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稠油热采蒸汽等干度分配技术

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稠油热采 蒸汽 分配 技术
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稠 油 热 采 蒸 汽 等 干 度 分 配 技 术 延   杨 乃 群   安 九 泉   陈   红(辽 河 油 田 公 司 钻 采 工 艺 研 究 院 ,辽 宁 盘 锦   124010)摘 要   锅 炉 蒸 汽 等 干 度 分 配 是 基 于 相 分 离 原 理 进 行 工 作 的 ,即 分 配 到 支 路 管 线 的 两 相 流 体 由 相 分 离 后 的 2 股流 体 组 合 而 成 ,其 中 一 股 流 体 的 干 度 较 高 ,另 一 股 流 体 的 干 度 则 较 低 。 通 过 调 节 2 股 流 体 的 比 例 实 现 流 量 分 配 和干 度 控 制 。 在 等 干 度 分 配 中 ,该 分 配 技 术 既 适 合 于 2 条 支 路 的 分 配 ,也 适 合 任 意 多 支 线 的 分 配 ;既 可 以 实 现 等 流量 、 等 干 度 分 配 ,也 可 以 实 现 不 同 流 量 时 的 等 干 度 分 配 。关 键 词   稠 油   蒸 汽 驱   分 相 组 合   等 干 度 分 配随 着 稠 油 热 采 由 蒸 汽 吞 吐 生 产 方 式 向 蒸 汽 驱 、蒸 汽 辅 助 重 力 泄 油 等 方 式 的 转 换 ,大 排 量 注 汽 锅 炉的 蒸 汽 分 配 已 经 成 为 一 个 迫 切 需 要 解 决 的 问 题 。 由于 输 汽 管 网 中 的 一 些 特 殊 条 件 ,使 得 蒸 汽 动 力 工 程中 的 一 些 成 熟 分 配 器 都 未 能 取 得 预 期 效 果 ,导 致 各支 管 之 间 出 现 较 明 显 的 干 度 差 异 ,直 接 影 响 了 注 汽效 果 和 经 济 性 。 锅 炉 蒸 汽 等 干 度 分 配 技 术 是 一 项 简单 、 有 效 、 灵 活 方 便 的 干 度 分 配 方 法 ,可 根 据 输 汽 管网 的 实 际 条 件 进 行 各 种 干 度 的 分 配 。1   汽 液 两 相 流 体 分 配 技 术 现 状目 前 应 用 在 热 采 注 汽 管 网 上 的 分 配 技 术 主 要 有简 单 三 通 分 配 技 术 、 放 射 型 分 配 技 术 和 配 技 术 。1. 1   简 单 三 通 分 配 技 术三 通 管 是 最 简 单 的 一 种 分 配 元 件 ,如 图 1 所 示 ,由 主 管 流 入 的 流 体 分 别 经 侧 支 管 和 直 通 支 管 进 入 各自 的 回 路 内 。 对 于 单 相 流 体 ,三 通 管 的 分 配 特 性 相对 较 为 简 单 ,每 一 支 管 所 分 配 的 流 量 多 少 完 全 取 决于 各 自 的 阻 力 大 小 。 而 在 两 相 流 中 ,三 通 管 的 分 配特 性 就 要 复 杂 得 多 ,除 了 流 量 分 配 外 ,还 存 在 相 的 分配 问 题 。 生 产 实 践 和 科 学 研 究 都 证 明 ,两 支 管 内 的干 度 般 都 存 在 较 大 的 差 异 ,其 相 差 幅 度 在百 分 之 十 几 到 十 几 倍 之 间 ,这 就 是 三 通 管 的 相 分 离特 性 。图 1   三 通 管 结 构1. 2   放 射 型 分 配 技 术该 技 术 通 过 保 证 各 分 配 支 管 的 结 构 对 称 性 改 善相 分 配 的 均 匀 性 ,如 图 2 所 示 。 分 配 支 管 在 几 何 分布 上 呈 放 射 状 排 列 ,每 一 支 管 的 位 置 完 全 对 称 ,分 配集 箱 则 垂 直 放 置 。 两 相 流 体 从 顶 部 (或 下 部 )流 入 分配 集 箱 (或 球 罐 ) 内 ,由 此 再 进 入 各 分 配 支 管 的 机 会基 本 均 等 ,从 而 可 获 得 比 较 好 的 分 配 结 果 。 