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)已經進入中后期，油藏采收率達到47%。如何達到油藏采收率“保五爭六”的開發(fā)目標，近年來我們在科研攻關方面進行了有利的探索實踐。130t/h循環(huán)流化床注汽鍋爐的建成和投產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開發(fā)新階段。實踐證明，流化床注汽鍋爐產高溫(350℃)、高干度(100%)過熱蒸汽對提高油藏波及系數(shù)發(fā)揮了積極效應[1]。

實現(xiàn)流化床過熱蒸汽的精準注入，減少注汽井組注入偏差是確保油藏過熱蒸汽驅開發(fā)效果的關鍵。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輻射區(qū)域較大(覆蓋30座計量站102口注汽井)等多重因素影響，嚴重制約了過熱蒸汽驅井組的精準注入。精準計量和調控是解決這一問題的關鍵點。SZWG智能彎管流量計與迷宮閥組合工藝作為一門新興技術在蒸汽計量領域嶄露頭角，因其先進的設計理念，計量精準度較高。其結構主體由彎管傳感器、主機、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，減少管內流體能量損耗；彎管傳感器耐磨損，對于微量磨損不敏感[2]。綜合流化床注汽區(qū)域環(huán)境因素考慮，SZWG彎管流量計在技術條件和環(huán)境適應性方面存在明顯優(yōu)勢。

1　過熱蒸汽流計量技術原理

SZWG彎管流量計+迷宮閥組合工藝技術性能穩(wěn)定，對過熱蒸汽計量和調控精度高，為過熱蒸汽流的精準計量和調控提供了關鍵技術保障。

1.1　彎管流量計工作原理及參數(shù)

SZWG彎管流量計差壓的產生與傳統(tǒng)的差壓流量計區(qū)別明顯。傳統(tǒng)的差壓流量計是節(jié)流型差壓流量計，利用流體在流經管道內節(jié)流裝置時產生的差壓測量流量，而SZWG彎管流量計則是利用彎管傳感器外、內側壁之間產生的慣性差壓來測量蒸汽流量(如圖1所示)。

圖1　彎管流量計原理圖

當流體流經彎管時，由于彎管的約束作用，迫使流體在彎管內作近似于圓周運動，產生慣性離心力。該離心力的大小與流體的速度、質量以及作圓周運動的曲率半徑有關[3]。離心力的大小由彎管內外側壓差來確定。因此只要測出彎管內外側的差壓值就可以計算出彎管內流體的速度，然后計算出流體的流量值[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為彎管內徑，m；p1、p2分別為45°截面外、內側壓力，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)設計的SZWG彎管流量計是一種微差壓流量計，其主體是一個“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轉換，實現(xiàn)蒸汽計量和數(shù)據(jù)輸出。其主要技術參數(shù)如表1。

表1　SZWG彎管流量計參數(shù)

1.2　迷宮閥工作原理及參數(shù)

圖2　迷宮閥結構示意圖

通過調研流化注汽區(qū)域蒸汽計量調控精度需求，并結合SZWG智能彎管流量計主要技術指標，篩選定型迷宮閥，其主要技術參數(shù)見表2。

表2　迷宮閥參數(shù)

2　過熱蒸汽流計量工藝設計

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座計量站102個井組。故過熱蒸汽計量工藝改造在計量站層面實現(xiàn)整體覆蓋，同時又兼顧部分單井組。

2.1　流量計管徑選擇

根據(jù)流量計算公式，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)；對應壓力下蒸汽的比容為g (m3/kg)等參數(shù)逐級設計T分后流量計管線直徑。

(3)

2.2　工藝流程設計

所有工藝流程改造均在計量站內實施，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)彎管傳感器是標準的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1/2″針型閥；3)儀表安裝在注汽管線上或計量間的墻壁上；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　流量計安裝工藝流程圖

圖4　流量計安裝示意圖

3　現(xiàn)場應用及效果分析

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)設計方案及蒸汽驅配注方案要求，應用SZWG彎管流量計+迷宮閥技術開展過熱蒸汽流計量實踐，完成流化床注汽區(qū)域30座計量站和7口注汽井蒸汽計量工藝流程改造。

為盡快獲取計量數(shù)據(jù)和管理經驗，2012年12月以來先后12次進行流量計調試和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，調試過程中流量計運行平穩(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)計分析看，過熱蒸汽驅井組蒸汽流量計量值與配注量偏差較小，流量差值均小于0.99t/h，相對誤差皆控制在1%范圍內。部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)及分析結果見表3。

表3　流量計測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表　t/h

過熱蒸汽流計量技術的應用實現(xiàn)了流化床注汽區(qū)域井組精準注入，不僅提高了注汽井注入水平，同時也對汽驅開發(fā)效果起到了積極的作用。

1)SZWG彎管流量計技術性能穩(wěn)定，從歷次測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果分析看，蒸汽計量數(shù)據(jù)相對誤差嚴格控制在1%范圍以內。

2)過熱蒸汽計量技術在流化床注汽區(qū)域應用后，油藏溫度、壓力、沉沒度等參數(shù)按預期方向發(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)產液、產油水平趨于穩(wěn)定，平均日產液2650t/d，平均日產油264t/d，單井產能雖有所下降，但遞減率有所減緩，油藏綜合遞減率得到有效控制。

4　結束語

過熱蒸汽計量技術結構簡單，安裝改造工藝標準化，且計量精準度較高，數(shù)據(jù)相對誤差在1%范圍以內，為流化床注汽區(qū)域井組精準注汽提供可靠的技術手段，在過熱蒸汽計量控制領域具有廣泛的推廣應用價值。對流化床注汽井組實現(xiàn)精準注汽，避免井組偏注、多注，防止井間汽竄干擾。同時對油藏溫度、壓力及動液面等動態(tài)參數(shù)好轉和油藏采收率的提高發(fā)揮重要作用。

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

[2]崔紹銘，李聳峰.彎管流量計的測量原理及其應用[J].石油化工自動化，2006(4)：76-77

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

[4]李志.工業(yè)標準彎頭彎管流量計研究[J].計量技術，1994(6)：23-24

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