專利名稱：油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于油田開(kāi)采領(lǐng)域，特別是涉及一種濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
油田油井產(chǎn)出液是油(原油)、氣(天然氣)、水(地層水)三相混合物。天然氣 經(jīng)分離器分離后進(jìn)入天然氣系統(tǒng)，原油經(jīng)沉降、脫水后進(jìn)入煉油廠，水經(jīng)過(guò)污水深度處理后 進(jìn)入油田專用濕蒸汽發(fā)生器，濕蒸汽發(fā)生器簡(jiǎn)單說(shuō)就是一種水與高溫?zé)釤煔?煙氣來(lái)自油 氣燃燒器)的換熱器，水經(jīng)過(guò)加熱后產(chǎn)生水、蒸汽混合物(即濕飽和蒸汽)，濕飽和蒸汽再注 入油井對(duì)地下原油進(jìn)行加熱，當(dāng)開(kāi)采油田屬于稠油油田(粘度大、流動(dòng)性差為稠油)時(shí)，地 下稠油就需要經(jīng)過(guò)加熱降粘、增加流動(dòng)性后才能通過(guò)抽油機(jī)提升至地面。對(duì)地下稠油加熱 是通過(guò)油田專用濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)行的，油田專用濕蒸汽發(fā)生器輸出熱量的高低，直接決定 注入目標(biāo)油層的熱量，無(wú)論是蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、重力輔助泄油等稠油開(kāi)采方式，注汽熱量 的高低直接制約著稠油開(kāi)發(fā)效果，熱量過(guò)低影響稠油開(kāi)采的效率，而熱量過(guò)熱則會(huì)造成油 田專用濕蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生爆管事故。所以測(cè)量濕蒸汽發(fā)生器的輸出熱量對(duì)于稠油的開(kāi)采而 言至關(guān)重要，現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量濕蒸汽發(fā)生器輸出熱量的方法分成手工測(cè)量、離子電極測(cè)量 和測(cè)量管測(cè)量三種。手工測(cè)量采用稀硫酸滴定的方式得出出水和入水的堿度(現(xiàn)場(chǎng)以滴定管耗酸量 表示)，根據(jù)下列公式計(jì)算得出濕飽和蒸汽中蒸汽與水的質(zhì)量比，
φ = Η " "λ χ 100% 付出式中φ為濕飽和蒸汽中蒸汽與水的質(zhì)量比，HaS出水耗酸量，H入為入水耗酸量。然后根據(jù)油田專用濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口壓力、溫度分別計(jì)算出蒸汽、水 的焓值，利用濕飽和蒸汽中蒸汽與水的質(zhì)量比計(jì)算得到濕飽和蒸汽出口單位質(zhì)量熱量，最 后與總的水流量相乘得到濕飽和蒸汽出口總熱量。該種測(cè)量方法雖然結(jié)果很準(zhǔn)確，但是因 為在得到濕飽和蒸汽中蒸汽與水的質(zhì)量比的過(guò)程中，全程為人手工滴定得到，效率非常差， 無(wú)法應(yīng)用在實(shí)時(shí)控制上，只能用在事后控制，無(wú)法避免爆管事故的發(fā)生。離子電極測(cè)量是將電極浸泡在濕蒸汽發(fā)生器水中，測(cè)量離子分布得到熱量。因電 極長(zhǎng)期浸泡在水中，電極表面會(huì)不同程度產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，另外，電極本身的耐溫值一般小于 70°C極易損壞，同時(shí)目前油田專用的濕蒸汽發(fā)生器用水為污水深度處理水，該水中會(huì)有一 定的懸浮物、含油，電極表面更難確保潔凈。測(cè)量管測(cè)量為在濕飽和蒸汽出口安裝長(zhǎng)頸噴嘴或V錐測(cè)量管，這種測(cè)量方式是把 出口濕飽和蒸汽假設(shè)成理想狀態(tài)氣體，即濕飽和蒸汽中的水均布在干蒸汽中，測(cè)量長(zhǎng)頸噴 嘴或V錐測(cè)量管差壓，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式或現(xiàn)場(chǎng)擬合運(yùn)算，得出蒸汽熱量，這種測(cè)量方式顯然是 不準(zhǔn)確的，原因是油田專用濕蒸汽發(fā)生器出口管線垂直段和水平管段濕飽和蒸汽流型復(fù) 雜，很難用理想狀態(tài)氣體方程計(jì)算。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系 統(tǒng)，該系統(tǒng)利用濕飽和蒸汽受到干擾時(shí)濕飽和蒸汽中蒸汽與水的質(zhì)量比不同會(huì)產(chǎn)生不同的 漩渦寬度，測(cè)量漩渦寬度計(jì)算得到濕蒸汽發(fā)生器出口總熱量。