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油田汽水兩相流雙參數測量儀表應用

    熱采法是最有效的回收稠油的方法,在稠油熱采過程中,注入油井蒸汽的質量流量和幹度,很大程度地影響著稠油的輸出,這使得對注井蒸汽參數的測量十分重要,這屬于汽水兩相流測量的問題。
    在工业过程和科学研究中,两相流的检测一直是检测科学研究的一个焦点。Murdock等建立了孔板分离流模型,James等建立了改进的孔板均相流模型。以上两模型用两相密度比修正后,进一步提高了模型精度,并扩大了适用范围。
    两相流动是一个随机过程,两相流体中的相分布在空间和時間上都是随机的。由此随机性在测量过程中产生的噪声,如孔板差压脉动,是人们在两相流检测的实践中熟知的物理现象。然而,根据传统的测量理论,此噪声仅仅是检测系统中的干扰信号。根据现代检测理论的观点,噪声也是过程系统输出的一种信息。通过对噪声机理的分析,建立噪声的统计滤波模型,便可获得与被检测变量相关的定量信息,从而建立噪声检测两相流的实用理论模型。
1、孔板差壓噪聲測量汽水兩相流的理論模型
   假设:汽液两相分别流过孔板 ;无相间动量交换 ;无相变过程 ;满足绝热条件。
由此得到理想化的孔板分離流模型爲:
 
越。顗涸肼曉酱。
將式(3)的兩邊分別除以式(2)的兩邊,可得:
 
   式(5)、(6)即为利用孔板差压噪声测量汽液两相流双参数(例如质量流量和干度)的理论模型。其物理意义明确,形式非常简单,无须变换便可直接应用于微机仪表。
    实测的汽水两相流孔板差压方根的相对统计方差(R),大者可达百分之几十,小者也有百分之几,对于干度变化的反应相当灵敏。
2、汽水兩相流雙參數測量儀表
    根据上述的模型,作者研制成功与单孔板配套的测量仪表。该仪表核心是Intel 8098 CPU,配置32K ROM和8K RAM,还包括8个LED,8个按键以及微型打印机。一台开关稳压电源为仪表和变送器提供电能。
    来自壓力變送器差壓變送器的4~20毫安直流信号经I/V转换成1~5伏电压信号,再经A/D变换成数字量。数字滤波和统计估计可得数学模型计算所需的P、 和 。并按压力P由相应子程序计算密度和热焓,从而算出汽水两相流的干度、质量流量和携带热量,并对流量和热量进行累积运算。键盘和LED用于常数设置和结果显示,微打可定时或立即打印结果。D/A接口输出干度信号,RS232接口可与上位机进行通讯。仪表原理框图如图1所示。
 
图1 仪表框图
3、儀表在油田中的應用
    利用孔板测量汽水两相流实验的78组数据,确定了比例系数 值。以下实验数据来自辽河油田的两个油井。表1显示了采用本儀表和传统采樣法所得的干度数据的差别。表2显示了采用本儀表和传统孔板流量计测得的流量数据的差别。
[表1]


時間

9:00

9:15

9:30

9:45

10:00

10:15

10:30

10:45

11:00

本儀表

68

66

65

67

70

68

68

67

68

采樣

73

73

73

74

75

74

74

75

75

誤差(%)

5

7

?8

7

5

6

6

8

7

 [表2]


時間

9:00

9:15

9:30

9:45

10:00

10:15

10:30

10:45

11:00

本儀表

8.184

8.012

8.189

8.203

8.021

8.086

8.012

8.103

8.085

孔板流量

8.2

8.2

8.2

8.2

8.1

8.1

8.1

8.1

8.1

誤差(%)

0.195

2.293

0.134

-0.04

0.975

0.173

1.086

-0.037

0.185

    从以上数据可以看出,仪表测得的质量流量与直流锅炉的给水孔板流量相比较,误差小于5% ;干度的误差小于10%。
4、結論
(1)在汽水兩相流中的孔板差壓噪聲是由于兩相流中相密度分布的不均勻性和孔板的相分離效應引起的。其差壓噪聲的方差包含著相比分和質量流量的信息。利用孔板噪聲測量汽水兩相流幹度和質量流量的理論模型,經實驗證明與實際基本相符。從而實現了用單一孔板同時測量汽水兩相流雙參數(幹度和流量)。
(2)汽水兩相流雙參數測量儀表與傳統儀表相比,測量誤差基本相同,但結構簡單,而且具有更強的性能指標。

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