专利名称：油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于油田开采领域，特别是涉及一种湿蒸汽发生器热量测量系统。
背景技术：
油田油井产出液是油(原油)、气(天然气)、水(地层水)三相混合物。天然气 经分离器分离后进入天然气系统，原油经沉降、脱水后进入炼油厂，水经过污水深度处理后 进入油田专用湿蒸汽发生器，湿蒸汽发生器简单说就是一种水与高温热烟气(烟气来自油 气燃烧器)的换热器，水经过加热后产生水、蒸汽混合物(即湿饱和蒸汽)，湿饱和蒸汽再注 入油井对地下原油进行加热，当开采油田属于稠油油田(粘度大、流动性差为稠油)时，地 下稠油就需要经过加热降粘、增加流动性后才能通过抽油机提升至地面。对地下稠油加热 是通过油田专用湿蒸汽发生器进行的，油田专用湿蒸汽发生器输出热量的高低，直接决定 注入目标油层的热量，无论是蒸汽吞吐、蒸汽驱、重力辅助泄油等稠油开采方式，注汽热量 的高低直接制约着稠油开发效果，热量过低影响稠油开采的效率，而热量过热则会造成油 田专用湿蒸汽发生器产生爆管事故。所以测量湿蒸汽发生器的输出热量对于稠油的开采而 言至关重要，现有技术中测量湿蒸汽发生器输出热量的方法分成手工测量、离子电极测量 和测量管测量三种。手工测量采用稀硫酸滴定的方式得出出水和入水的碱度(现场以滴定管耗酸量 表示)，根据下列公式计算得出湿饱和蒸汽中蒸汽与水的质量比，
φ = Η " "λ χ 100% 付出式中φ为湿饱和蒸汽中蒸汽与水的质量比，HaS出水耗酸量，H入为入水耗酸量。然后根据油田专用湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口压力、温度分别计算出蒸汽、水 的焓值，利用湿饱和蒸汽中蒸汽与水的质量比计算得到湿饱和蒸汽出口单位质量热量，最 后与总的水流量相乘得到湿饱和蒸汽出口总热量。该种测量方法虽然结果很准确，但是因 为在得到湿饱和蒸汽中蒸汽与水的质量比的过程中，全程为人手工滴定得到，效率非常差， 无法应用在实时控制上，只能用在事后控制，无法避免爆管事故的发生。离子电极测量是将电极浸泡在湿蒸汽发生器水中，测量离子分布得到热量。因电 极长期浸泡在水中，电极表面会不同程度产生结垢现象，另外，电极本身的耐温值一般小于 70°C极易损坏，同时目前油田专用的湿蒸汽发生器用水为污水深度处理水，该水中会有一 定的悬浮物、含油，电极表面更难确保洁净。测量管测量为在湿饱和蒸汽出口安装长颈喷嘴或V锥测量管，这种测量方式是把 出口湿饱和蒸汽假设成理想状态气体，即湿饱和蒸汽中的水均布在干蒸汽中，测量长颈喷 嘴或V锥测量管差压，通过经验公式或现场拟合运算，得出蒸汽热量，这种测量方式显然是 不准确的，原因是油田专用湿蒸汽发生器出口管线垂直段和水平管段湿饱和蒸汽流型复 杂，很难用理想状态气体方程计算。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种油田专用湿蒸汽发生器热量测量系 统，该系统利用湿饱和蒸汽受到干扰时湿饱和蒸汽中蒸汽与水的质量比不同会产生不同的 漩涡宽度，测量漩涡宽度计算得到湿蒸汽发生器出口总热量。一种油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，由流量测量装置、压力测量装置、温度 测量装置、汽液滑动比测量装置和运算控制器构成，所述的流量测量装置安装在湿蒸汽发 生器进水口，所述的温度测量装置和压力测量装置安装在湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口， 所述的汽液滑动比测量装置通过管道与湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口相连，流量测量装 置、压力测量装置、温度测量装置和汽液滑动比测量装置的数据输出口连接运算控制器；汽 液滑动比测量装置包括管道、扰流柱和漩涡脉宽传感器，所述扰流柱安装在管道的中心线 上，所述的漩涡脉宽传感器安装在管道内位于扰流柱的下游位置，扰流柱和漩涡脉宽传感 器相配合。所述的流量测量装置为单态液相流量系数标定装置。所述的扰流柱共有两级，每级扰流柱独立配有一个漩涡脉宽传感器。所述的扰流柱为三角柱，三角柱的底面位于上游，顶面位于下游。所述的运算控制器为工业单片机或微处理器。本实用新型利用湿饱和蒸汽受到干扰时湿饱和蒸汽中蒸汽与水的质量比不同会 产生不同的漩涡宽度，测量漩涡宽度计算得到湿蒸汽发生器出口总热量。避免了水质、水 垢、汽水双相流态对热量测试精度的影响，测量结果精确度高，完全可以替代人工化验；在 线的实时监测解决了热量控制滞后问题，因此防止了湿蒸汽发生器过热爆管并提高了油层 吸汽效果；同时本实用新型的检测为自动进行，不受人为因素影响，热量连续存储，在油层 周期产量发生变化时，可以作为分析产量变化的一种因素，在湿蒸汽发生器爆管事故发生 时，可以查阅爆管前的热量变化情况，使爆管原因更加清晰。
