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摘要：注蒸汽熱采是稠油開發(fā)中普遍采用的助采方式，注入蒸汽的流量和干度直接影響油井的采出率，濕蒸汽是一種兩相流，濕蒸汽計量存在較大的技術困難。本文對比雙差壓、單孔板噪音、雙渦街等計量技術，經過理論分析和實際應用對比，總結出了多種蒸汽計量技術的特點和適用范圍。

關鍵詞：飽和濕蒸汽；兩相流；雙差壓；雙渦街

注蒸汽熱采是稠油開發(fā)和油田中后期開發(fā)中普遍應用的助采方式，在遼河油田就存在蒸汽吞吐、SAGD、蒸汽驅多種蒸汽助采開發(fā)方式。注汽井注入蒸汽的流量和干度直接影響油井的采出率和油汽比，對單井注入蒸汽的流量和干度進行比較準確地測量和控制，有助于實現蒸汽的精細管理，在保證助采效果的情況下減少能源浪費，提高熱采效率。濕蒸汽是一種兩相流，而且蒸汽狀態(tài)隨溫度、壓力的變化而變化，流量和干度的測量存在較大的技術困難。目前，國內外研究的飽和濕蒸汽測量方法主要有：汽水分離法、雙差壓法、單孔板噪音法、雙渦街傳感器測量、單渦街測量法、渦街+V錐流量計閥法、等。由于濕蒸汽為兩相流，而且狀態(tài)不穩(wěn)定，目前濕蒸汽干度和流量測量沒有統(tǒng)一的、普遍認可和廣泛適用的技術手段，每種技術手段都有其局限性和優(yōu)缺點。遼河油田稠油開采中，蒸汽助采是最重要的手段，經過理論分析和實際應用對比，總結出各種蒸汽計量技術的特點和適用范圍。

1技術比選

1.1雙差壓法測量技術

雙差壓法測量技術原理是將一標準孔板與一經典文丘里管串聯(lián)于濕蒸汽管道中，根據質量守恒定律，流經兩流量計的質量流量相同，忽略沿程熱量損失及壓力損失，濕蒸汽無相變，則流經兩流量計的濕蒸汽干度也相同。兩種差壓測量元件的流量計算公式不同，從而計算出蒸汽流量和干度。兩質量流量方程中只有質量流量qm與干度x兩個未知數，聯(lián)立以上方程求解，即可得出x值。將得出的干度值x代入質量流量方程求出瞬時質量流量，再對時間積分得出累積質量流量、載熱量。標準孔板與經典文丘里管組合的雙差壓法飽和濕蒸汽干度測量方法詳細計算公式如下：以上計算公式僅為簡易、理論公式，經過理論計算與大量實驗數據擬合得到比較準確的計算模型。

1.2單孔板噪音法測量技術

單孔板噪音法測量原理是：飽和濕蒸汽的兩相流流過孔板時，孔板對液相產生阻滯和脈沖噴放，孔板前后壓差會產生一定的脈動“噪音”，噪音強度、頻率與飽和濕蒸汽的流量、干度密切相關，通過大量實驗建立不同干度下孔板噪音頻率的數據模型。單孔板噪音法測量裝置降低差壓變送器的阻尼系數、提高檢測頻率，從而可以檢測到差壓脈動噪音的幅值和頻率，計算孔板前后壓差的方根均值和差壓噪音方根均值，利用噪音頻率模型和IAPWS-IF97汽、水性質模塊計算出飽和濕蒸汽的流量和干度。

1.3雙渦街法測量技術

普通的渦街流量計通常用于測量單相介質的流量，為了能夠用于測量兩相流，在渦街流量計前設置混相整流器，使高溫高壓飽和濕蒸汽中氣相和液相均勻混合，在管路上串聯(lián)兩臺渦街流量計，一臺選用普通渦街流量計測量旋渦頻率得出蒸汽的體積流量；一臺選用升力式渦街流量計，測量旋渦的幅值得出蒸汽的質量流量qm。渦街流量計內自帶告訴處理器，通過組合兩臺流量計信號，經過運算IAPWS-IF97汽水性質模型，就可以得到蒸汽的平均密度ρ流量q和干度x：

