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氬氣流量計在稠油 SAGD 開（kāi）采（cǎi）中的應用研究
點擊次數：2033 發布時間：2021-01-08 05:30:19
摘要 ：傳統標準孔板流（liú）量計應用廣泛（fàn），但存在很多不足。*先通過對標準孔板（bǎn）氬氣流量（liàng）計在現場應（yīng）用的誤差分析，找到對測量（liàng）結果影響較大的影響因素。然後經（jīng）過長期室內及現場試驗，研製出耐磨、自清潔的錐形孔板（bǎn），該設（shè）備（bèi）結構彌補了傳（chuán）統孔板流量計的不足。錐（zhuī）型孔板流（liú）量計在稠油 SAGD 的現場應用統計數據顯示（shì），改進後的錐（zhuī）形氬氣流量計能夠準確的計量蒸汽流量和幹度，測（cè）量誤差大幅縮小，能夠較好的適應（yīng） SAGD 高幹度蒸汽計量的（de）要求。
1 蒸汽計（jì）量的發展（zhǎn）概況
流量計的類（lèi）型有很多，適合（hé）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）、變麵積流量計、彈簧負載變麵積流（liú）量計、直接在線（DIVA）變麵積流量（liàng）計、畢托管流量計、渦（wō）街流量計，每一種流量計都有自身（shēn）的（de）優缺點，目前，測量蒸汽流量的儀表（biǎo）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（yì）式流（liú）量計等。
2 標準孔板氬氣流量計應用評價（jià）
2.1 設備本（běn）身的影響（xiǎng）
（1）流（liú）出（chū）係（xì）數 C。流出係數 C 是表征孔板節流裝置特性（xìng）的主要參數，是雷諾數 Re 和 β 的函數。流出係數C隨著流（liú）量的增（zēng）大而減小（xiǎo），實際流（liú）量越小於刻度流量，則 C 引（yǐn）起的流量誤差（chà）會（huì）越大。相關（guān）文獻計算得出，C 的變化範圍為 ±0.0197%%~±0.1791%，其對計量結果帶來的誤差很小。
（2）蒸（zhēng）汽膨脹係數（shù）。差壓式流量計產生一定的差壓，在節（jiē）流件的下遊靜壓降低，因而出現流束膨（péng）脹，流束的這種膨脹使得節流（liú）裝置的輸（shū）出（差壓（yā））-輸入（流（liú）量）關係產生同不可（kě）壓縮流體之間的偏差，從而帶來計量誤差。膨（péng）脹係數 的百分誤差（chà）為）±4）%。實際生產測得的壓差一般在 70~80 kPa 範圍內，靜壓在 8 MPa 左右。可計算出 的誤差約為 0.04%，該（gāi）誤差可以忽略不計。
（3）密度。在其（qí）他參數不變情況下，蒸氣的（de）流量與其密度的平方根成正比關係。從報表數據上得出，注氣壓力絕大部分分布在 5~8 MPa 之間（jiān）。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*值（zhí）可（kě）達13.6%~29.5%，是蒸汽計量誤差的主（zhǔ）要來源之一。
（4）孔板內徑 d 和管徑 D。在計量水蒸氣（qì）流量時，實際工況下的溫（wēn）度與設（shè）計工況溫度（dù）的偏差會導致 d 的變化，從而帶來（lái）計量誤差（chà），溫度偏差越大，則 d 的變化（huà）越大，產（chǎn）生的計（jì）量誤差也（yě）越大。以孔（kǒng）板材（cái）料 1Crl8Ni9Ti 為（wéi）例，a=17.2×10 -6 /℃，SAGD 實際工作（zuò）溫度為 270~300 ℃。則計算 d 帶來的相對誤（wù）差*值為 0.052%~0.1%，可忽略不計。
2.2 工作狀態的影響
標準孔（kǒng）板在實際工（gōng）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（bǎn）的額定數值有所不同。如（rú）在（zài）常溫（wēn）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（zuǒ）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（yòu）。所以在用標（biāo）準孔板測量蒸（zhēng）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（liàng）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（shì）內及現場試驗，研製出（chū）耐磨、自清潔的錐（zhuī）形（xíng）孔板，確（què）定了孔（kǒng）板噪聲（shēng）法（fǎ）在蒸汽幹度、含贓物凝（níng）析天然氣、含液煤層氣中的應用，解決了標（biāo）準節流元件測量的原（yuán）有問題。該結構與標準孔板相比具有壓損小、自清潔、抗磨（mó）損（sǔn）功能（néng），節流（liú）件上、下遊不會（huì）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（de）錐型孔板結（jié）構和厚度的增（zēng）加能有效避免孔板撓曲（qǔ）及氣體衝刷（圖 1）。
