國內(nèi)稠油注蒸汽開采過程中，由于各個單井的吸汽能力存在差異，因此為實現(xiàn)單井注氣量及注氣干度的精確控制，需要安裝蒸汽流量計量裝置。本文介紹了稠油注蒸汽開采中蒸汽計量的現(xiàn)狀，引入了蒸汽流量計量裝置，通過對其原理的介紹，可以看出該裝置滿足現(xiàn)場使用需求。在現(xiàn)場選取單井進行試驗，通過對比試驗結(jié)果，可以看出安裝錐形孔板蒸汽流量計可以精確計量注入蒸汽量，給油井生產(chǎn)效果分析提供依據(jù)，達到精細化注汽的目的，同時大大提升了生產(chǎn)效果，取得了較好的經(jīng)濟收益。

1. 油田蒸汽計量現(xiàn)狀

蒸汽的計量問題一直困擾著稠油生產(chǎn)。目前，油井注汽主要方式是一臺鍋爐給多口單井注汽，稠油注汽系統(tǒng)的注汽流程對于同時注汽的油井流量采用平均法估算，干度采用井口估算法，而無法得到準確的干度流量值。由于每口單井吸汽能力不同，且沒有單井蒸汽計量設備，注入井內(nèi)的蒸汽無法計量和控制，造成單井計劃蒸汽注入量與實際注入量不符，從而造成油井產(chǎn)能下降或汽竄等情況的出現(xiàn)，影響油井生產(chǎn)效果。

為了解決此問題，需要安裝蒸汽流量計量裝置，實現(xiàn)對單井注入的蒸汽流量的計量與控制，確保單井按需按量注汽，避免偏注、汽竄等現(xiàn)象。實現(xiàn)精細化注汽，從而提高注蒸汽的熱效率，改善稠油開發(fā)效果。

2. 蒸汽流量計量裝置的計量原理

 蒸汽流量計量裝置如圖一所示，它是差壓式流量計的一種。簡單的說，流體流經(jīng)一個收縮截面，測量通過此截面的壓差，由壓差數(shù)據(jù)可計算通過孔板流量計的流體流量。計算公式如下：

             （2.1）

式中，qm為流經(jīng)孔板流體的質(zhì)量流量，C為流出系數(shù)，β為孔板開孔與管道內(nèi)徑比，ε為熱膨脹系數(shù)，d為孔板內(nèi)徑，△P為孔板前后差壓，ρ為工況下的流體密度。

同時由于蒸汽是一種特殊的兩相流體，而孔板在兩相流中存在著差壓噪聲,這是兩相流動的固有特征,也是兩相流流動狀態(tài)信息的載體,與兩相流的流量質(zhì)量含汽率密度相關(guān)，因而可以用于兩相流測量,從而利用單一孔板實現(xiàn)兩相流雙參數(shù)測量，獲取蒸汽中氣相與液相的含量，更加精準的計量和控制注入蒸汽流量。

假設分散相濃度分布的方差正比于其平均相濃度，在不考慮阻擋體擾動的條件下，應用兩相流分離流理論模型論證了節(jié)流裝置差壓方根噪音的方差近似正比于分散相流量。進而推導出利用噪音測量兩相流流量的理論模型。

計算公式如下：

壓方根的統(tǒng)計方差，θ為比例系數(shù)，ρg、ρw分別為氣相密度和水相密度，α為孔板的流量系數(shù)，F為孔板開孔面積。

 為減小氣體對孔板流量計的沖蝕，延長使用壽命，為蒸汽孔板流量計配套迷宮閥使用，迷宮閥是一種漸進減壓式最小流量調(diào)節(jié)閥，包括閥體、減壓總成、閥桿、閥墊、填料閥套和支架，閥桿下端的閥芯為錐形，其與閥腔內(nèi)的凡爾線構(gòu)成密封配合；減壓總成通過支架和支架下端的閥墊緊壓在閥腔內(nèi)的凡爾平面上。通過錐形閥芯與凡爾線的密封配合，實現(xiàn)流道的關(guān)斷嚴密；通過錐形閥芯與凡爾線之間的通徑變化以及減壓總成中的交錯直角流道，使高壓流體中高速流動的分子經(jīng)過通徑變化和若干次流動方向的改變而產(chǎn)生撞擊和摩擦，達到消耗其能量，最終實現(xiàn)減壓，防止閥內(nèi)空化氣蝕的目的。

3. 蒸汽計量裝置的現(xiàn)場應用情況

截止到2013年12月，安裝蒸汽孔板流量計共計58套。

蒸汽流量計量裝置安裝臺賬如下表所示：

(1）現(xiàn)場應用發(fā)現(xiàn)一臺鍋爐帶兩口井混注時，吸汽量差值可達三倍以上，通過迷宮閥調(diào)整流量，最終實現(xiàn)均衡注汽。

(2）在多通閥管匯點大鍋爐混注推廣應用后發(fā)現(xiàn)，部分井由于注汽閘門不嚴，鍋爐所產(chǎn)的一半蒸汽，通過不嚴的閘門流失進計量站后大罐，造成了大量高質(zhì)量蒸汽的浪費。這些問題通過蒸汽流量計量裝置發(fā)現(xiàn)后，都得到了即時整改，確保了新井的注汽質(zhì)量，推廣應用效果非常顯著。

圖是九8區(qū)8-4多通閥的蒸汽計量曲線。黑色的曲線表示T98153井和T98163井瞬時蒸汽流量的合值，上下紅色虛線表示±8%的誤差曲線，鍋爐給水量18t/h不變。從曲線中可以看出剛開始投注時誤差比較大，原因是其他聯(lián)通流程閘門沒關(guān)緊所導致，2013年3月25日整改后，鍋爐瞬時流量慢慢回到誤差范圍以內(nèi)。

(3）在多通閥管匯點單爐單注時流量計計量的誤差基本保持在±8%以內(nèi)，能實現(xiàn)流量的精確計量，滿足生產(chǎn)需求。

(4）采用23t大鍋爐帶多井混注的新井，對比未安裝蒸汽流量計新井與已安裝蒸汽流量計新井的生產(chǎn)效果，其中T98153與T98163采用蒸汽流量計量裝置，其余單井未采用蒸汽流量計量裝置進行混注，由以下表可以得出，安裝流量計的固定鍋爐注汽的T98163和T98153的生產(chǎn)效果更好。

4. 結(jié)論

蒸汽流量計量裝置的應用，可以使得注入每口井的蒸汽流量成為已知量，并可以按照需求進行流量調(diào)節(jié)。

從日常生產(chǎn)來看，注氣精度的提高，大大提升了蒸汽利用率，實現(xiàn)了產(chǎn)能的增長，同時也達到了節(jié)能減排的效果。

從安全方面來看，油田注汽為高溫高壓蒸汽，為安全生產(chǎn)提出了很高要求，隨著蒸汽流量計量裝置的應用與推廣，大大提高注汽系統(tǒng)的自動化水平，實現(xiàn)遠程管理與控制，避免了不必要的人員財產(chǎn)損害。

從經(jīng)濟方面來看，蒸汽流量計量裝置的使用，提高了注氣效率，降低了注氣成本。以稠油區(qū)塊生產(chǎn)為例，一年的蒸汽需求量大約一千萬立方，生產(chǎn)這些蒸汽的成本在八億人民幣左右，注汽流量計量系統(tǒng)的應用使蒸汽流量偏差會控制在8%以內(nèi)，可以看出注汽流量干度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)將大大提高注汽效果，以1%計算，預計每年為油田公司節(jié)省數(shù)百萬元成本，如進一步推廣效益更加可觀.