1.4感應式單渦街法測量技術

為降低蒸汽測量的成本，有的廠家研制了能夠同時測量旋渦頻率和旋渦幅值的感應式渦街流量計，從而實現單渦街測量蒸汽流量和干度，測量原理與

雙渦街測量方法相同。

1.5渦街+錐形流量計復合法測量技術

渦街+錐形流量計測量法在一個管段內設置混相裝置、渦街流量計、錐形流量計及壓力、差壓、溫度變送器，利用渦街流量和錐形流量計不同的體積流量計算公式計算得到蒸汽流量、干度；同時利用差壓信號體現的兩相流信息，進行補償和修正（原理同單噪音法）。

2實際應用

遼河油田蒸汽注采應用十分廣泛，經過對不同工況下各種蒸汽干度計量裝置的應用情況，總結分析了各種蒸汽計量技術的優(yōu)缺點和適用范圍。（1）雙差壓法測量技術的數學模型適用于一個準穩(wěn)態(tài)計量管道系統(tǒng)，對每次測量均假定整個系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)的參數變化應是一個緩慢過程，在計量計算中忽略瞬變過程的影響。同時，雖然兩種節(jié)流元件的計算公式不同，但是基本原理類似、差距不大?？装搴臀那鹄锕芙M合的雙差壓測量飽和濕蒸汽干度的技術，研究早、應用比較廣泛，但計算模型適用于準穩(wěn)態(tài)或變化緩慢的計量系統(tǒng)，在穩(wěn)定工況下測量精度可以達到≤±5%；而且該測量裝置存在安裝復雜、安裝空間大、壓損大、易泄露點多的缺點。（2）單孔板噪音法測量裝置相比雙差壓法有結構相對簡單，壓力損失、直管段、易泄露點均減少很多。單孔板噪音法的數據模型根據大量實驗擬合得到，計量穩(wěn)定性稍差；蒸汽含水量太大時孔板阻滯效果變差，適用于蒸汽干度較高的場所。穩(wěn)定工況下，單孔板測量裝置流量、干度測量精度可以達到±5%。（3）雙渦街雙渦街測量裝置結構簡單、安裝空間小、維護便捷，管段泄漏風險小；在穩(wěn)定工況下，飽和濕蒸汽干度、流量精度達到±4%。（4）感應式渦街的單渦街測量技術原理與雙渦街相同，設備尺寸和費用成本更低，精度有所降低，可以達到5%~7%，適用于注汽井口或蒸汽管線末端，降低投資成本。（5）渦街+錐形流量計的復合型測量技術測量技術，由于渦街和錐形流量計的測量原理差距較大，測量精度優(yōu)于雙差壓法，同時綜合了單差壓噪音的測量原理，計量精度高、適用的蒸汽范圍更廣。該型蒸汽流量干度測量裝置結構緊湊、質量輕、壓損小，降低了使用用中的安裝要求，安裝、維護方便，設備費用較高、計量精度高，適用于鍋爐出口、蒸汽干線等對計量精度要求高的場合。

3結語

多相流的測量一直是一個技術難點，隨著濕蒸汽干度的變化，汽水兩相流的物理特性發(fā)生很大的變化。對比遼河油田目前常用的幾種蒸汽干度測量技術，雙差壓法適用蒸汽范圍較廣，但是裝置復雜、泄漏風險高，適用于準穩(wěn)態(tài)的工況；單孔板噪音法適用于干度較高的工況；雙渦街或感應式單渦街法假定濕蒸汽處于飽和狀態(tài)，但是測量裝置簡單便捷、安全性高；渦街+錐形流量計復合式測量技術綜合雙原理測流量、單差壓噪音法多種測量原理，計量精度和適用蒸汽干度范圍較廣，同時也增加了設備費用。綜合以上因素，對于要求計量精度高的場所推薦選用渦街+錐形流量計復合式測量技術；對于應用數量多、精度要求不高的場所推薦選用感應式單渦街測量技術，有助于降低工程投資。

參考文獻

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作者：袁風賓 單位：中油遼河工程有限公司