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,因此在實際生產過程中, 90%以上依靠蒸汽吞吐或蒸汽驅動進行稠油開采。但注入蒸汽的計量問題一直困擾著稠油生產,依靠人工經驗計算的蒸汽注入量精度不高,因此在實際生產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,然后經過分離,分離出的蒸汽經過氣體流量計進行計量,同時分離出的液體經過液體流量計,最終經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據。此套計量儀所有計量參數精度可以達到5%以內。

稠油;分流分相;蒸汽;蒸汽流量干度計量儀

0 引 言

隨著國內稠油資源的不斷勘探和開發,熱采注汽壓力溫度越來越高,超臨界鍋爐已開始在油田應用,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,各種測量信號的脈動特性基本消失,不同節流元件的差壓信號特性也趨于相同,因而導致現有的基于脈動原理(或動態法)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多相流量的傳感器;流動過程很不穩定,測量儀表信號的可靠性、穩定性非常差;受流態影響大,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 設計原理

a)蒸汽流量干度計量儀的設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(發明專利,專利號: zl200410025900.8),設計原理如圖2所示。

圖2 分流分相式兩相流體流量測量方法

主管道蒸汽經過分配器時提取出一定比例的蒸汽,然后經過分離器進行分離,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 K。

上式決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)。蒸汽分配器結構如圖3所示,蒸汽通過入口進入分配器,蒸汽流動動能帶動轉輪旋轉,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——轉輪角速度;R——轉輪半徑;Δt——采樣時間;T——旋轉一周所用時間;L——取樣段長度。

圖3 蒸汽分配器結構

經過計算發現由于分配器的內部構造決定了分配器的 K只與分流回路的開口長度以及分配器的R有關系,而這兩相,一旦分配器設計、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,分配器內部出口旋轉一周;而在這一周內,采樣時間為Δt。如圖5所示,每個Δt內所采樣的流量分配到對應的采樣周期 T內,得到圖5所示分流回路平均流量,即圖5可以在誤差范圍內反應圖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、穩定,測量精度高,測量結果與流型無關,測量精度接近單相流量計;造價低,相當于2臺單相流量計;80%的技術是現有的成熟技術。

3 結束語

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于一種數據采樣過程,代表性高;分配器結構簡單,運轉平穩可靠;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;分流系數的理論值只取決于結構參數,實測值高于理論值;在實驗范圍內,氣體流速和液體含油率對分流系數沒有明顯的影響;在該文實驗范圍內,應用標定的分流系數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,克服了現有注汽系統存在的弊端,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節,使得同時注汽的油井可以實現按需分配;整個系統采用撬裝式結構,適應油田的滾動開發。

[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[M].劉樹棠,譯.西安:西安交通大學出版社,1998:32.

[3] 車得福,李會雄.多相流及其應用[M].西安:西安交通大學出版社,2007:15.

[4] 國家石油和化學工業局.SH 3005-1999石油化工自動化儀表選型設計規范[S].北京:中國石化出版社,1999.

[5] 國家石油和化學工業局.HG/T 20700-2000可編程控制器系統工程設計規定[S].北京:化學工業出版社,2001.

[6] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M]. 3版.北京:化學工業出版社,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:清華大學出版社,2001.

[10] 林宗虎.能源動力中多相流熱物理基礎理論與技術研究[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品的研發,2007年帶領技術人員開發了35 kV小型橇裝式開關站,獲得國家專利,并獲得新疆油田公司科技進步二等獎,該產品榮獲自治區高新技術產品稱號。