一種油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，由流量測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、溫度 測(cè)量裝置、汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置和運(yùn)算控制器構(gòu)成，所述的流量測(cè)量裝置安裝在濕蒸汽發(fā) 生器進(jìn)水口，所述的溫度測(cè)量裝置和壓力測(cè)量裝置安裝在濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口， 所述的汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置通過(guò)管道與濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口相連，流量測(cè)量裝 置、壓力測(cè)量裝置、溫度測(cè)量裝置和汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)輸出口連接運(yùn)算控制器；汽 液滑動(dòng)比測(cè)量裝置包括管道、擾流柱和漩渦脈寬傳感器，所述擾流柱安裝在管道的中心線 上，所述的漩渦脈寬傳感器安裝在管道內(nèi)位于擾流柱的下游位置，擾流柱和漩渦脈寬傳感 器相配合。所述的流量測(cè)量裝置為單態(tài)液相流量系數(shù)標(biāo)定裝置。所述的擾流柱共有兩級(jí)，每級(jí)擾流柱獨(dú)立配有一個(gè)漩渦脈寬傳感器。所述的擾流柱為三角柱，三角柱的底面位于上游，頂面位于下游。所述的運(yùn)算控制器為工業(yè)單片機(jī)或微處理器。本實(shí)用新型利用濕飽和蒸汽受到干擾時(shí)濕飽和蒸汽中蒸汽與水的質(zhì)量比不同會(huì) 產(chǎn)生不同的漩渦寬度，測(cè)量漩渦寬度計(jì)算得到濕蒸汽發(fā)生器出口總熱量。避免了水質(zhì)、水 垢、汽水雙相流態(tài)對(duì)熱量測(cè)試精度的影響，測(cè)量結(jié)果精確度高，完全可以替代人工化驗(yàn)；在 線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)解決了熱量控制滯后問(wèn)題，因此防止了濕蒸汽發(fā)生器過(guò)熱爆管并提高了油層 吸汽效果；同時(shí)本實(shí)用新型的檢測(cè)為自動(dòng)進(jìn)行，不受人為因素影響，熱量連續(xù)存儲(chǔ)，在油層 周期產(chǎn)量發(fā)生變化時(shí)，可以作為分析產(chǎn)量變化的一種因素，在濕蒸汽發(fā)生器爆管事故發(fā)生 時(shí)，可以查閱爆管前的熱量變化情況，使爆管原因更加清晰。

圖1為油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1濕蒸汽發(fā)生器、11進(jìn)水口、12熱煙氣進(jìn)口、13低溫?zé)煔獬隹凇?4濕飽和蒸 汽出口、2流量測(cè)量裝置、3汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置、31管道、32第一擾流柱、33第二擾流柱。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本 實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容 之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申 請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1、2所示，一種油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，由流量測(cè)量裝置2、壓 力測(cè)量裝置、溫度測(cè)量裝置、汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置3和運(yùn)算控制器構(gòu)成，所述的流量測(cè)量裝 置2安裝在濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)水口 11，流量測(cè)量裝置選用單態(tài)液相流量系數(shù)標(biāo)定裝置；所述的溫度測(cè)量裝置和壓力測(cè)量裝置安裝在濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口 14，所述的汽液滑動(dòng) 比測(cè)量裝置3通過(guò)管道與濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口 14相連，流量測(cè)量裝置、壓力測(cè)量 裝置、溫度測(cè)量裝置和汽液滑動(dòng)比測(cè)量3裝置的數(shù)據(jù)輸出口連接運(yùn)算控制器，所述的運(yùn)算 控制器為工業(yè)單片機(jī)或微處理器，本實(shí)施例中所述運(yùn)算控制器選用工業(yè)單片機(jī)；在本實(shí)用新型中所述汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置3包括管道31、擾流柱和漩渦脈寬傳感 器，所述擾流柱安裝在管道的中心線上，所述的漩渦脈寬傳感器安裝在管道內(nèi)位于擾流柱 的下游位置，擾流柱和漩渦脈寬傳感器相配合，為了消除壓力擾動(dòng)而產(chǎn)生的誤差，在本實(shí)施 例中所述的擾流柱共設(shè)置兩級(jí)，每級(jí)擾流柱獨(dú)立配有一個(gè)漩渦脈寬傳感器，濕飽和蒸汽在 流經(jīng)第一擾流柱32后，汽液會(huì)重整，然后再進(jìn)入第二擾流柱33，產(chǎn)生二次漩渦，漩渦脈寬的 取值為兩次漩渦的均值；本實(shí)施例中的擾流柱為三角柱形，三角柱的底面位于上游位置，頂 面位于下游位置。