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涡街流量计油田热采蒸汽流量计量方法

  随着国内稠油资源的不断勘探和开发,热采注汽压力温度越来越高,超临界锅炉已开始在油田应用,亚临界注汽锅炉已得到大量推广。但是注入单井蒸汽的流量、干度测量问题却始终没有得到很好的解决。涡街流量计主要原因是随着注汽压力的提高,蒸汽与水的特性更进一步接近,蒸汽)水两相流体的流动过程更趋向平稳,各种测量信号的脉动特性基本消失,不同节流元件的差压信号特性也趋于相同,因而导致现有的基于脉动原理(或动态法)和组合原理的两相流仪表基本失效,为从根本上解决这一难题,必须寻求新的测量原理。
涡街流量计存在的问题
1、两相流流量计一直难以攻克,主要问题:两相共存,一起流动,很难找到能准确感应多相流量的传感器;流动过程很不稳定,测量仪表信号的可靠性、稳定性非常差;受流态影响大,适用范围小,通用性差;流量标定和标准化困难重重。
2、油田稠油热采过程中的注入蒸汽难以计量,使得实际注入每口单井的蒸汽成为未知量,给油藏分析带来不便,同时,蒸汽利用率很低,造成极大的浪费。
涡街流量计设计原理
1、蒸汽流量干度计量仪的设计理念来源于电路中电流的测量原理,如图1所示。通过R与r的配比使得部分成比例电流流经测量表,通过测量分流电流来计算主电路电流,即通过测量仪表来测量较强或较大的信号。
2、蒸汽流量干度计量仪采用分流分相式两相流体流量测量方法(发明专利,专利号:zl200410025900.8),设计原理如图2所示。
  主管道蒸汽经过分配器时提取出一定比例的蒸汽,然后经过分离器进行分离,分离出的蒸汽由气体流量计进行计量,分离出的液体由液体流量计进行计量,最终将汽体与液体进行混合流入总管道。分流量大小由主管路与支路阻力件匹配决定分流系数K。
  上式决定了分离出来的蒸汽必须有以下特点:
1、分流比例的恒定(K=常数)。蒸汽分配器结构如图3所示,蒸汽通过入口进入分配器,蒸汽流动动能带动转轮旋转,蒸汽由哨子口喷出,采样部分从分流回路流出,未采样部分流回主流回路。
式中 ω——转轮角速度;R——转轮半径;Δt——采样时间;T——旋转一周所用时间;L——取样段长度。
  经过计算发现由于分配器的内部构造决定了分配器的K只与分流回路的开口长度以及分配器的R有关系,而这两相,一旦分配器设计、制造完成,K将不受外界流体的影响,将是一个恒定值。
2、分流样品的代表性。如图4所示,在一个采样周期T内,分配器内部出口旋转一周;而在这一周内,采样时间为Δt。如图5所示,每个Δt内所采样的流量分配到对应的采样周期T内,得到图5所示分流回路平均流量,即图5可以在误差范围内反应图4所显示的曲线。
3、分流分相式两相流体流量测量方法的优点:可以采用很小的分离器把多相混合物分离成单相流体,然后用单相流量计测量其流量;测量信号可靠、稳定,测量精度高,测量结果与流型无关,测量精度接近单相流量计;造价低,相当于2台单相流量计;80%的技术是现有的成熟技术。
  新型涡街流量计油田热采蒸汽流量干度计量仪,采用分流分相式两相流体流量测量方法,涡街流量计此方法的采样分流过程相当于一种数据采样过程,代表性高;分配器结构简单,运转平稳可靠;采用分流的方法使得分离器的体积大幅度地缩小,基本接近普通单相流量计的大小;分流系数的理论值只取决于结构参数,实测值高于理论值;在实验范围内,气体流速和液体含油率对分流系数没有明显的影响;在该文实验范围内,应用标定的分流系数确定蒸汽的总流量时,其不确定度小于3.82%。
  蒸汽干度流量计量装置的开发,克服了现有注汽系统存在的弊端,可以使得注入每口井的蒸汽流量及干度成为可知量,并可以按照需求进行流量调节,使得同时注汽的油井可以实现按需分配;整个系统采用撬装式结构,适应油田的滚动开发。

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