[发明专利]一种用于高压汽-水两相流体的测量方法

摘要

本发明提供的一种用于高压汽-水两相流体的测量方法，是通过分流器控制高压汽-水两相流体的比例，分离器的上下口分别安装蒸汽、水流量计，流经蒸汽、水流量计的流体最终混合流入猪回路；主回路与分回路之间的压差由主回路与分回路的节流装置来调节，然后通过实验室条件在理论基础上测得分流系数，最终通过稠油热采过程中的9T/h燃气直流锅炉对其进行表定，最终确立分流系数。该测量装置：包括分流器和分离系统安装在水平汽-水两相流管线上，在主管壁上有6分流孔，其外是一个收集环室，用以收集从分流孔流出来的流体，一个小的分离器与收集环室相连，在分离器顶部和底部分别安装了蒸汽流量计和水流量计，蒸汽流量计与水流量计的出口同时与节流装置相连，最终连接到主回路节流装置的下端。

主权项

一种用于高压汽‑水两相流体的测量方法，其特征在于：通过理论公式推导，确定分流比，将标定好的分流系数带入方程求出稠油热采注入蒸汽的流量及干度等参数，该方法精准可靠，分步骤实施；步骤1公式计算：1）测得蒸汽、水的总流量与分流量比例关系式： M s = M ss K s - - - ( 1 ) M w = M sw K w - - - ( 2 ) Ms：总蒸汽流量；Mw：总液相流量；Mss：通过蒸汽流量计的蒸汽分流量；Msw：通过水流量计的液相分流量；Ks：蒸汽分流系数；Kw：液体分流系数。从方程（1）和（2）得知，分流常数Ks和Kw代表主回路流进取样回路的比例，即Kw大于Ks；从方程（1）和（2）得知，Ks与Kw的实际值取决于分回路和主回路的相对阻力大小，分流回路与主回路呈并联关系，因此压力损失相同；ΔPm＝ΔPs                                    (3)ΔPm：主回路压力损失；ΔPs：分流回路压力损失；ΔPm和ΔPs可以采用分相模型计算： ΔP m = ΔP ms + θ m ΔP mw - - - ( 4 ) ΔP s = ΔP ss + θ s ΔP sw - - - ( 5 ) ΔPms和ΔPmw分别表示蒸汽与水单独流过主回路时的压力损失;ΔPss andΔPsw分别表示气相与水单独流过分流回路时的压力损失;θ表示根据压力而变化的修正因子； ΔP ms = [ λ m Σ 1 d m + Σ ξ m ] 1 2 ρ s ( M ms A m ) 2 - - - ( 6 ) ΔP mw = [ λ m Σ 1 d m + Σ ξ m ] 1 2 ρ w ( M mw A m ) 2 - - - ( 7 ) ΔP ss = [ λ s Σ 1 d s + Σ ξ s ] 1 2 ρ s ( M ss A s ) 2 - - - ( 8 ) ΔP sw = [ λ s Σ 1 d s + Σ ξ s ] 1 2 ρ w ( M sw A s ) 2 - - - ( 9 ) 在上式中λ是达西摩擦因子，L是管长度，d是管内径，ξ局部损失系数，ρw水密度，ρs蒸汽密度，M是质量流量，A是管截面面积，符号Σ代表总和；下标m代表主回路，下标S代表分流回路；2）根据质量守恒定律，总流量与分流回路的流量关系式：Ms＝Mms+Mss                                   (10)Mw＝Mmw+Msw                                   (11)Xm为主回路干度，Xs为分流回路干度，忽略θm与θs的微小差别，即：θm=θs=θ，然后将方程式（4）‑（11）带入方程式（3）中，得到： K 0 K s - 1 = θ ( 1 - k 0 k w ) ρ G ρ L ( 1 X s - 1 ) - - - ( 12 ) 在上式中，K0是在单相流下的分流系数，由以下方程确定： K 0 = A s λ m Σ 1 d m + Σ ξ m A s λ m Σ 1 d m + Σ ξ m + A m λ s Σ 1 d s + Σ ξ s - - - ( 13 ) 方程（12）为阻力平衡方程，从阻力关系中得到，此方程不能确定Ks和Kw的值，需补充另一个方程km： K m = M ss + M sw M s + M w = 1 X s K s + 1 - X s K w = F ( X s ) - - - ( 14 ) 方程（14）称分配方程，函数F(Xs)将由实验确定；3)锅炉输出干度由下列公式计算： X = C o - C i C o - - - ( 15 ) Ci锅炉进软化水的电导率；Co是锅炉输出冷凝水的电导率，即采样分离器电导率，最低干度调节到60%，最高干度为82%，流量范围从2000kg/小时到8000kg/小时，压力范围为7.6‑10MPa；其中在两相流动实验前，先进行了单相水实验，确定k0=0.01350；根据锅炉进水量以及锅炉输出蒸汽干度，分流系数根据方程（1）和（2）计算得到θ=1.6259；其中Km为总分流系数与Xs为分流回路干度，按照方程式（14）确定F(Xs)：Km＝0.02218‑0.01042Xs                              (16)通过上述关系式，即(1)—(11)、（13）、（14）得出的（12）阻力平衡方程、（14）分配方程以及（16）方程式；通过方程式（12）（14）（16）方程式在蒸汽分流量Mss和液相分流量Ms测量的基础上，计算出总流量与总干度；步骤2蒸汽计量装置：由主管、分流孔、收集环、分离罐、蒸汽流量计、水流量计、节流装置、主回路节流装置构成；蒸汽沿主管（1）经过分流器（2）的分流孔进入收集环室（3）到达分离罐（4），实施分离；分离后的蒸汽通过蒸汽流量计(5)计量，分离后的水通过水流量计(6)计量,分离后的蒸汽与水混合后通过节流装置（7）回到主管（1），注入油井；其中整个系统的压力是通过节流装置（7）与主回路节流装置（8）调节。