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油田汽水两相流双参数测量仪表应用

    热采法是最有效的回收稠油的方法,在稠油热采过程中,注入油井蒸汽的质量流量和干度,很大程度地影响着稠油的输出,这使得对注井蒸汽参数的测量十分重要,这属于汽水两相流测量的问题。
    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?#35013;?#20998;离流模型,James等建立了改进的?#35013;?#22343;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时间上都是随机的。由此随机性在测量过程中产生的噪声,如?#35013;?#24046;压脉动,是人们在两相流检测的?#23548;?#20013;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?#20013;?#24687;。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、?#35013;?#24046;压噪声测量汽水两相流的理论模型
   假设:汽液两相分别流过?#35013;澹?#26080;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?#35013;?#20998;离流模型为:
 
越小,差压噪声越大。
将式(3)的两边分别除以式(2)的两边,可得:
 
   式(5)、(6)即为利用?#35013;?#24046;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,?#38382;?#38750;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?#35013;?#24046;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、汽水两相流双参数测量仪表
    根据上述的模型,作者研制成功与单?#35013;?#37197;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。
    来自压力变送器差压变送器的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、仪表在油田中的应用
    利用?#35013;?#27979;量汽水两相流实验的78组数据,?#33539;?#20102;比例系数 值。以下实验数据来自辽河油田的两个油井。表1显示了采用本仪表和传统采样法所得的干度数据的差别。表2显示了采用本仪表和传统?#35013;?#27969;量计测得的流量数据的差别。
[表1]


时间

9:00

9:15

9:30

9:45

10:00

10:15

10:30

10:45

11:00

本仪表

68

66

65

67

70

68

68

67

68

采样

73

73

73

74

75

74

74

75

75

误差(%)

5

7

?8

7

5

6

6

8

7

 [表2]


时间

9:00

9:15

9:30

9:45

10:00

10:15

10:30

10:45

11:00

本仪表

8.184

8.012

8.189

8.203

8.021

8.086

8.012

8.103

8.085

?#35013;?#27969;量

8.2

8.2

8.2

8.2

8.1

8.1

8.1

8.1

8.1

误差(%)

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?#35013;?#27969;量相比较,误差小于5%;干度的误差小于10%。
4、结论
(1)在汽水两相流中的?#35013;?#24046;压噪声是由于两相流中相密度分布的不均匀性和?#35013;?#30340;相分离效应引起的。其差压噪声的方差包含着相比分和质量流量的信息。利用?#35013;?#22122;声测量汽水两相流干度和质量流量的理论模型,经实验证明与?#23548;?#22522;本相符。从而实现了用单一?#35013;?#21516;时测量汽水两相流双参数(干度和流量)。
(2)汽水两相流双参数测量仪表与传统仪表相比,测量误差基本相同,但结构简单,而且具有更强的性能指标。


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