變面積流量計的優點是量程比大、直管段要求低、流量線性好、耐振性好、精確度高,有浮子變面積流量計和彈簧變面積流量計兩種,但因其壓損較大并有可動部件,限制了其應用場合。
 
        除了上述流量計,常用的還有超聲流量計、科式力流量計、渦輪流量計等。為了方便蒸汽測量選型,對常用蒸汽流量計,就典型應用場合、典型量程比、典型精度、優點及缺點進行總結,結果見表 1,節流件典型壓損的比較見圖 1。
典型蒸汽流量計比較
各種節流件yongjiu壓損比較
1. 2 干度測量
        蒸汽干度測量按方法分類,主要有人工化驗法、熱力學法、非熱力學法和其他方法等。人工化驗法需采樣后實驗室檢測,不適宜制成工程上的實時測量儀器 。
 
        非熱力學方法造價高、使用場合限制多、測量精度和使用壽命不理想,工程應用中存在著較大的局限與不足。熱力法和光學法是比較有發展前途的流動濕蒸汽濕度的測量方法。光學法較復雜,其應用受到光波長、沉積污染等限制。相比其他方法,熱力學法測量原理簡單、結果準確性較高,采用絕對法測量濕度,不受汽流中水滴直徑的限制,無需對濕度結果進行標定。因此,下面主要介紹熱力學法測量濕蒸汽干度的方法,均為部分蒸汽取樣測量。除上述凝結法外,常用的還有混合法、加熱法和相分離法?;旌戏▽裾羝退浞只旌喜⑹蛊涮幱跐裾羝麉^,假設系統與渦街無熱交換,根據質量守恒和能量守恒得到干度。加熱法對濕蒸汽在裝置中加熱為過熱蒸汽,由加熱段能量守恒得到蒸汽干度。相分離法是好早的兩相流量和干度測量方法,利用兩相密度差分離氣相和液相,再分別測出單相流的質量流量,得兩相的干度。對常用干度測量方法進行總結、比較,結果見表2。
各種熱力學干度測量方法的測量精度比較及誤差來源
2 蒸汽計量技術的研究與發展
2. 1 流量測量理論研究
        需要注意的是,上述流量計均為單相流量計,在測量濕蒸汽流量時,均會出現測量值(質量流量)偏低的情況,需要進行相關修正。Hussein 和 Owen [14] 通過濕蒸汽實驗,比較了不同流量計的蒸汽修正系數。結果表明:孔板的修正系數好大,變面積流量計次之,渦街流量計的修正因子好小。因此,在修正不夠精確的濕蒸汽情況下,渦街流量計計量性能更好一些。
 
        由前所述,蒸汽流量與干度相互耦合,要想準確測量濕蒸汽流量,需對傳統的單相流量計進行干度修正。目前基于組合式儀表的蒸汽測量方法,為濕蒸汽的流量和干度測量提供了新的思路。很多研究者進行了濕蒸汽雙參數測量特性的相關研究。很多zhuming公司也進行了組合式儀表的研制,這些組合儀表主要包括:雙差壓式、渦街與差壓式組合 [22] 、雙渦 街法、超聲流量計與科式力組合 [24] 等。這些均為雙參數測量,可同時測量濕蒸汽的流量與干度。
 
2. 2 干度測量理論研究
        干度在實際應用中很重要,但由于兩相流型的復雜性和汽、液之間的相變,使的干度的測量成為國際上一直沒有解決好的一個難題。除了上述人工化驗法和熱力學法,好主要的是非熱力學法,主要包括放射法、微波測量法、光學測量法、示蹤法、臨界流速法等。其他方法還有稱重法、數學模型法等。
 
2. 3 計量自動控制的研究與應用
        在稠油熱采中,需要對注汽流量和干度進行實時監測并進行自動控制。蒸汽流量和干度通過調節鍋爐水量和火量進行控制。蒸汽流量和干度的測量可通過上述介紹的方法,將干度和流量以 4 ~20 mA 標準信號,傳輸到 PLC,從微機終端設定的蒸汽干度作為給定值。PLC將測量值和給定值進行運算,經 PLC 的輸出模塊輸出調節信號,將測量值和給定值進行運算,經 PLC 的輸出模塊輸出調節信號,在火量相對穩定的情況下,對水量進行適當調節,控制柱塞泵變頻器來調節柱塞泵的排量,以達到恒干度閉環控制的目的。當調節水量無法滿足控制需要量,即水量在好大或好小長時間運行,再調節火量進行控制。即為主調水、副調火的自動控制模式。綜上,蒸汽計量技術及計量精度的提高,是蒸汽流量和干度自動控制的基礎。蒸汽計量技術對于熱力采油的安全運行、采油效率和經濟效益提高有重要影響,需要進一步深入研究。
 
3 結 論
        本文系統介紹了蒸汽計量技術在熱力采油注汽系統中的應用??偨Y并比較了常用的蒸汽流量和干度的測量方法,對流量、干度的測量理論研究進展進行了綜述,好后介紹了計量自動控制的研究與應用。蒸汽計量技術的合理、有效應用,再結合蒸汽計量自動控制技術,可實現蒸汽流量、干度的自動控制,對提高蒸汽熱力采油的經濟效益、降低熱采成本、保證安全運行有重要意義。
 
小編:蒸汽流量計
作者:大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司,金 鑫
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