氬氣流量計(jì)在稠油 SAGD 開采中的應(yīng)用研究
點(diǎn)擊次數(shù)：2048 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 05:30:19
摘要 ：傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)應(yīng)用廣泛，但存在很多不足。*先通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板氬氣流量計(jì)在現(xiàn)場應(yīng)用的誤差分析，找到對(duì)測量結(jié)果影響較大的影響因素。然后經(jīng)過長期室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)，研制出耐磨、自清潔的錐形孔板，該設(shè)備結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)孔板流量計(jì)的不足。錐型孔板流量計(jì)在稠油 SAGD 的現(xiàn)場應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，改進(jìn)后的錐形氬氣流量計(jì)能夠準(zhǔn)確的計(jì)量蒸汽流量和干度，測量誤差大幅縮小，能夠較好的適應(yīng) SAGD 高干度蒸汽計(jì)量的要求。
1 蒸汽計(jì)量的發(fā)展概況
流量計(jì)的類型有很多，適合蒸汽計(jì)量應(yīng)用的流量計(jì)有孔板流量計(jì)、透平流量計(jì)（包括旁通流量計(jì)）、變面積流量計(jì)、彈簧負(fù)載變面積流量計(jì)、直接在線（DIVA）變面積流量計(jì)、畢托管流量計(jì)、渦街流量計(jì)，每一種流量計(jì)都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，目前，測量蒸汽流量的儀表主要有渦輪流量計(jì)、差壓式（孔板、均速管、彎管）流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)等。
2 標(biāo)準(zhǔn)孔板氬氣流量計(jì)應(yīng)用評(píng)價(jià)
2.1 設(shè)備本身的影響
（1）流出系數(shù) C。流出系數(shù) C 是表征孔板節(jié)流裝置特性的主要參數(shù)，是雷諾數(shù) Re 和 β 的函數(shù)。流出系數(shù)C隨著流量的增大而減小，實(shí)際流量越小于刻度流量，則 C 引起的流量誤差會(huì)越大。相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算得出，C 的變化范圍為 ±0.0197%%~±0.1791%，其對(duì)計(jì)量結(jié)果帶來的誤差很小。
（2）蒸汽膨脹系數(shù)。差壓式流量計(jì)產(chǎn)生一定的差壓，在節(jié)流件的下游靜壓降低，因而出現(xiàn)流束膨脹，流束的這種膨脹使得節(jié)流裝置的輸出（差壓）-輸入（流量）關(guān)系產(chǎn)生同不可壓縮流體之間的偏差，從而帶來計(jì)量誤差。膨脹系數(shù) 的百分誤差為）±4）%。實(shí)際生產(chǎn)測得的壓差一般在 70~80 kPa 范圍內(nèi)，靜壓在 8 MPa 左右?？捎?jì)算出 的誤差約為 0.04%，該誤差可以忽略不計(jì)。
（3）密度。在其他參數(shù)不變情況下，蒸氣的流量與其密度的平方根成正比關(guān)系。從報(bào)表數(shù)據(jù)上得出，注氣壓力絕大部分分布在 5~8 MPa 之間。運(yùn)用回歸方程可計(jì)算出注氣壓力 5 MPa 和 8 MPa 時(shí)注入蒸汽密度分別為 25.39 kg/m 3 和 42.58 kg/m 3 ，進(jìn)而得到誤差*值可達(dá)13.6%~29.5%，是蒸汽計(jì)量誤差的主要來源之一。
（4）孔板內(nèi)徑 d 和管徑 D。在計(jì)量水蒸氣流量時(shí)，實(shí)際工況下的溫度與設(shè)計(jì)工況溫度的偏差會(huì)導(dǎo)致 d 的變化，從而帶來計(jì)量誤差，溫度偏差越大，則 d 的變化越大，產(chǎn)生的計(jì)量誤差也越大。以孔板材料 1Crl8Ni9Ti 為例，a=17.2×10 -6 /℃，SAGD 實(shí)際工作溫度為 270~300 ℃。則計(jì)算 d 帶來的相對(duì)誤差*值為 0.052%~0.1%，可忽略不計(jì)。