实 际 应用 表 明 ,在 入 口 干 度 20 %~ 80 %的 范 围 内 ,平均 偏 差 为 10 %左 右 。 这 种 分 配 技 术 已 广 泛 用 于 小型 直 流 锅 炉 管 组 间 的 流 量 分 配 。图 2   放 射 型 分 配 器 结 构第 26 卷 增 刊                     石 油 钻 采 工 艺             26 (004 年 10 月                       2004   石 油 天 然 气 股 份 有 限 公 司 项 目 :“ 辽 河 油 田 齐 40 块 稠 油 蒸 汽 驱 工 艺 技 术 研 究 与 效 果 评 价 ” 部 分 内 容 ,编 号 :2003 - 19。作 者 简 介 :陈 延 ,1968 年 生 。 1989 年 毕 业 于 西 北 工 业 大 学 热 能 工 程 专 业 ,现 在 采 油 工 艺 所 从 事 稠 油 开 采 研 究 工 作 。 电 话 :0427 - 7809494。    对 于 较 大 容 量 的 分 配 ,仅 仅 保 证 各 分 配 支 管 在几 何 位 置 上 的 对 称 还 不 能 保 证 相 分 配 的 均 匀 性 。 这是 由 于 在 分 配 集 箱 内 两 相 流 体 本 身 在 流 型 和 速 度 分布 方 面 一 般 并 不 对 称 ,在 分 配 过 程 中 蒸 汽 与 水 流 入各 支 管 的 机 率 实 际 上 并 不 完 全 均 等 ,从 而 导 致 分 配效 果 变 差 。 通 常 的 改 进 措 施 是 ,在 分 配 集 箱 上 游 增加 中 间 混 合 集 箱 (也 可 以 是 其 它 形 式 的 混 合 器 ) ,在分 配 集 箱 (或 球 罐 )内 设 置 对 称 分 布 的 分 隔 板 。 当 两相 流 体 进 入 分 配 器 时 ,首 先 进 行 混 合 加 速 ,在 混 合 加速 过 程 中 液 膜 被 撕 破 ,速 度 分 布 和 液 滴 分 布 的 对 称性 得 到 改 善 ,然 后 再 进 入 对 称 分 布 的 分 配 室 。 各 分配 室 之 间 相 互 隔 开 ,每 一 分 配 室 对 应 一 个 分 配 支 管 。实 践 证 明 ,经 上 述 改 进 后 ,分 配 效 果 得 到 明 显 改 善 ,现 已 在 大 型 直 流 锅 炉 中 得 到 广 泛 应 用 。放 射 型 分 配 技 术 除 要 求 仪 器 几 何 结 构 对 称 和 流速 、 流 型 对 称 外 ,还 要 求 各 支 管 的 流 量 (负 荷 )也 必 须对 称 。 如 果 在 运 行 中 个 别 支 管 的 流 量 (负 荷 )偏 离 设计 工 况 ,就 会 破 坏 流 量 的 对 称 性 ,进 而 引 起 速 度 分 布和 相 分 布 也 失 去 对 称 性 ,最 终 难 以 实 现 等 干 度 分 配 。因 此 放 射 型 分 配 技 术 比 较 适 合 于 支 管 流 量 相 对 稳 定的 场 合 ,如 直 流 锅 炉 内 各 管 组 的 流 量 分 配 。 在 油 田注 汽 管 网 中 应 用 时 ,如 果 各 注 汽 井 的 吸 汽 能 力 或 压力 相 差 较 大 ,那 么 放 射 型 分 配 技 术 就 难 以 取 得 较 好的 分 配 效 果 。1. 3   司 的 配 技 术 配 技 术 在 工 作 原 理 上 与 放 射 型 分配 技 术 截 然 相 反 ,它 是 利 用 蒸 汽 — 水 两 相 流 体 流 过普 通 分 配 元 件 的 相 分 离 现 象 ,由 一 种 简 单 分 离 器 首先 将 两 相 流 体 分 离 成 干 蒸 汽 (或 高 干 度 蒸 汽 ) 和 水 ,然 后 再 根 据 需 要 按 一 定 比 例 重 新 组 合 2 股 流 体 达 到等 干 度 分 配 的 目 的 ,见 图 3。 从 某 种 意 义 上 讲 , 配 技 术 相 当 于 将 两 相 流 体 的 流 量 分 配 问 题转 换 成 了 单 相 流 体 的 流 量 分 配 ,因 而 在 原 理 上 更 适合 于 支 管 流 量 变 化 较 大 的 分 配 场 合 。