[发明专利]汽水二相流体流量及蒸汽干度实时测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及多相流检测技术领域，特别是一种油田注汽锅炉出口的汽水二相流体流量及蒸汽干度实时测量装置及其测量方法。

背景技术

油田含油地层中蕴藏的稠油需加驱油剂令其流动性增加后方能被采出。水蒸汽是通常采用的驱油剂之一。注汽锅炉将给水加热成饱和状态的汽水混合物，注入到含油层，达到驱油的目的。由于汽相存在汽化潜热，与同温、同质量的液相相比，汽相携带的热量远多于液相携带的热量，故出口汽水二相流中蒸汽所占质量份额越大，注汽锅炉驱油效率越高。出于降低成本的目的，注汽锅炉给水中只除去了[Ca²⁺]、[Mg²⁺]等离子，而未除[Na⁺]、[K⁺]等离子，或将从油井采出的油、气、水、沙多相流体经油、气、水分离后的采矿废水沉淀后，直接作为注汽锅炉的给水，因此锅炉给水中存在盐类。与同温度水中的溶解度相比，盐类在饱和水蒸汽中的溶解度可以忽略，随给水进入到锅炉水冷壁管道中的盐份，主要由锅炉出口工质中的液相饱和水载出。如果注汽锅炉出口汽水二相流蒸汽干度过高，炉水因在水冷壁内换热表面蒸发剧烈，炉水中的盐类析出，粘附水冷壁内表面形成水垢，使换热面热阻增加，导致水冷壁金属因超温而爆管；如果注汽锅炉出口汽水二相流蒸汽干度过低，除单位质量的工质携带的热量少外，还由于在至油层管道的流动过程中的散热损失，其中的一部分饱和蒸汽在管道内即释放出汽化潜热，变成了饱和水，这就使到达油层驱油剂工质中液态水含量过高，除驱油效果差外，这些液态水还将吸收下一轮注汽热量，导致采油成本增加。故工艺要求注汽锅炉出口汽水二相流的蒸汽质量干度为80%。由此可见，蒸汽干度的检测与注汽锅炉设备安全性与运行经济性直接相关。

出口工质干度实时检测属于气液二相流参数测量，由于流动过程中存在着相间力和在时间空间随机变化的相界面，使得汽水二相流的流动非常复杂，无法复现，数十年来一直是工程界、学术界研究的热点和难点。

CN201327400公开了“湿蒸汽两相流量计”，记载了一种饱和水蒸汽-饱和水二相流体（即该专利说明书所称“湿饱和蒸汽两相流”）流量测量方法。其装置由测量总流量的垂直管段、节流元件和测量、显示用的流量计算机所组成，在垂直管段上装有差压传感器和压力传感器，在节流件的两端装有压差传感器，三个传感器测得的数据输送至流量计算机，经流量计算机内存储的测量各相流量、总流量及蒸汽干度的数学模型及各种物质的参数程序进行计算后显示各项测量结果。该项技术存在如下问题：首先其测量垂直上升管道内工质上、下游差压的引压管内冷凝水的密度对差压测量的影响无补偿措施。因为冷凝水密度与温度、压力有关，尤其是随温度的变化较大，造成的附加误差对测量精度产生不利影响；其次，实施该项技术一般需要4个弯曲半径小的90°弯头，这对汽水二相流体造成了非常大的压力损失，实验表明，对于Φ69×3的管道，当工作压力为7MPa时，80%干度的湿饱和蒸汽流经上述装置压力损失高于1.5MPa，现实中这是无法接受的能量损失；第三，其装置采用节流件，使流动截面发生了收缩，实验表明，节流件前后的压力损失不同于单相流体，汽水二相流体在节流件前后的压力损失，在相同的开孔直径比下，数倍于单相流体，不利于注汽锅炉提高注汽效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽水二相流体流量及蒸汽干度实时测量装置及其测量方法，与现有技术相比，测量结果的可靠性、有效性明显提高；在温度等工况变化时，仍能准确测量干度及流量；工质流经测量装置产生的压力损失远远小于现有测量装置。

本发明的技术方案是：该汽水二相流体流量及蒸汽干度实时测量装置，包括连接在工艺管道之间的测量管段、与测量管段相连接的测量器件，与测量器件连接的信号转换器件，接收各信号转换器件发送的信号并对其分析、计算的工控机信号处理系统，与工控机信号处理系统的输出端相连接的显示器，其特殊之处是：所述测量管段由4个相同的90°弯管在同一个铅垂平面内依次连接组成，分别为第一弯管、第二弯管、第三弯管和第四弯管，所述第二弯管与第三弯管组成向下凹的180°弯管，所述第一弯管向左上45°凹并作为入口与第二弯管连接，所述第四弯管向右上45°凹与第三弯管连接作为出口；

所述测量器件由分别连接在第一、二、三弯管上的第一差压变送器、第三差压变送器、第二差压变送器，与所述第二弯管连接的恒高容器，与恒高容器的底部引压管连接的压力变送器，分别设于恒高容器和其底部引压管金属壁面上的第一测温元件、第二测温元件，以及温度变送器组成。