2.2 工作狀態(tài)的影響
標(biāo)準(zhǔn)孔板在實(shí)際工作過程中，被測量介質(zhì)的各種參數(shù)（如溫度、壓力、密度、粘度等）與標(biāo)準(zhǔn)孔板的額定數(shù)值有所不同。如在常溫附近時(shí)，若被測量介質(zhì)為蒸汽，溫度每變化 10 ℃，蒸汽的密度則變化 3% 左右 ；在 1個(gè)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(biāo)準(zhǔn)孔板測量蒸汽時(shí)，必須考慮蒸汽溫度和壓力的變化，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?br /> 3 改進(jìn)的錐型孔板流量計(jì)
3.1 錐型孔板流量計(jì)特點(diǎn)
為提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，對(duì) SAGD 實(shí)驗(yàn)區(qū)經(jīng)過長期室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)，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(yīng)用，解決了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件測量的原有問題。該結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比具有壓損小、自清潔、抗磨損功能，節(jié)流件上、下游不會(huì)出現(xiàn)液相累積，避免了液相斷續(xù)通過節(jié)流件而導(dǎo)致很大附加阻力和差壓波動(dòng)，影響測量精度。獨(dú)特的錐型孔板結(jié)構(gòu)和厚度的增加能有效避免孔板撓曲及氣體沖刷（圖 1）。
3.2 稠油現(xiàn)場應(yīng)用分析
根據(jù)錐型孔板流量計(jì)在稠油 SAGD 的應(yīng)用數(shù)據(jù)，將瞬時(shí)蒸汽流量與累計(jì)平均流量、瞬時(shí)干度與累計(jì)平均干度、瞬時(shí)蒸汽流量與鍋爐流量、累計(jì)平均流量與鍋爐流量、瞬時(shí)干度與鍋爐干度、累計(jì)平均干度與鍋爐干度、瞬時(shí)流量誤差與累計(jì)流量誤差、瞬時(shí)干度誤差與累計(jì)平均干度誤差繪成散點(diǎn)圖（圖 2 - 圖 5）。
從繪制的散點(diǎn)曲線圖中可以看出，流量計(jì)的瞬時(shí)流量、瞬時(shí)干度基本能夠代表累計(jì)流量和累計(jì)干度，二者之間誤差較小 ；瞬時(shí)流量與累計(jì)流量曲線均與鍋爐流量曲線一致 ；瞬時(shí)干度與累計(jì)平均干度曲線稍低于鍋爐干度，瞬時(shí)流量對(duì)比誤差與本次累計(jì)流量對(duì)比誤差曲線趨勢一致，瞬時(shí)干度對(duì)比誤差與本次累計(jì)平均干度誤差圖曲線趨勢一致。將瞬時(shí)值對(duì)比能夠代表累計(jì)值對(duì)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(nèi)，且分布較穩(wěn)定，沒有大的波動(dòng) ；單井干度平均值與鍋爐干度平均值誤差在 8% 以內(nèi)。說明現(xiàn)場安裝的氬氣流量計(jì)能夠準(zhǔn)確的計(jì)量蒸汽流量和干度，能夠較好的適應(yīng) SAGD 高干度蒸汽計(jì)量的要求。
4 結(jié)論
（1）傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)應(yīng)用廣泛，但存在很多不足，經(jīng)改進(jìn)的錐型孔板則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)孔板流量計(jì)的不足。
（2）稠油 SAGD 單井蒸汽計(jì)量總和與鍋爐計(jì)量值之間存在一定誤差，從數(shù)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(dòng)，但是經(jīng)過平均取值后其誤差率已降至為 0。
