過熱蒸汽流計(jì)量技術(shù)應(yīng)用研究

戚元久　韓國彤　屈璞剛

(新疆油田公司新港作業(yè)分公司，克拉瑪依 834000)

0　引言

克拉瑪依油田九1-九5區(qū)淺層稠油油藏開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中后期，油藏采收率達(dá)到47%。如何達(dá)到油藏采收率“保五爭(zhēng)六”的開發(fā)目標(biāo)，近年來我們?cè)诳蒲泄リP(guān)方面進(jìn)行了有利的探索實(shí)踐。130t/h循環(huán)流化床注汽鍋爐的建成和投產(chǎn)為提高油藏最終采收率開辟了新的思路，開啟了該油藏過熱蒸汽驅(qū)開發(fā)新階段。實(shí)踐證明，流化床注汽鍋爐產(chǎn)高溫(350℃)、高干度(100%)過熱蒸汽對(duì)提高油藏波及系數(shù)發(fā)揮了積極效應(yīng)[1]。

實(shí)現(xiàn)流化床過熱蒸汽的精準(zhǔn)注入，減少注汽井組注入偏差是確保油藏過熱蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的關(guān)鍵。但由于開發(fā)層系吸汽能力差異，汽竄通道的歷史繼承，以及流化床注汽管網(wǎng)輻射區(qū)域較大(覆蓋30座計(jì)量站102口注汽井)等多重因素影響，嚴(yán)重制約了過熱蒸汽驅(qū)井組的精準(zhǔn)注入。精準(zhǔn)計(jì)量和調(diào)控是解決這一問題的關(guān)鍵點(diǎn)。SZWG智能彎管流量計(jì)與迷宮閥組合工藝作為一門新興技術(shù)在蒸汽計(jì)量領(lǐng)域嶄露頭角，因其先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，計(jì)量精準(zhǔn)度較高。其結(jié)構(gòu)主體由彎管傳感器、主機(jī)、壓差變送器、壓力變送器以及溫度變送器組成。彎管傳感器直接安裝在蒸汽管道上，無任何插入件和附件節(jié)流件，減少管內(nèi)流體能量損耗；彎管傳感器耐磨損，對(duì)于微量磨損不敏感[2]。綜合流化床注汽區(qū)域環(huán)境因素考慮，SZWG彎管流量計(jì)在技術(shù)條件和環(huán)境適應(yīng)性方面存在明顯優(yōu)勢(shì)。

1　過熱蒸汽流計(jì)量技術(shù)原理

SZWG彎管流量計(jì)+迷宮閥組合工藝技術(shù)性能穩(wěn)定，對(duì)過熱蒸汽計(jì)量和調(diào)控精度高，為過熱蒸汽流的精準(zhǔn)計(jì)量和調(diào)控提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。

1.1　彎管流量計(jì)工作原理及參數(shù)

SZWG彎管流量計(jì)差壓的產(chǎn)生與傳統(tǒng)的差壓流量計(jì)區(qū)別明顯。傳統(tǒng)的差壓流量計(jì)是節(jié)流型差壓流量計(jì)，利用流體在流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的差壓測(cè)量流量，而SZWG彎管流量計(jì)則是利用彎管傳感器外、內(nèi)側(cè)壁之間產(chǎn)生的慣性差壓來測(cè)量蒸汽流量(如圖1所示)。

圖1　彎管流量計(jì)原理圖

當(dāng)流體流經(jīng)彎管時(shí)，由于彎管的約束作用，迫使流體在彎管內(nèi)作近似于圓周運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生慣性離心力。該離心力的大小與流體的速度、質(zhì)量以及作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑有關(guān)[3]。離心力的大小由彎管內(nèi)外側(cè)壓差來確定。因此只要測(cè)出彎管內(nèi)外側(cè)的差壓值就可以計(jì)算出彎管內(nèi)流體的速度，然后計(jì)算出流體的流量值[4]。根據(jù)伯努利方程，流體流速與流量方程式如下：

1)流速方程式：

(1)

式中：V為平均流速，m/s；a 為流量系數(shù)；R為彎管彎曲半徑，m；ρ為流體密度，kg/m3；D為彎管內(nèi)徑，m；p1、p2分別為45°截面外、內(nèi)側(cè)壓力，Pa。

2)流量方程式：

(2)

式中：Q為流體流量，t/h。

基于這一原理開發(fā)設(shè)計(jì)的SZWG彎管流量計(jì)是一種微差壓流量計(jì)，其主體是一個(gè)“特制”90°彎頭，通過引壓管使其與差壓變送器相連，完成壓力傳感和信號(hào)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)蒸汽計(jì)量和數(shù)據(jù)輸出。其主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1　SZWG彎管流量計(jì)參數(shù)

1.2　迷宮閥工作原理及參數(shù)

圖2　迷宮閥結(jié)構(gòu)示意圖

通過調(diào)研流化注汽區(qū)域蒸汽計(jì)量調(diào)控精度需求，并結(jié)合SZWG智能彎管流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)，篩選定型迷宮閥，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2　迷宮閥參數(shù)

2　過熱蒸汽流計(jì)量工藝設(shè)計(jì)

由于130t/h循環(huán)流化床鍋爐控制區(qū)域較大，所屬8條蒸汽管線輻射控制30座計(jì)量站102個(gè)井組。故過熱蒸汽計(jì)量工藝改造在計(jì)量站層面實(shí)現(xiàn)整體覆蓋，同時(shí)又兼顧部分單井組。