图1为油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统结构示意图；图2为汽液滑动比测量装置结构示意图。图中1湿蒸汽发生器、11进水口、12热烟气进口、13低温烟气出口、14湿饱和蒸 汽出口、2流量测量装置、3汽液滑动比测量装置、31管道、32第一扰流柱、33第二扰流柱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本 实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容 之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申 请所附权利要求书所限定的范围。如图1、2所示，一种油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，由流量测量装置2、压 力测量装置、温度测量装置、汽液滑动比测量装置3和运算控制器构成，所述的流量测量装 置2安装在湿蒸汽发生器进水口 11，流量测量装置选用单态液相流量系数标定装置；所述的温度测量装置和压力测量装置安装在湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口 14，所述的汽液滑动 比测量装置3通过管道与湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口 14相连，流量测量装置、压力测量 装置、温度测量装置和汽液滑动比测量3装置的数据输出口连接运算控制器，所述的运算 控制器为工业单片机或微处理器，本实施例中所述运算控制器选用工业单片机；在本实用新型中所述汽液滑动比测量装置3包括管道31、扰流柱和漩涡脉宽传感 器，所述扰流柱安装在管道的中心线上，所述的漩涡脉宽传感器安装在管道内位于扰流柱 的下游位置，扰流柱和漩涡脉宽传感器相配合，为了消除压力扰动而产生的误差，在本实施 例中所述的扰流柱共设置两级，每级扰流柱独立配有一个漩涡脉宽传感器，湿饱和蒸汽在 流经第一扰流柱32后，汽液会重整，然后再进入第二扰流柱33，产生二次漩涡，漩涡脉宽的 取值为两次漩涡的均值；本实施例中的扰流柱为三角柱形，三角柱的底面位于上游位置，顶 面位于下游位置。一种油田专用湿蒸汽发生器热量测量方法，该装置使用本实用新型的油田专用湿 蒸汽发生器热量测量系统进行测量，包括以下步骤步骤一、选定一个特定形状的扰流柱，通过实验拟合得到漩涡脉宽与汽液滑速比 方程和该扰流柱的经验参数；本实施例中的三角柱形导流柱的定量参数选用扰流柱宽度 Dl与管道直径D2的比值β，通过实验得到三角柱经验系数ω ；步骤二、用汽液滑动比测量装置测量湿蒸汽发生器蒸汽出口的漩涡脉宽B，并根据 漩涡脉宽B，由公式(1)计算得到湿饱和蒸汽中蒸汽所占的质量百分比φ，即汽液滑速比φ，
φ = ^χ 100% ( 1)
(ι -式中φ:汽液滑速比ω 三角柱物理出厂整定系数B 漩涡脉宽β 扰流柱宽度Dl与管道直径D2的比值为了消除压力扰动而产生的误差，湿蒸汽发生器蒸汽出口的漩涡脉宽共测量两 次，漩涡脉宽B取值为两次第一次漩涡脉宽Bl和第二次漩涡脉宽Β2的平均值，即B = (Bl+B2)/2。步骤三、测量湿蒸汽发生器蒸汽出口处的湿蒸汽压力P和湿蒸汽温度Τ，结合汽液 滑速比φ，根据公式(2)计算得到单位质量湿饱和蒸汽热量h湿饱和蒸汽中饱和蒸汽所占的 质量百分比为φ，饱和水所占的质量百分比为ι-φ
(2)湿蒸汽压力为P当 6. 8Mpa 彡 P < 11. 7Mpa 时饱和水的热量r，r，= 227. 5+10. 79P (计算单位为Kcal/Kg)饱和蒸汽的热量 当 11. 7Mpa 彡 P < 19Mpa 时[0039]饱和水的热量r，r，= 239+9. 72P (计算单位为Kcal/Kg)饱和蒸汽的热量r” r” = 727. 2-7. 2368P步骤四、测量湿蒸汽发生器进水口流量α，并根据公式(3)计算得到湿蒸汽发生 器出口总热量μ，μ = h α(3)安装在湿蒸汽发生器出口热量测量装置直管段为0 89X12，材质是20G，Dl = 65mm，三角扰流柱底边最宽处为20mm，顶角为30°，那么β = 20/65 = 0. 307 ω 三角柱物 理出厂整定系数当0. 25彡β彡< 0. 