一種油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量方法，該裝置使用本實(shí)用新型的油田專用濕 蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，包括以下步驟步驟一、選定一個(gè)特定形狀的擾流柱，通過(guò)實(shí)驗(yàn)擬合得到漩渦脈寬與汽液滑速比 方程和該擾流柱的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；本實(shí)施例中的三角柱形導(dǎo)流柱的定量參數(shù)選用擾流柱寬度 Dl與管道直徑D2的比值β，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到三角柱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ω ；步驟二、用汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置測(cè)量濕蒸汽發(fā)生器蒸汽出口的漩渦脈寬B，并根據(jù) 漩渦脈寬B，由公式(1)計(jì)算得到濕飽和蒸汽中蒸汽所占的質(zhì)量百分比φ，即汽液滑速比φ，
φ = ^χ 100% ( 1)
(ι -式中φ:汽液滑速比ω 三角柱物理出廠整定系數(shù)B 漩渦脈寬β 擾流柱寬度Dl與管道直徑D2的比值為了消除壓力擾動(dòng)而產(chǎn)生的誤差，濕蒸汽發(fā)生器蒸汽出口的漩渦脈寬共測(cè)量?jī)?次，漩渦脈寬B取值為兩次第一次漩渦脈寬Bl和第二次漩渦脈寬Β2的平均值，即B = (Bl+B2)/2。步驟三、測(cè)量濕蒸汽發(fā)生器蒸汽出口處的濕蒸汽壓力P和濕蒸汽溫度Τ，結(jié)合汽液 滑速比φ，根據(jù)公式(2)計(jì)算得到單位質(zhì)量濕飽和蒸汽熱量h濕飽和蒸汽中飽和蒸汽所占的 質(zhì)量百分比為φ，飽和水所占的質(zhì)量百分比為ι-φ
(2)濕蒸汽壓力為P當(dāng) 6. 8Mpa 彡 P < 11. 7Mpa 時(shí)飽和水的熱量r，r，= 227. 5+10. 79P (計(jì)算單位為Kcal/Kg)飽和蒸汽的熱量 當(dāng) 11. 7Mpa 彡 P < 19Mpa 時(shí)[0039]飽和水的熱量r，r，= 239+9. 72P (計(jì)算單位為Kcal/Kg)飽和蒸汽的熱量r” r” = 727. 2-7. 2368P步驟四、測(cè)量濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)水口流量α，并根據(jù)公式(3)計(jì)算得到濕蒸汽發(fā)生 器出口總熱量μ，μ = h α(3)安裝在濕蒸汽發(fā)生器出口熱量測(cè)量裝置直管段為0 89X12，材質(zhì)是20G，Dl = 65mm，三角擾流柱底邊最寬處為20mm，頂角為30°，那么β = 20/65 = 0. 307 ω 三角柱物 理出廠整定系數(shù)當(dāng)0. 25彡β彡< 0. 7ω = 0. 90第一種工況當(dāng)濕蒸汽發(fā)生器出口壓力P = IOMpa時(shí)，濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)水口給水流量為20t/h， 此時(shí)測(cè)得濕飽和蒸汽出口溫度高于飽和溫度，由第一級(jí)擾流三角柱測(cè)出的模擬電流信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換Bl = 0. 050由第二級(jí)擾流三角柱測(cè)出的模擬電流信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換Bl = 0. 040平均脈寬B = (Bl+B2)/2 = 0. 045根據(jù)公式(1)計(jì)算結(jié)果φ二0.61根據(jù)公式(2)部分當(dāng)壓力 P = IOMpa飽和水的熱量:r，=227. 5+10. 79P = 335. 4Kcal/Kg飽和蒸汽的熱量:r”= 691. 2-4. IP = 650. 2Kcal/Kg單位質(zhì) 量濕飽 和蒸汽 熱量 濕飽和蒸汽出口總熱量為μ = ah = 20*1000*527.4 = 10548000Kcal/h使用本實(shí)用新型油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)替代人工化驗(yàn)后，對(duì)熱量控 制可采用聯(lián)動(dòng)跟蹤的開(kāi)環(huán)自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)高精度的在線調(diào)節(jié)。