2.1　流量計(jì)管徑選擇

根據(jù)流量計(jì)算公式，以及鍋爐出口壓力，額定蒸發(fā)量為Q(t/d)；蒸汽流速為V(m/s)；對(duì)應(yīng)壓力下蒸汽的比容為g (m3/kg)等參數(shù)逐級(jí)設(shè)計(jì)T分后流量計(jì)管線直徑。

(3)

2.2　工藝流程設(shè)計(jì)

所有工藝流程改造均在計(jì)量站內(nèi)實(shí)施，以迷宮閥+彎管傳感器組合形式與注汽管線相連，且迷宮閥置于彎管傳感器前端。1)彎管傳感器是標(biāo)準(zhǔn)的90°彎頭，安裝在迷宮閥后直管段大于1m處。焊口采用氬弧焊打底，彎管傳感器后直管段要求大于0.4m；2)引壓管選用Φ10×2mm不銹鋼管與傳感器接口焊接；在引壓管1m處安裝一個(gè)1/2″針型閥；3)儀表安裝在注汽管線上或計(jì)量間的墻壁上；溫度變送器接口管嘴安裝在彎管傳感器前大于0.8m處。工藝改造流程見圖3、圖4。

圖3　流量計(jì)安裝工藝流程圖

圖4　流量計(jì)安裝示意圖

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

2011年10月，130t/h循環(huán)流化床鍋爐正式投用后，根據(jù)其輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及蒸汽驅(qū)配注方案要求，應(yīng)用SZWG彎管流量計(jì)+迷宮閥技術(shù)開展過熱蒸汽流計(jì)量實(shí)踐，完成流化床注汽區(qū)域30座計(jì)量站和7口注汽井蒸汽計(jì)量工藝流程改造。

為盡快獲取計(jì)量數(shù)據(jù)和管理經(jīng)驗(yàn)，2012年12月以來先后12次進(jìn)行流量計(jì)調(diào)試和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，調(diào)試過程中流量計(jì)運(yùn)行平穩(wěn)，耐溫、耐壓性能良好(130t/h循環(huán)流化床注汽鍋爐出口蒸汽壓力3.45MPa，溫度350℃，干度100%)。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析看，過熱蒸汽驅(qū)井組蒸汽流量計(jì)量值與配注量偏差較小，流量差值均小于0.99t/h，相對(duì)誤差皆控制在1%范圍內(nèi)。部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果見表3。

表3　流量計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表　t/h

過熱蒸汽流計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了流化床注汽區(qū)域井組精準(zhǔn)注入，不僅提高了注汽井注入水平，同時(shí)也對(duì)汽驅(qū)開發(fā)效果起到了積極的作用。

1)SZWG彎管流量計(jì)技術(shù)性能穩(wěn)定，從歷次測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析看，蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)相對(duì)誤差嚴(yán)格控制在1%范圍以內(nèi)。

2)過熱蒸汽計(jì)量技術(shù)在流化床注汽區(qū)域應(yīng)用后，油藏溫度、壓力、沉沒度等參數(shù)按預(yù)期方向發(fā)生變化。流化床注汽區(qū)域油藏溫度分布均勻，基本保持在75℃以上，汽驅(qū)注汽受效半徑正逐漸增大，且未發(fā)現(xiàn)明顯汽竄現(xiàn)象。油藏壓力有所上升，從初期的0.14MPa升高到0.2MPa。沉沒度較初期平均升高3.1m。流化床區(qū)域油藏溫度、沉沒度變化曲線如圖5所示。

圖5　流化床區(qū)域油藏溫度、沉沒度變化曲線

3)產(chǎn)液、產(chǎn)油水平趨于穩(wěn)定，平均日產(chǎn)液2650t/d，平均日產(chǎn)油264t/d，單井產(chǎn)能雖有所下降，但遞減率有所減緩，油藏綜合遞減率得到有效控制。

4　結(jié)束語

過熱蒸汽計(jì)量技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝改造工藝標(biāo)準(zhǔn)化，且計(jì)量精準(zhǔn)度較高，數(shù)據(jù)相對(duì)誤差在1%范圍以內(nèi)，為流化床注汽區(qū)域井組精準(zhǔn)注汽提供可靠的技術(shù)手段，在過熱蒸汽計(jì)量控制領(lǐng)域具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。對(duì)流化床注汽井組實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)注汽，避免井組偏注、多注，防止井間汽竄干擾。同時(shí)對(duì)油藏溫度、壓力及動(dòng)液面等動(dòng)態(tài)參數(shù)好轉(zhuǎn)和油藏采收率的提高發(fā)揮重要作用。

[1]劉永學(xué)，戴玉良,等.循環(huán)流化床燃煤鍋爐在稠油開發(fā)中的應(yīng)用[J].新疆石油科技，2012，(4)：57-58

[2]崔紹銘，李聳峰.彎管流量計(jì)的測(cè)量原理及其應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2006(4)：76-77

[3]韓春雨，甘叢笑,等.彎管流量計(jì)選型要點(diǎn)[J].計(jì)量技術(shù)，2013(7)：77-78

[4]李志.工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭彎管流量計(jì)研究[J].計(jì)量技術(shù)，1994(6)：23-24

[5]郝嬌山.高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)數(shù)值模擬與流量特征研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2013(5)：41-42