摘要：注蒸汽热采是稠油开发中普遍采用的助采方式，注入蒸汽的流量和干度直接影响油井的采出率，湿蒸汽是一种两相流，湿蒸汽计量存在较大的技术困难。本文对比双差压、单孔板噪音、双涡街等计量技术，经过理论分析和实际应用对比，总结出了多种蒸汽计量技术的特点和适用范围。
关键词：饱和湿蒸汽；两相流；双差压；双涡街
注蒸汽热采是稠油开发和油田中后期开发中普遍应用的助采方式，在辽河油田就存在蒸汽吞吐、SAGD、蒸汽驱多种蒸汽助采开发方式。注汽井注入蒸汽的流量和干度直接影响油井的采出率和油汽比，对单井注入蒸汽的流量和干度进行比较准确地测量和控制，有助于实现蒸汽的精细管理，在保证助采效果的情况下减少能源浪费，提高热采效率。湿蒸汽是一种两相流，而且蒸汽状态随温度、压力的变化而变化，流量和干度的测量存在较大的技术困难。目前，国内外研究的饱和湿蒸汽测量方法主要有：汽水分离法、双差压法、单孔板噪音法、双涡街传感器测量、单涡街测量法、涡街+V锥流量计阀法、等。由于湿蒸汽为两相流，而且状态不稳定，目前湿蒸汽干度和流量测量没有统一的、普遍认可和广泛适用的技术手段，每种技术手段都有其局限性和优缺点。辽河油田稠油开采中，蒸汽助采是最重要的手段，经过理论分析和实际应用对比，总结出各种蒸汽计量技术的特点和适用范围。
1技术比选
1.1双差压法测量技术
双差压法测量技术原理是将一标准孔板与一经典文丘里管串联于湿蒸汽管道中，根据质量守恒定律，流经两流量计的质量流量相同，忽略沿程热量损失及压力损失，湿蒸汽无相变，则流经两流量计的湿蒸汽干度也相同。两种差压测量元件的流量计算公式不同，从而计算出蒸汽流量和干度。两质量流量方程中只有质量流量qm与干度x两个未知数，联立以上方程求解，即可得出x值。将得出的干度值x代入质量流量方程求出瞬时质量流量，再对时间积分得出累积质量流量、载热量。标准孔板与经典文丘里管组合的双差压法饱和湿蒸汽干度测量方法详细计算公式如下：以上计算公式仅为简易、理论公式，经过理论计算与大量实验数据拟合得到比较准确的计算模型。
1.2单孔板噪音法测量技术
单孔板噪音法测量原理是：饱和湿蒸汽的两相流流过孔板时，孔板对液相产生阻滞和脉冲喷放，孔板前后压差会产生一定的脉动“噪音”，噪音强度、频率与饱和湿蒸汽的流量、干度密切相关，通过大量实验建立不同干度下孔板噪音频率的数据模型。单孔板噪音法测量装置降低差压变送器的阻尼系数、提高检测频率，从而可以检测到差压脉动噪音的幅值和频率，计算孔板前后压差的方根均值和差压噪音方根均值，利用噪音频率模型和IAPWS-IF97汽、水性质模块计算出饱和湿蒸汽的流量和干度。
1.3双涡街法测量技术
普通的涡街流量计通常用于测量单相介质的流量，为了能够用于测量两相流，在涡街流量计前设置混相整流器，使高温高压饱和湿蒸汽中气相和液相均匀混合，在管路上串联两台涡街流量计，一台选用普通涡街流量计测量旋涡频率得出蒸汽的体积流量；一台选用升力式涡街流量计，测量旋涡的幅值得出蒸汽的质量流量qm。涡街流量计内自带告诉处理器，通过组合两台流量计信号，经过运算IAPWS-IF97汽水性质模型，就可以得到蒸汽的平均密度ρ流量q和干度x：
1.4感应式单涡街法测量技术
为降低蒸汽测量的成本，有的厂家研制了能够同时测量旋涡频率和旋涡幅值的感应式涡街流量计，从而实现单涡街测量蒸汽流量和干度，测量原理与
双涡街测量方法相同。
1.5涡街+锥形流量计复合法测量技术
涡街+锥形流量计测量法在一个管段内设置混相装置、涡街流量计、锥形流量计及压力、差压、温度变送器，利用涡街流量和锥形流量计不同的体积流量计算公式计算得到蒸汽流量、干度；同时利用差压信号体现的两相流信息，进行补偿和修正（原理同单噪音法）。
2实际应用
辽河油田蒸汽注采应用十分广泛，经过对不同工况下各种蒸汽干度计量装置的应用情况，总结分析了各种蒸汽计量技术的优缺点和适用范围。（1）双差压法测量技术的数学模型适用于一个准稳态计量管道系统，对每次测量均假定整个系统处于稳态，系统的参数变化应是一个缓慢过程，在计量计算中忽略瞬变过程的影响。同时，虽然两种节流元件的计算公式不同，但是基本原理类似、差距不大。孔板和文丘里管组合的双差压测量饱和湿蒸汽干度的技术，研究早、应用比较广泛，但计算模型适用于准稳态或变化缓慢的计量系统，在稳定工况下测量精度可以达到≤±5%；而且该测量装置存在安装复杂、安装空间大、压损大、易泄露点多的缺点。（2）单孔板噪音法测量装置相比双差压法有结构相对简单，压力损失、直管段、易泄露点均减少很多。单孔板噪音法的数据模型根据大量实验拟合得到，计量稳定性稍差；蒸汽含水量太大时孔板阻滞效果变差，适用于蒸汽干度较高的场所。稳定工况下，单孔板测量装置流量、干度测量精度可以达到±5%。（3）双涡街双涡街测量装置结构简单、安装空间小、维护便捷，管段泄漏风险小；在稳定工况下，饱和湿蒸汽干度、流量精度达到±4%。（4）感应式涡街的单涡街测量技术原理与双涡街相同，设备尺寸和费用成本更低，精度有所降低，可以达到5%~7%，适用于注汽井口或蒸汽管线末端，降低投资成本。（5）涡街+锥形流量计的复合型测量技术测量技术，由于涡街和锥形流量计的测量原理差距较大，测量精度优于双差压法，同时综合了单差压噪音的测量原理，计量精度高、适用的蒸汽范围更广。该型蒸汽流量干度测量装置结构紧凑、质量轻、压损小，降低了使用用中的安装要求，安装、维护方便，设备费用较高、计量精度高，适用于锅炉出口、蒸汽干线等对计量精度要求高的场合。
3结语
多相流的测量一直是一个技术难点，随着湿蒸汽干度的变化，汽水两相流的物理特性发生很大的变化。对比辽河油田目前常用的几种蒸汽干度测量技术，双差压法适用蒸汽范围较广，但是装置复杂、泄漏风险高，适用于准稳态的工况；单孔板噪音法适用于干度较高的工况；双涡街或感应式单涡街法假定湿蒸汽处于饱和状态，但是测量装置简单便捷、安全性高；涡街+锥形流量计复合式测量技术综合双原理测流量、单差压噪音法多种测量原理，计量精度和适用蒸汽干度范围较广，同时也增加了设备费用。综合以上因素，对于要求计量精度高的场所推荐选用涡街+锥形流量计复合式测量技术；对于应用数量多、精度要求不高的场所推荐选用感应式单涡街测量技术，有助于降低工程投资。
参考文献
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作者：袁风宾 单位：中油辽河工程有限公司
