新型油田热采蒸汽流量干度计量仪

施海青,杨 力,谈建平

(新疆华隆油田科技股份有限责任公司,新疆克拉玛依 834000)

新型油田热采蒸汽流量干度计量仪

施海青,杨 力,谈建平

(新疆华隆油田科技股份有限责任公司,新疆克拉玛依 834000)

由于稠油的黏度大、流动性差、凝固点高等因素决定了稠油难以像稀油那样直接采出,因此在实际生产过程中, 90%以上依靠蒸汽吞吐或蒸汽驱动进行稠油开采。但注入蒸汽的计量问题一直困扰着稠油生产,依靠人工经验计算的蒸汽注入量精度不高,因此在实际生产过程中造成蒸汽利用率低、浪费大等问题。新型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:从注汽管道提取一定比例的蒸汽,然后经过分离,分离出的蒸汽经过气体流量计进行计量,同时分离出的液体经过液体流量计,最终经过分离方程进行运算,计算出主管道蒸汽流量、干度、温度等一系列油田所需数据。此套计量仪所有计量参数精度可以达到5%以内。

稠油;分流分相;蒸汽;蒸汽流量干度计量仪

0 引 言

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。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。

1 存在的问题

a)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。

b)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。

2 设计原理

a)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。

图1 电路电流测量原理

b)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。

图2 分流分相式两相流体流量测量方法

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。

图3 蒸汽分配器结构

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。

图4 多相流量随时间的变化曲线

图5 分流回路内的流量

式中 qm1——总流量;qm2——分流量。

从上式计算可知分流样品具有很高的代表性。

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。

3 结束语

新型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,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。

[1] 谈建平.蒸汽流量干度计量装置说明书V2.0[G].新疆:新疆华隆油田科技股份有限公司,2009.

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[3] 车得福,李会雄.多相流及其应用[M].西安:西安交通大学出版社,2007:15.

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[5] 国家石油和化学工业局.HG/T 20700-2000可编程控制器系统工程设计规定[S].北京:化学工业出版社,2001.

[6] 陆德民,张振基,黄步余.石油化工自动控制设计手册[M]. 3版.北京:化学工业出版社,2000.

[7] 徐济鋆.两相流与沸腾传热[M].北京:原子能出版社,1993.

[8] D.巴特沃思,陈学俊,陈听宽,等.两相流与传热[M].北京:原子能出版社,1991.

[9] 鲁钟琪.两相流与沸腾传热[M].北京:清华大学出版社,2001.

[10] 林宗虎.能源动力中多相流热物理基础理论与技术研究[M].北京:中国电力出版社,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,长期从事油田自动化产品的研发,2007年带领技术人员开发了35 kV小型橇装式开关站,获得国家专利,并获得新疆油田公司科技进步二等奖,该产品荣获自治区高新技术产品称号。