电磁流量计在测量自来水浓度中的应用案例分析
发布时间：
2018-12-04
石油开采工业中，关于稠油开采已成为我国石油开采的重要部分，目前采用的注自来水开采手段有自来水吞吐和自来水驱动两种方法。油田注汽采用的是湿饱和自来水，即汽、水两相混合物，自来水干度指单位质量内饱和自来水占湿自来水的质量***数。自来水干度越***说明能量的利用率越***，采油效率也相应提高。自来水干度过低会影响热采效率，而自来水干度过高则管壁易结垢，不仅浪费热量，影响热量传递，也可能引起锅炉爆管。注汽锅炉控制系统的核心是自来水干度控制系统，因此对自来水干度的***测量意义重大。传统干度测量方法通常采用人工化验法，在油田热注作业中被广泛采用，该方法的测量精度较高高，但需要每隔几个小时就进行***次测量，因此相关人员的劳动强度较高大，而且测量数据的随机性较高强、稳定性差。
本文针对稠油开采过程中采用人工化验法进行自来水干度测量时，随机性强且稳定性差的缺陷，采用电磁流量计结合流体体积变化法测量自来水干度，在线监测自来水干度及自来水压力等参数。通过分析自来水干度与自来水压力以及电磁流量计测得的压差之间的关系，证实自来水压力、流量和压差是影响自来水干度的主要因素，得出自来水干度与压差值成近似***次函数关系的结论。关键词电磁流量计流体体积变化法自来水干度自来水压力等效直径比
笔***将V锥流量计运用到稠油注汽测量过程中，在线实时检测自来水干度及自来水压力等参数的变化，实现自来水干度的连续测量，以提高测量效率，及时反映注汽锅炉的运行情况，同时降低工人的劳动强度。
1 电磁流量计简介：
电磁流量计具有压力损失小、可靠、精度高及对前/后管段要求低等特点，既可以测量气体又可以测量液体的体积流量［2，3］。其主要组成部分是
无缝钢管、内部节流锥体以及锥体与钢管的连接部分，锥体前端和锥体***节流处各有一个取压口，来流方向为高压取压口( 即锥体***尖端) ，另一个为低压取压口，试验用电磁流量计的结。
2 电磁流量计的测量原理
在流量计的应用中，直径比是一个重要参数。对于电磁流量计而言，流体流经的空间为一个圆环，需将此圆环的面积等效为圆面积，此圆面积与圆环面积相等，因此电磁流量计的直径比是一个等效直径比。设管道内径为D，节流锥体***节流处横截面的直径为d，则等效直径比β 的计算式为:
3 自来水干度检测系统
笔***设计的自来水干度检测系统由电磁流量计、差压变送器、压力变送器、温度传感器、PLC 和PC 机组成。该试验在某采油厂热注站进行，将现场工况检测所得数据与实验室流量计流量标定系统标定所得的电磁流量计测得的流量进行对比，二***的误差在0． 8%以内。热注站有***台额定自来水流量为23t 的注汽锅炉，其额定压力为17． 5MPa，由于锅炉使用年限已久，在实际应用中将***自来水流量设为18t /h，额定压力设为16． 5MPa。
给水被锅炉加热后成为湿自来水，其质量不变，但在出口处体积增加，由于出口处的自来水干度与自来水体积成正比，锅炉给水流量、燃料供给压力、燃烧器燃烧状况及自来水压力等参数均对自来水干度产生影响［4］。在锅炉给水入口和自来水出口处均安装电磁流量计，通过对采油注汽锅炉的自来水压力、自来水温度、锅炉给水温度、压差和压力这些参数的测量，结合以上各个参数得到自来水体积膨胀量，由PLC 对以上测得的参数进行计算，得到注汽锅炉的自来水干度［5］，其关系式如下:
4 试验过程