（3）錐型孔板流量計(jì)在稠油 SAGD 的現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，瞬時(shí)值對(duì)比能夠代表累計(jì)值對(duì)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(nèi) ；單井干度平均值與鍋爐干度平均值誤差在 8% 以內(nèi)。說明現(xiàn)場安裝的氬氣流量計(jì)能夠準(zhǔn)確的計(jì)量蒸汽流量和干度，能夠較好適應(yīng)SAGD 高干度蒸汽計(jì)量的要求。
1 蒸汽計(jì)量的發(fā)展概況
流量計(jì)的類型有很多，適合蒸汽計(jì)量應(yīng)用的流量計(jì)有孔板流量計(jì)、透平流量計(jì)（包括旁通流量計(jì)）、變面積流量計(jì)、彈簧負(fù)載變面積流量計(jì)、直接在線（DIVA）變面積流量計(jì)、畢托管流量計(jì)、渦街流量計(jì)，每一種流量計(jì)都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，目前，測量蒸汽流量的儀表主要有渦輪流量計(jì)、差壓式（孔板、均速管、彎管）流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)等。
2 標(biāo)準(zhǔn)孔板氬氣流量計(jì)應(yīng)用評(píng)價(jià)
2.1 設(shè)備本身的影響
（1）流出系數(shù) C。流出系數(shù) C 是表征孔板節(jié)流裝置特性的主要參數(shù)，是雷諾數(shù) Re 和 β 的函數(shù)。流出系數(shù)C隨著流量的增大而減小，實(shí)際流量越小于刻度流量，則 C 引起的流量誤差會(huì)越大。相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算得出，C 的變化范圍為 ±0.0197%%~±0.1791%，其對(duì)計(jì)量結(jié)果帶來的誤差很小。
（2）蒸汽膨脹系數(shù)。差壓式流量計(jì)產(chǎn)生一定的差壓，在節(jié)流件的下游靜壓降低，因而出現(xiàn)流束膨脹，流束的這種膨脹使得節(jié)流裝置的輸出（差壓）-輸入（流量）關(guān)系產(chǎn)生同不可壓縮流體之間的偏差，從而帶來計(jì)量誤差。膨脹系數(shù) 的百分誤差為）±4）%。實(shí)際生產(chǎn)測得的壓差一般在 70~80 kPa 范圍內(nèi)，靜壓在 8 MPa 左右?？捎?jì)算出 的誤差約為 0.04%，該誤差可以忽略不計(jì)。
（3）密度。在其他參數(shù)不變情況下，蒸氣的流量與其密度的平方根成正比關(guān)系。從報(bào)表數(shù)據(jù)上得出，注氣壓力絕大部分分布在 5~8 MPa 之間。運(yùn)用回歸方程可計(jì)算出注氣壓力 5 MPa 和 8 MPa 時(shí)注入蒸汽密度分別為 25.39 kg/m 3 和 42.58 kg/m 3 ，進(jìn)而得到誤差*值可達(dá)13.6%~29.5%，是蒸汽計(jì)量誤差的主要來源之一。
（4）孔板內(nèi)徑 d 和管徑 D。在計(jì)量水蒸氣流量時(shí)，實(shí)際工況下的溫度與設(shè)計(jì)工況溫度的偏差會(huì)導(dǎo)致 d 的變化，從而帶來計(jì)量誤差，溫度偏差越大，則 d 的變化越大，產(chǎn)生的計(jì)量誤差也越大。以孔板材料 1Crl8Ni9Ti 為例，a=17.2×10 -6 /℃，SAGD 實(shí)際工作溫度為 270~300 ℃。則計(jì)算 d 帶來的相對(duì)誤差*值為 0.052%~0.1%，可忽略不計(jì)。
2.2 工作狀態(tài)的影響
標(biāo)準(zhǔn)孔板在實(shí)際工作過程中，被測量介質(zhì)的各種參數(shù)（如溫度、壓力、密度、粘度等）與標(biāo)準(zhǔn)孔板的額定數(shù)值有所不同。如在常溫附近時(shí)，若被測量介質(zhì)為蒸汽，溫度每變化 10 ℃，蒸汽的密度則變化 3% 左右 ；在 1個(gè)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(biāo)準(zhǔn)孔板測量蒸汽時(shí)，必須考慮蒸汽溫度和壓力的變化，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?br /> 3 改進(jìn)的錐型孔板流量計(jì)