图 3   配 结 构在 正 常 运 行 时 , 上 支 管 (汽 管 ) 内 的干 度 几 乎 为 1 ,而 向 下 支 管 (液 体 旁 通 管 ) 内 的 干 度为 零 。 这 种 工 况 在 一 般 两 相 流 体 管 道 内 是 不 易 出 现的 。 只 有 当 主 管 内 的 干 度 很 高 (90 %以 上 ) ,并 且 支管 流 量 相 对 于 主 管 流 量 很 小 (10 %以 下 )或 分 离 器 的尺 寸 很 大 时 才 有 可 能 出 现 。 目 前 国 内 注 汽 管 网 的 干度 均 低 于 80 % ,1 台 锅 炉 仅 注 2~ 3 口 井 ,支 管 流 量相 对 于 主 管 流 量 并 不 是 很 小 。 此 外 在 注 汽 管 线 上 的分 配 元 件 尺 寸 也 不 会 很 大 ,不 会 出 现 工况 。 另 外 2 支 管 之 间 的 阻 力 平 衡 仅 通 过 一 个 固 定 孔板 进 行 调 节 也 限 制 了 它 的 干 度 调 节 能 力 。 因 此 , 国 内 现 有 条 件 下 难 以 做 到 等 干 度 分 配 。2   分 相 组 合 式 等 干 度 分 配 技 术与 配 技 术 相 似 ,分 相 组 合 式 等 干 度分 配 技 术 也 是 基 于 相 分 离 原 理 进 行 工 作 的 ,即 分 配到 支 路 管 线 的 两 相 流 体 由 相 分 离 后 的 2 股 流 体 组 合而 成 ,其 中 一 股 流 体 的 干 度 较 高 (高 于 主 干 管 线 来 流干 度 ) ,而 另 一 股 流 体 的 干 度 则 较 低 (低 于 主 干 管 线来 流 的 干 度 ) 。 通 过 调 节 2 股 流 体 的 比 例 达 到 流 量分 配 和 干 度 控 制 的 目 的 。如 图 4 所 示 ,较 高 干 度 的 流 体 由 一 个 侧 支 管 朝上 布 置 的 三 通 3 产 生 ,而 较 低 干 度 的 流 体 则 由 一 个侧 支 管 朝 下 布 置 的 三 通 2 产 生 。 这 2 股 流 体 在 汇 合三 通 6 内 重 新 混 合 后 流 向 支 管 5。图 4   分 相 组 合 式 等 干 度 分 配 原 理设 母 管 1 内 的 两 相 流 体 总 流 量 为 干 度 为流 过 三 通 管 3 时 通 过 垂 直 向 上 的 侧 支 管 流 出 流量 为 干 度 为 流 过 三 通 管 2 时 ,通 过 垂 直 向下 侧 支 管 流 出 的 流 量 为 干 度 为 其 余 的 两相 流 体 (流 量 干 度 为 经 阀 C 继 续 沿 母 管 向下 游 流 动 。 经 由 2 个 三 通 侧 支 管 分 流 的 2 股 流 体 ,分 别 流 过 阀 A 和 阀 B 后 在 汇 合 三 通 内 混 合 ,汇 合 后的 总 流 量 为 干 度 为 为 分 配 出 的流 量 和 干 度 。 根 据 质 量 守 恒 定 律 得 出 计 算 式61 石 油 钻 采 工 艺   2004 年 10 月 (第 26 卷 )增 刊   1)其 中 2) 3)由 于 三 通 管 的 相 分 离 作 用 ,1 ≥ 而 0 ≤ 小 于 等 于 1 ,其 大 小可 以 通 过 阀 A、 阀 B 进 行 调 节 , 大 小 主 要 通 过阀 D 进 行 调 节 。 因 此 由 式 (1) 可 知 ,在 任 何情 况 下 通 过 调 节 A、 B 阀 门 ,总 能 够 使 于 必 然 等 于 。 通 过 阀 C 和 阀 D 可 以 控 制 2条 支 路 的 流 量 。 这 就 是 分 相 组 合 式 等 干 度 分 配 的 基本 原 理 。从 式 (1) 还 可 以 看 出 ,在 等 干 度 分 配 中 ,分 支 流量 可 以 相 等 ,也 可 以 不 相 等 。 因 此 ,上 述方 法 既 适 合 于 2 条 支 路 的 分 配 也 适 合 于 任 意 多 条 支线 的 分 配 ,既 可 以 实 现 等 流 量 、 等 干 度 分 配 ,也 可 以实 现 不 等 流 量 时 的 等 干 度 分 配 。 