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蒸汽流量計

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蒸汽流量計在稠油 SAGD 開采中的應用研究

來源:作者:發表時間:2020-01-02

    摘要 :傳統標準孔板流量計應用廣泛,但存在很多不足。首先通過對標準孔板蒸汽流量計在現場應用的誤差分析,找到對測量結果影響較大的影響因素。然后經過長期室內及現場試驗,研制出耐磨、自清潔的錐形孔板,該設備結構彌補了傳統孔板流量計的不足。錐型孔板流量計在稠油 SAGD 的現場應用統計數據顯示,改進后的錐形蒸汽流量計能夠準確的計量蒸汽流量和干度,測量誤差大幅縮小,能夠較好的適應 SAGD 高干度蒸汽計量的要求。

    1 蒸汽計量的發展概況
    流量計的類型有很多,適合蒸汽計量應用的流量計有孔板流量計、透平流量計(包括旁通流量計)、變面積流量計、彈簧負載變面積流量計、直接在線(DIVA)變面積流量計、畢托管流量計、渦街流量計,每一種流量計都有自身的優缺點,目前,測量蒸汽流量的儀表主要有渦輪流量計、差壓式(孔板、均速管、彎管)流量計、分流旋翼式流量計等。

    2 標準孔板蒸汽流量計應用評價
    2.1 設備本身的影響
    (1)流出系數 C。流出系數 C 是表征孔板節流裝置特性的主要參數,是雷諾數 Re 和 β 的函數。流出系數C隨著流量的增大而減小,實際流量越小于刻度流量,則 C 引起的流量誤差會越大。相關文獻計算得出,C 的變化范圍為 ±0.0197%%~±0.1791%,其對計量結果帶來的誤差很小。

    (2)蒸汽膨脹系數。差壓式流量計產生一定的差壓,在節流件的下游靜壓降低,因而出現流束膨脹,流束的這種膨脹使得節流裝置的輸出(差壓)—輸入(流量)關系產生同不可壓縮流體之間的偏差,從而帶來計量誤差。膨脹系數 的百分誤差為)±4)%。實際生產測得的壓差一般在 70~80 kPa 范圍內,靜壓在 8 MPa 左右。可計算出 的誤差約為 0.04%,該誤差可以忽略不計。

    (3)密度。在其他參數不變情況下,蒸氣的流量與其密度的平方根成正比關系。從報表數據上得出,注氣壓力絕大部分分布在 5~8 MPa 之間。運用回歸方程可計算出注氣壓力 5 MPa 和 8 MPa 時注入蒸汽密度分別為 25.39 kg/m 3 和 42.58 kg/m 3 ,進而得到誤差極值可達13.6%~29.5%,是蒸汽計量誤差的主要來源之一。

    (4)孔板內徑 d 和管徑 D。在計量水蒸氣流量時,實際工況下的溫度與設計工況溫度的偏差會導致 d 的變化,從而帶來計量誤差,溫度偏差越大,則 d 的變化越大,產生的計量誤差也越大。以孔板材料 1Crl8Ni9Ti 為例,a=17.2×10 -6 /℃,SAGD 實際工作溫度為 270~300 ℃。則計算 d 帶來的相對誤差極值為 0.052%~0.1%,可忽略不計。

    2.2 工作狀態的影響
    標準孔板在實際工作過程中,被測量介質的各種參數(如溫度、壓力、密度、粘度等)與標準孔板的額定數值有所不同。如在常溫附近時,若被測量介質為蒸汽,溫度每變化 10 ℃,蒸汽的密度則變化 3% 左右 ;在 1個大氣壓下,被測蒸汽壓力每變化 10 Pa,密度則變化10% 左右。所以在用標準孔板測量蒸汽時,必須考慮蒸汽溫度和壓力的變化,進行適當的修正。
  
    3 改進的錐型孔板流量計
    3.1 錐型孔板流量計特點
    為提高計量的準確性,對 SAGD 實驗區經過長期室內及現場試驗,研制出耐磨、自清潔的錐形孔板,確定了孔板噪聲法在蒸汽干度、含贓物凝析天然氣、含液煤層氣中的應用,解決了標準節流元件測量的原有問題。該結構與標準孔板相比具有壓損小、自清潔、抗磨損功能,節流件上、下游不會出現液相累積,避免了液相斷續通過節流件而導致很大附加阻力和差壓波動,影響測量精度。獨特的錐型孔板結構和厚度的增加能有效避免孔板撓曲及氣體沖刷(圖 1)。

 

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    3.2 稠油現場應用分析
    根據錐型孔板流量計在稠油 SAGD 的應用數據,將瞬時蒸汽流量與累計平均流量、瞬時干度與累計平均干度、瞬時蒸汽流量與鍋爐流量、累計平均流量與鍋爐流量、瞬時干度與鍋爐干度、累計平均干度與鍋爐干度、瞬時流量誤差與累計流量誤差、瞬時干度誤差與累計平均干度誤差繪成散點圖(圖 2 - 圖 5)。

 

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    從繪制的散點曲線圖中可以看出,流量計的瞬時流量、瞬時干度基本能夠代表累計流量和累計干度,二者之間誤差較小 ;瞬時流量與累計流量曲線均與鍋爐流量曲線一致 ;瞬時干度與累計平均干度曲線稍低于鍋爐干度,瞬時流量對比誤差與本次累計流量對比誤差曲線趨勢一致,瞬時干度對比誤差與本次累計平均干度誤差圖曲線趨勢一致。將瞬時值對比能夠代表累計值對比,二者平均誤差在 0.3%,大部分誤差在 3% ;單井累加流量值與鍋爐流量累加值平均誤差在 2% 以內,且分布較穩定,沒有大的波動 ;單井干度平均值與鍋爐干度平均值誤差在 8% 以內。說明現場安裝的蒸汽流量計能夠準確的計量蒸汽流量和干度,能夠較好的適應 SAGD 高干度蒸汽計量的要求。

    4 結論
    (1)傳統標準孔板流量計應用廣泛,但存在很多不足,經改進的錐型孔板則彌補了傳統孔板流量計的不足。

    (2)稠油 SAGD 單井蒸汽計量總和與鍋爐計量值之間存在一定誤差,從數值上看,兩者之間相差 0~31.7 t 不等。從誤差率來分析,兩者之間的誤差率在 0~9.8% 之間波動,但是經過平均取值后其誤差率已降至為 0。

    (3)錐型孔板流量計在稠油 SAGD 的現場應用數據表明,瞬時值對比能夠代表累計值對比,二者平均誤差在 0.3%,大部分誤差在 3% ;單井累加流量值與鍋爐流量累加值平均誤差在 2% 以內 ;單井干度平均值與鍋爐干度平均值誤差在 8% 以內。說明現場安裝的蒸汽流量計能夠準確的計量蒸汽流量和干度,能夠較好適應SAGD 高干度蒸汽計量的要求。

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