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（lèi）計平均流量、瞬時幹度與累計平（píng）均幹度、瞬時蒸汽流量與鍋爐流量、累（lèi）計平（píng）均流量與鍋爐流量、瞬時幹度與鍋爐（lú）幹（gàn）度、累計平均幹度（dù）與鍋爐幹度、瞬時流量誤差與累計流量誤差、瞬時（shí）幹度誤差（chà）與累計平均幹度誤差繪成散點圖（圖 2 - 圖 5）。
從繪製的散點曲線圖中可以看出，流量計的瞬時流量、瞬時幹度基（jī）本能夠代表累計（jì）流量和累計幹度（dù），二者之間（jiān）誤差較小 ；瞬（shùn）時流量與累計流量曲線均與鍋爐流量曲（qǔ）線一致 ；瞬時幹度與累計平均幹度曲線稍低於（yú）鍋（guō）爐幹度（dù），瞬（shùn）時（shí）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（shí）幹度對比誤差與本次累計（jì）平均幹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（wù）差在 0.3%，大部分誤差在 3% ；單井累加（jiā）流（liú）量值與鍋爐流量累加值平均誤（wù）差在 2% 以內，且分布較穩定，沒（méi）有大的波動 ；單井幹度平均（jun1）值與鍋爐幹度平均值誤差在 8% 以內。說明現場安裝的氬氣流量計能夠準確的計量蒸汽流量（liàng）和（hé）幹度，能夠較好的適應 SAGD 高幹度蒸汽計量的要求。
4 結論
（1）傳統標準孔板流量計應用廣泛，但（dàn）存在很多不足，經改進的錐型孔板（bǎn）則彌補了傳（chuán）統孔板流量計的不（bú）足。
（2）稠油 SAGD 單井（jǐng）蒸汽計量總和與鍋（guō）爐計量值（zhí）之間存在一定誤差，從數值上看，兩者之間相（xiàng）差 0~31.7 t 不等（děng）。從誤差率來（lái）分析，兩（liǎng）者之間的誤（wù）差率在 0~9.8% 之間波動，但是經過平均取值（zhí）後其誤差率已降至為 0。
（3）錐型孔板流量計在稠油（yóu） SAGD 的現場應用數據表明，瞬時值對比能（néng）夠代表累計值對比，二者平均誤差（chà）在 0.3%，大部分誤差在 3% ；單井（jǐng）累加流量值與（yǔ）鍋爐流量累加值平均誤差在（zài） 2% 以內（nèi） ；單井幹度平均值與鍋爐幹度平均值誤差在 8% 以內。說明現場安裝的（de）氬氣流量計能夠準確的計量蒸汽流量和幹（gàn）度，能夠較好適應SAGD 高幹度蒸汽計量的要求。
1 蒸汽計（jì）量的發展（zhǎn）概況
流量計的類（lèi）型有很多，適合（hé）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）、變麵積流量計、彈簧負載變麵積流（liú）量計、直接在線（DIVA）變麵積流量（liàng）計、畢托管流量計、渦（wō）街流量計，每一種流量計都有自身（shēn）的（de）優缺點，目前，測量蒸汽流量的儀表（biǎo）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（yì）式流（liú）量計等。
2 標準孔板氬氣流量計應用評價（jià）
2.1 設備本（běn）身的影響（xiǎng）
（1）流（liú）出（chū）係（xì）數 C。流出係數 C 是表征孔板節流裝置特性（xìng）的主要參數，是雷諾數 Re 和 β 的函數。流出係數C隨著流（liú）量的增（zēng）大而減小（xiǎo），實際流（liú）量越小於刻度流量，則 C 引（yǐn）起的流量誤差（chà）會（huì）越大。相關（guān）文獻計算得出，C 的變化範圍為 ±0.0197%%~±0.1791%，其對計量結果帶來的誤差很小。
（2）蒸（zhēng）汽膨脹係數（shù）。差壓式流量計產生一定的差壓，在節（jiē）流件的下遊靜壓降低，因而出現流束膨（péng）脹，流束的這種膨脹使得節流（liú）裝置的輸（shū）出（差壓（yā））-輸入（流（liú）量）關係產生同不可（kě）壓縮流體之間的偏差，從而帶來計量誤差。膨（péng）脹係數 的百分誤差（chà）為）±4）%。實際生產測得的壓差一般在 70~80 kPa 範圍內，靜壓在 8 MPa 左右。可計算出 的誤差約為 0.04%，該（gāi）誤差可以忽略不計。