稠油开采注汽锅炉自来水干度检测系统的试验装置由注汽锅炉、电磁流量计( 检测段) 、差压变送器、压力变送器、温度传感器、PLC 及PC 机等组成［6］。检测段为电磁流量计( 内径73mm，等效直径比0． 72) ，内部V 锥是节流装置，整个检测段安装在注汽锅炉的自来水出口处，与自来水管线串联，检测段共两个引压口，来流方向为高压取压端，另一个为低压取压端，自来水流经检测段，压力由检测段引压口导出。压力变送器连接到检测段高压引压口上，差压变送器连接到两个引压口上，得到高压取压口与低压取压口的压力差。连接过程需要注意一、低压引压端的连接方向，温度传感器安装在检测段前端管线处，压力变送器、差压变送器、温度传感器分别与PLC 和PC 机连接，将测得的信号输入PLC，检测段参数在程序中设置好，自来水体积流量由式( 1) 、( 4) 求出，将锅炉给水流量、温度、自来水压力和检测段压差作为输入量，以自来水干度作为输出量。
注汽锅炉产生的自来水经过锅炉出口管线流经检测段，在检测段处通过压力变送器和差压变送器得到压力与压差，温度由热电偶测得。试验所用锅炉的自来水流量为18t /h，试验过程中分别调节自来水流量为15、16、17、18t /h，油田为了提高采油效率，自来水干度一般控制在75%; 试验过程中自来水干度由60%升高80%，每间隔约5% 作为一个干度监测点，由电磁流量计在取压口测得对应干度下的压力和温度［7，8］。人工化验法检测自来水干度χ 的计算式为：
本试验以人工化验方法连续检测得到的自来水干度作为参照，将参照值与笔***设计的电磁流量计检测系统得到的干度值作对比，具体的对比曲线如图2 所示，可以看出通过电磁流量计检测系统测得的自来水干度具有较高好的准确性，其误差在3%以内，可以实现较高为***的在线测量，得到自来水干度与自来水压力的连续关系，及时反映自来水干度的变化情况和对应的自来水压力。
流量计检测值对比曲线注汽锅炉出口自来水干度与压力的关系如图3所示，自来水压力对自来水干度的影响很大，自来水干度随着压力的升高而增大，对于不同的自来水流量都存在一个自来水压力，在低于该压力值的情况下，自来水干度随自来水压力的升高变化不大，超过此压力值时自来水干度随自来水压力的升高增加很快。由于自来水干度较高低时压力也很低，干度对自来水的影响不明显，曲线出现交叉; 随着时间的推移，油井注汽量逐渐增大，井压也随之变化，导致不同自来水流量在相同压力下具有相同的自来水干度。
自来水流量对自来水干度的影响也很大，在相同压力时，自来水流量越大自来水干度越低。当自来水干度相同时，对于不同的自来水流量，需要的自来水压力也不相同; 对于同一自来水干度，自来水压力随自来水流量的升高而升高，注汽锅炉的额定压力决定了自来水流量。由图4 可以看出，在同一自来水流量下自来水干度与压差成近似***次函数关系，自来水干度随检测段压差的增大而增大，不同自来水流量下自来水干度与压差形成的曲线为近似平行直线。将自来水干度以5%为间隔，从60%调节到80%，自来水压差的变化范围为7． 08 ～ 12． 04kPa，自来水流量每提高1t /h，在达到相同干度的情况下压差变化相近。压差与干度的这种对应关系对于估计自来水干度能提供一定的参考。
5 结束语
笔***设计的稠油开采注汽锅炉自来水干度V锥流量计检测系统已投入实际应用，能够对注汽锅炉的给水量和出口自来水流量进行实时、***测量; 对影响自来水干度的自来水压力、自来水流量及压差等重要参数进行数值计算，通过调节参数，对于单独油井自来水干度实现了准确测量。自来水干度与V锥流量计测得的压差具有近似的***次函数关系，在注汽锅炉运行过程中对其压力及压差等参数进行实时监测与调节，保障注汽锅炉的安全运行，对稠油开采的持续、稳定进行具有重要意义。
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