7ω = 0. 90第一种工况当湿蒸汽发生器出口压力P = IOMpa时，湿蒸汽发生器进水口给水流量为20t/h， 此时测得湿饱和蒸汽出口温度高于饱和温度，由第一级扰流三角柱测出的模拟电流信号经数模转换Bl = 0. 050由第二级扰流三角柱测出的模拟电流信号经数模转换Bl = 0. 040平均脉宽B = (Bl+B2)/2 = 0. 045根据公式(1)计算结果φ二0.61根据公式(2)部分当压力 P = IOMpa饱和水的热量:r，=227. 5+10. 79P = 335. 4Kcal/Kg饱和蒸汽的热量:r”= 691. 2-4. IP = 650. 2Kcal/Kg单位质 量湿饱 和蒸汽 热量 湿饱和蒸汽出口总热量为μ = ah = 20*1000*527.4 = 10548000Kcal/h使用本实用新型油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统替代人工化验后，对热量控 制可采用联动跟踪的开环自动控制，以实现高精度的在线调节。热量控制采用如下方案在一定的水量下，湿蒸汽发生器热量达到注汽方案要求 后，稳定湿蒸汽发生器出口压力，让目标油层平稳吸汽，湿蒸汽发生器出口压力稳定后，燃 油温度、雾化压力就会稳定，接着稳定湿蒸汽发生器进风量，最后，热量就只受燃油产生的 热量控制；由于湿蒸汽发生器燃油成份不稳定，渣油、原油混合燃烧，燃油的低位发热量不 稳定，单纯控制湿蒸汽发生器燃油流量也是无法保证蒸汽热量的，因此，需要在测定湿蒸汽 发生器出口热量后，反算出此时湿蒸汽发生器进油的低位发热量，在燃油流量稳定后，热量 相对稳定，此时，如湿蒸汽发生器热量发生变化，说明燃油成份发生变化，在湿蒸汽发生器 判断热量变化趋势后，会相应增加燃油流量以适应燃油低位发热量的变化，达到平稳控制 热量的目的。上述控制过程，首先以湿蒸汽发生器出口压力为前馈信号，通过调整湿蒸汽发 生器进油量，稳定湿蒸汽发生器燃油燃烧的热量，稳定湿蒸汽发生器热量。
权利要求一种油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，其特征是由流量测量装置、压力测量装置、温度测量装置、汽液滑动比测量装置和运算控制器构成，所述的流量测量装置安装在湿蒸汽发生器进水口，所述的温度测量装置和压力测量装置安装在湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口，所述的汽液滑动比测量装置通过管道与湿蒸汽发生器湿饱和蒸汽出口相连，流量测量装置、压力测量装置、温度测量装置和汽液滑动比测量装置的数据输出口连接运算控制器；汽液滑动比测量装置包括管道、扰流柱和漩涡脉宽传感器，所述扰流柱安装在管道的中心线上，所述的漩涡脉宽传感器安装在管道内位于扰流柱的下游位置，扰流柱和漩涡脉宽传感器相配合。
2.如权利要求1所述的油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，其特征是所述的流量 测量装置为单态液相流量系数标定装置。
3.如权利要求1或2所述的油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，其特征是所述的 扰流柱共有两级，每级扰流柱独立配有一个漩涡脉宽传感器。
4.如权利要求3所述的油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，其特征是所述的扰流 柱为三角柱，三角柱的底面位于上游，顶面位于下游。
5.如权利要求3所述的油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，其特征是所述的运算 控制器为工业单片机或微处理器。
专利摘要本实用新型属于油田开采领域，特别是涉及一种湿蒸汽发生器热量测量系统。一种油田专用湿蒸汽发生器热量测量系统，由流量测量装置、压力测量装置、温度测量装置、汽液滑动比测量装置和运算控制器构成；汽液滑动比测量装置包括管道、扰流柱和漩涡脉宽传感器，所述扰流柱安装在管道的中心线上，所述的漩涡脉宽传感器安装在管道内位于扰流柱的下游位置，扰流柱和漩涡脉宽传感器相配合。本实用新型测量结果精确度高，完全可以替代人工化验，在线的实时监测解决了热量控制滞后问题，防止了湿蒸汽发生器过热爆管并提高了油层吸汽效果，还可以通过连续储存的数据分析爆管事故的原因，保证安全生产。
文档编号G01K17/00GK201653592SQ20102018371
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者解永 申请人:解永