（3）密度。在其（qí）他參數不變情況下，蒸氣的（de）流量與其密度的平方根成正比關係。從報表數據上得出，注氣壓力絕大部分分布在 5~8 MPa 之間（jiān）。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*值（zhí）可（kě）達13.6%~29.5%，是蒸汽計量誤差的主（zhǔ）要來源之一。
（4）孔板內徑 d 和管徑 D。在計量水蒸氣（qì）流量時，實際工況下的溫（wēn）度與設（shè）計工況溫度（dù）的偏差會導致 d 的變化，從而帶來（lái）計量誤差（chà），溫度偏差越大，則 d 的變化（huà）越大，產（chǎn）生的計（jì）量誤差也（yě）越大。以孔（kǒng）板材（cái）料 1Crl8Ni9Ti 為（wéi）例，a=17.2×10 -6 /℃，SAGD 實際工作（zuò）溫度為 270~300 ℃。則計算 d 帶來的相對誤（wù）差*值為 0.052%~0.1%，可忽略不計。
2.2 工作狀態的影響
標準孔（kǒng）板在實際工（gōng）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（bǎn）的額定數值有所不同。如（rú）在（zài）常溫（wēn）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（zuǒ）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（yòu）。所以在用標（biāo）準孔板測量蒸（zhēng）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（liàng）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（shì）內及現場試驗，研製出（chū）耐磨、自清潔的錐（zhuī）形（xíng）孔板，確（què）定了孔（kǒng）板噪聲（shēng）法（fǎ）在蒸汽幹度、含贓物凝（níng）析天然氣、含液煤層氣中的應用，解決了標（biāo）準節流元件測量的原（yuán）有問題。該結構與標準孔板相比具有壓損小、自清潔、抗磨（mó）損（sǔn）功能（néng），節流（liú）件上、下遊不會（huì）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（de）錐型孔板結（jié）構和厚度的增（zēng）加能有效避免孔板撓曲（qǔ）及氣體衝刷（圖 1）。
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（lèi）計平均流量、瞬時幹度與累計平（píng）均幹度、瞬時蒸汽流量與鍋爐流量、累（lèi）計平（píng）均流量與鍋爐流量、瞬時幹度與鍋爐（lú）幹（gàn）度、累計平均幹度（dù）與鍋爐幹度、瞬時流量誤差與累計流量誤差、瞬時（shí）幹度誤差（chà）與累計平均幹度誤差繪成散點圖（圖 2 - 圖 5）。
從繪製的散點曲線圖中可以看出，流量計的瞬時流量、瞬時幹度基（jī）本能夠代表累計（jì）流量和累計幹度（dù），二者之間（jiān）誤差較小 ；瞬（shùn）時流量與累計流量曲線均與鍋爐流量曲（qǔ）線一致 ；瞬時幹度與累計平均幹度曲線稍低於（yú）鍋（guō）爐幹度（dù），瞬（shùn）時（shí）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（shí）幹度對比誤差與本次累計（jì）平均幹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（wù）差在 0.3%，大部分誤差在 3% ；單井累加（jiā）流（liú）量值與鍋爐流量累加值平均誤（wù）差在 2% 以內，且分布較穩定，沒（méi）有大的波動 ；單井幹度平均（jun1）值與鍋爐幹度平均值誤差在 8% 以內。說明現場安裝的氬氣流量計能夠準確的計量蒸汽流量（liàng）和（hé）幹度，能夠較好的適應 SAGD 高幹度蒸汽計量的要求。
4 結論
（1）傳統標準孔板流量計應用廣泛，但（dàn）存在很多不足，經改進的錐型孔板（bǎn）則彌補了傳（chuán）統孔板流量計的不（bú）足。
（2）稠油 SAGD 單井（jǐng）蒸汽計量總和與鍋（guō）爐計量值（zhí）之間存在一定誤差，從數值上看，兩者之間相（xiàng）差 0~31.7 t 不等（děng）。從誤差率來（lái）分析，兩（liǎng）者之間的誤（wù）差率在 0~9.8% 之間波動，但是經過平均取值（zhí）後其誤差率已降至為 0。
（3）錐型孔板流量計在稠油（yóu） SAGD 的現場應用數據表明，瞬時值對比能（néng）夠代表累計值對比，二者平均誤差（chà）在 0.3%，大部分誤差在 3% ；單井（jǐng）累加流量值與（yǔ）鍋爐流量累加值平均誤差在（zài） 2% 以內（nèi） ；單井幹度平均值與鍋爐幹度平均值誤差在 8% 以內。說明現場安裝的（de）氬氣流量計能夠準確的計量蒸汽流量和幹（gàn）度，能夠較好適應SAGD 高幹度蒸汽計量的要求。