熱量控制采用如下方案在一定的水量下，濕蒸汽發(fā)生器熱量達(dá)到注汽方案要求 后，穩(wěn)定濕蒸汽發(fā)生器出口壓力，讓目標(biāo)油層平穩(wěn)吸汽，濕蒸汽發(fā)生器出口壓力穩(wěn)定后，燃 油溫度、霧化壓力就會(huì)穩(wěn)定，接著穩(wěn)定濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)風(fēng)量，最后，熱量就只受燃油產(chǎn)生的 熱量控制；由于濕蒸汽發(fā)生器燃油成份不穩(wěn)定，渣油、原油混合燃燒，燃油的低位發(fā)熱量不 穩(wěn)定，單純控制濕蒸汽發(fā)生器燃油流量也是無(wú)法保證蒸汽熱量的，因此，需要在測(cè)定濕蒸汽 發(fā)生器出口熱量后，反算出此時(shí)濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)油的低位發(fā)熱量，在燃油流量穩(wěn)定后，熱量 相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)，如濕蒸汽發(fā)生器熱量發(fā)生變化，說(shuō)明燃油成份發(fā)生變化，在濕蒸汽發(fā)生器 判斷熱量變化趨勢(shì)后，會(huì)相應(yīng)增加燃油流量以適應(yīng)燃油低位發(fā)熱量的變化，達(dá)到平穩(wěn)控制 熱量的目的。上述控制過(guò)程，首先以濕蒸汽發(fā)生器出口壓力為前饋信號(hào)，通過(guò)調(diào)整濕蒸汽發(fā) 生器進(jìn)油量，穩(wěn)定濕蒸汽發(fā)生器燃油燃燒的熱量，穩(wěn)定濕蒸汽發(fā)生器熱量。
權(quán)利要求一種油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，其特征是由流量測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、溫度測(cè)量裝置、汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置和運(yùn)算控制器構(gòu)成，所述的流量測(cè)量裝置安裝在濕蒸汽發(fā)生器進(jìn)水口，所述的溫度測(cè)量裝置和壓力測(cè)量裝置安裝在濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口，所述的汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置通過(guò)管道與濕蒸汽發(fā)生器濕飽和蒸汽出口相連，流量測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、溫度測(cè)量裝置和汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)輸出口連接運(yùn)算控制器；汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置包括管道、擾流柱和漩渦脈寬傳感器，所述擾流柱安裝在管道的中心線上，所述的漩渦脈寬傳感器安裝在管道內(nèi)位于擾流柱的下游位置，擾流柱和漩渦脈寬傳感器相配合。
2.如權(quán)利要求1所述的油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，其特征是所述的流量 測(cè)量裝置為單態(tài)液相流量系數(shù)標(biāo)定裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，其特征是所述的 擾流柱共有兩級(jí)，每級(jí)擾流柱獨(dú)立配有一個(gè)漩渦脈寬傳感器。
4.如權(quán)利要求3所述的油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，其特征是所述的擾流 柱為三角柱，三角柱的底面位于上游，頂面位于下游。
5.如權(quán)利要求3所述的油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，其特征是所述的運(yùn)算 控制器為工業(yè)單片機(jī)或微處理器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于油田開(kāi)采領(lǐng)域，特別是涉及一種濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)。一種油田專用濕蒸汽發(fā)生器熱量測(cè)量系統(tǒng)，由流量測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、溫度測(cè)量裝置、汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置和運(yùn)算控制器構(gòu)成；汽液滑動(dòng)比測(cè)量裝置包括管道、擾流柱和漩渦脈寬傳感器，所述擾流柱安裝在管道的中心線上，所述的漩渦脈寬傳感器安裝在管道內(nèi)位于擾流柱的下游位置，擾流柱和漩渦脈寬傳感器相配合。本實(shí)用新型測(cè)量結(jié)果精確度高，完全可以替代人工化驗(yàn)，在線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)解決了熱量控制滯后問(wèn)題，防止了濕蒸汽發(fā)生器過(guò)熱爆管并提高了油層吸汽效果，還可以通過(guò)連續(xù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)分析爆管事故的原因，保證安全生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01K17/00GK201653592SQ20102018371
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者解永 申請(qǐng)人:解永