与 现 有 的 其 它 分 配器 相 比 ,该 分 配 器 结 构 简 单 ,不 含 任 何 大 尺 寸 的 压 力容 器 ,工 作 可 靠 ,调 节 灵 活 ,安 装 方 便 ,造 价 低 廉 ,最适 合 于 油 田 野 外 工 作 环 境 。3   结 论(1)简 单 三 通 技 术 因 存 在 相 分 离 现 象 不 宜 直 接用 作 注 汽 分 配 技 术 。(2)放 射 型 分 配 技 术 要 求 各 分 配 支 管 的 流 量 (负荷 )和 压 力 相 对 均 等 和 稳 定 ,在 此 条 件 下 才 能 达 到 等干 度 分 配 。 而 目 前 各 注 汽 井 的 吸 汽 能 力 和 压 力 普 遍存 在 明 显 差 异 ,因 此 以 该 分 配 技 术 为 基 准 制 作 的 分配 器 较 难 达 到 等 干 度 分 配 。(3) 配 技 术 较 适 合 于 低 压 高 干 度 和主 干 管 线 流 量 相 对 于 支 管 很 高 的 场 合 。 在 目 前 国 内注 汽 条 件 下 不 能 做 到 等 干 度 分 配 。(4)分 相 组 合 式 等 干 度 分 配 技 术 无 论 在 理 论 计算 和 实 际 结 构 设 计 上 均 可 满 足 汽 驱 井 及 重 力 泄 油 井干 度 分 配 的 需 要 。参   考   文   献[1 ]   王 栋 ,林 崇 虎 . 分 流 分 相 式 两 相 流 体 流 量 计 . 第 六 届 全国 多 相 流 测 试 技 术 学 术 会 议 论 文 . 东 北 大 学 学 报 ,2000 , (增 刊 )[2 ]   王 栋 ,林 崇 虎 . 用 多 孔 探 针 测 量 高 压 汽 水 混 合 物 的 流 量与 干 度 . 计 量 学 报 ,1995 ,16 (3)[3 ]   林 崇 虎 . 管 路 内 汽 液 两 相 流 特 性 及 其 工 程 应 用 . 第 1版 . 陕 西 西 安 :西 安 交 通 大 学 出 版 社 ,1993 - 07[4 ]   D ,et in 2001 ,12 (2)(收 稿 日 期   2004207228)〔 编 辑   付 丽 霞 〕本 刊 继 续 入 选 为 全 国 中 文 核 心 期 刊2004 年 7 月 由 北 京 大 学 出 版 的 《 中 文 核 心 期 刊要 目 总 览 2004 年 版 (第 四 版 )》 上 公 布 的 信 息 表 明 ,《 石 油 钻 采 工 艺 》 杂 志 继 1992、 1996 和 2000 年 3 次 入选 为 全 国 中 文 核 心 期 刊 后 ,第 4 次 入 选 。 每 次 (版 )的 有 效 周 期 为 4 年 。 至 此 ,本 刊 已 经 连 续 16 年(1992~ 2008)成 为 全 国 中 文 核 心 期 刊 。这 次 是 从 国 内 外 较 优 秀 的 52 种 文 献 检 索 工 具上 对 全 国 74 个 学 科 的 约 12 000 种 刊 物 论 文 的 被 索量 、 被 摘 量 、 被 引 量 、 影 响 因 子 、 被 摘 率 、 获 奖 或 被 重要 检 索 工 具 收 录 等 7 项 指 标 进 行 统 计 ,并 用 模 糊 数学 方 法 及 文 献 计 量 学 规 律 进 行 研 究 后 由 1871 位 各学 科 专 家 审 定 后 选 出 的 。 全 国 共 有 1798 种 刊 物 入选 。 本 刊 则 入 选 为 “ 石 油 、 天 然 气 工 业 ” 类 学 科 的 22种 核 心 期 刊 之 一 ,名 列 第 9 位 。(范 文 田   供 稿 )71  陈   延 等 :稠 油 热 采 蒸 汽 等 干 度 分 配 技 术 of of of F N I - 40 ( To in i - 40 , on as as - 28 i. e. , of on of i - 40 N ( of on of i. e. , to by in By of be be in in it be N is or of to of by as of to is by in in N N on             2004  
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