油田蒸汽流量計的計算方法及改進型錐形孔板流量計應(yīng)用研究

 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(guān)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)狀的蒸汽流量計計量產(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(shè)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(cè)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(guān)系，且噪聲與流體的流量和干度（質(zhì)量含汽率）密切相關(guān)。標準孔板公式為：

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；DP：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(yīng)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(yīng)用慣性原理，即當(dāng)流體流過直彎管時作類似圓周運動，使管內(nèi)外兩側(cè)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(guān)。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，最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(dāng)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(guān)，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(yīng)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(shè)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(yīng)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 mA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(shè)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(xué)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(shè)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