3.1 錐型孔板流量計(jì)特點(diǎn)
為提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，對(duì) SAGD 實(shí)驗(yàn)區(qū)經(jīng)過長期室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)，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(yīng)用，解決了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件測量的原有問題。該結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比具有壓損小、自清潔、抗磨損功能，節(jié)流件上、下游不會(huì)出現(xiàn)液相累積，避免了液相斷續(xù)通過節(jié)流件而導(dǎo)致很大附加阻力和差壓波動(dòng)，影響測量精度。獨(dú)特的錐型孔板結(jié)構(gòu)和厚度的增加能有效避免孔板撓曲及氣體沖刷（圖 1）。
3.2 稠油現(xiàn)場應(yīng)用分析
根據(jù)錐型孔板流量計(jì)在稠油 SAGD 的應(yīng)用數(shù)據(jù)，將瞬時(shí)蒸汽流量與累計(jì)平均流量、瞬時(shí)干度與累計(jì)平均干度、瞬時(shí)蒸汽流量與鍋爐流量、累計(jì)平均流量與鍋爐流量、瞬時(shí)干度與鍋爐干度、累計(jì)平均干度與鍋爐干度、瞬時(shí)流量誤差與累計(jì)流量誤差、瞬時(shí)干度誤差與累計(jì)平均干度誤差繪成散點(diǎn)圖（圖 2 - 圖 5）。
從繪制的散點(diǎn)曲線圖中可以看出，流量計(jì)的瞬時(shí)流量、瞬時(shí)干度基本能夠代表累計(jì)流量和累計(jì)干度，二者之間誤差較小 ；瞬時(shí)流量與累計(jì)流量曲線均與鍋爐流量曲線一致 ；瞬時(shí)干度與累計(jì)平均干度曲線稍低于鍋爐干度，瞬時(shí)流量對(duì)比誤差與本次累計(jì)流量對(duì)比誤差曲線趨勢一致，瞬時(shí)干度對(duì)比誤差與本次累計(jì)平均干度誤差圖曲線趨勢一致。將瞬時(shí)值對(duì)比能夠代表累計(jì)值對(duì)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(nèi)，且分布較穩(wěn)定，沒有大的波動(dòng) ；單井干度平均值與鍋爐干度平均值誤差在 8% 以內(nèi)。說明現(xiàn)場安裝的氬氣流量計(jì)能夠準(zhǔn)確的計(jì)量蒸汽流量和干度，能夠較好的適應(yīng) SAGD 高干度蒸汽計(jì)量的要求。
4 結(jié)論
（1）傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)應(yīng)用廣泛，但存在很多不足，經(jīng)改進(jìn)的錐型孔板則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)孔板流量計(jì)的不足。
（2）稠油 SAGD 單井蒸汽計(jì)量總和與鍋爐計(jì)量值之間存在一定誤差，從數(shù)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(dòng)，但是經(jīng)過平均取值后其誤差率已降至為 0。
（3）錐型孔板流量計(jì)在稠油 SAGD 的現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，瞬時(shí)值對(duì)比能夠代表累計(jì)值對(duì)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(nèi) ；單井干度平均值與鍋爐干度平均值誤差在 8% 以內(nèi)。說明現(xiàn)場安裝的氬氣流量計(jì)能夠準(zhǔn)確的計(jì)量蒸汽流量和干度，能夠較好適應(yīng)SAGD 高干度蒸汽計(jì)量的要求。