本發(fā)明涉及濕蒸汽流量干度分配，具體地說是一種濕蒸汽流量干度分配調(diào)控裝置及方法。

背景技術(shù)：

我國稠油儲量十分豐富，利用注蒸汽開采稠油是熱力采油的一種重要方法,其中注入濕蒸汽的流量和干度對油井增產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益起著十分重要的作用。一般來說，油田地面濕蒸汽分配管網(wǎng)普遍采用普通T型三通和對沖三通。普通T型和對沖三通雖然應(yīng)用方便，但由于兩條支路結(jié)構(gòu)上不對稱，各井的分配壓力和流量差別較大，導(dǎo)致干度分配效果也存在偏差，反過來又影響注汽流量的調(diào)節(jié)，當(dāng)一口井的蒸汽壓力、流量、干度發(fā)生變化時，其它分支流量、干度同時發(fā)生波動，造成注汽管網(wǎng)分配、調(diào)控難度加大，無法保證各分支注汽井的注汽流量和干度按設(shè)計要求注入，影響了稠油熱采產(chǎn)量。

目前國外所用的分配器主要有Texaco公司的放射型分配器和采用分流分相Splitigator分配器。放射型分配器采用各分支管在空間分布上呈放射形分布，各分支在分配器內(nèi)的位置完全對稱，當(dāng)濕蒸汽流入分配器內(nèi)時，由于結(jié)構(gòu)對稱，則進(jìn)入各分配支管的機(jī)會基本均等，從而可獲得比較好的干度分配結(jié)果，參考專利CN101097104A。采用分相分流的Splitigator分配器是利用三通或者四通的相分離現(xiàn)象將濕蒸汽分離成干蒸汽和水后再重新組合達(dá)到等干度分配的目的。國內(nèi)蒸汽干度分配也主要是借鑒以上兩種方案，開發(fā)出來相關(guān)專利產(chǎn)品。在各井背壓差別較大的時候，放射型分配效果變差，不能滿足油田現(xiàn)場各井注汽壓力差別大時的干度分配難題。而采用分流分相原理的分配器在流速變化范圍大時，存在蒸汽路帶水，無法保證蒸汽路的分相效果。另外，分配器在干度分配的同時沒有采用有效的蒸汽流量、干度調(diào)控裝置，也從一方面降低了干度分配效果和管網(wǎng)調(diào)控的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種濕蒸汽流量干度分配調(diào)控裝置及方法，蒸汽相與水相通過各相支路分別進(jìn)行單相分配和調(diào)控，達(dá)到調(diào)控干度的目的，然后按需求混合各分支的蒸汽和水，通過臨界流噴嘴，達(dá)到控制各分支管的濕蒸汽流量的目的，從而保證去各分支的流量和干度是按設(shè)計注入，從而實現(xiàn)了對油田注汽濕蒸汽的流量干度分配與調(diào)控。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，一種濕蒸汽流量干度分配調(diào)控裝 置，包括限流對沖三通、上部環(huán)箱、水相環(huán)箱、蒸汽支管、單相蒸汽流量測量裝置、混合器，所述水相環(huán)箱位于上部環(huán)箱的下方并且上部環(huán)箱和水相環(huán)箱之間通過沉降管相互連通，所述上部環(huán)箱在自身的前環(huán)路通過限流對沖三通連接主管道，然后在自身的后環(huán)路通過四通與帶有旋流裝置的蒸汽支管連接，所述蒸汽支管一方面在自身上端通過上部蒸汽彎管連接單相蒸汽流量測量裝置，另一方面在側(cè)方連接一個小水箱，小水箱再通過四通連接至沉降管，所述單相蒸汽流量測量裝置向后繼續(xù)連接混合器，所述水相環(huán)箱還通過異形四通與水相分支管連接，然后水相分支管與混合器連接，其中在水相分支管和混合器之間設(shè)置水相調(diào)節(jié)閥。

所述混合器后端繼續(xù)依次連接測控裝置、蒸汽恒流裝置，在混合器和測控裝置之間安裝控制閥。

所述蒸汽恒流裝置為帶有臨界流噴嘴的蒸汽恒流裝置。

所述蒸汽支管內(nèi)部安裝有旋流分離裝置，所述旋流分離裝置為螺旋式旋流葉片

所述限流對沖三通在自身兩個相對沖的管道內(nèi)壁均設(shè)置孔板或者噴嘴。

所述兩個對沖管道內(nèi)的孔板或噴嘴相互對稱。

為了達(dá)成上述另一目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，一種濕蒸汽流量干度分配調(diào)控方法，先將進(jìn)入裝置的濕蒸汽通過限流對沖三通將各分支的流量和干度進(jìn)行初次分配，然后利用上部環(huán)箱和沉降管對濕蒸汽進(jìn)行初步相分離，接著蒸汽支管采用帶有葉片的旋流分離裝置將蒸汽中的攜帶水進(jìn)行再次分離，提高蒸汽干度和調(diào)配精度，將分離的蒸汽進(jìn)行匯總，然后通過單相蒸汽流量測量裝置進(jìn)行汽相分支流量測量，再流過蒸汽混合器與水相分支進(jìn)行混合,此時通過調(diào)整水相調(diào)節(jié)閥的開度，控制各分支的干度；各分支的蒸汽相和水相混合后經(jīng)過的帶有臨界流噴嘴的恒流量裝置進(jìn)入各蒸汽分支，此時通過臨界流噴嘴控制各分支管的流量，然后在流過帶有溫度、壓力及工控計算系統(tǒng)的測控裝置進(jìn)行蒸汽流量、干度、溫度和壓力的顯示和存儲。

優(yōu)化設(shè)計上部環(huán)箱和水相環(huán)箱之間沉降管的位置、個數(shù)、長度和外徑，利用三通立管的相分離特性加強(qiáng)蒸汽與水的分離，分離后的水進(jìn)入水相環(huán)箱，然后通過孔板或噴嘴流量計進(jìn)行水相分支流量測量。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

這種裝置利用壓力匹配方法和單向蒸汽和水可控、可調(diào)的特點，蒸汽相與水相通過各相支路分別進(jìn)行單相分配和調(diào)控，達(dá)到調(diào)控干度的目的，然后按需求混合各分支的蒸汽和水，通過臨界流噴嘴，達(dá)到控制各分支管的濕蒸汽流量的目的，從而保證去各分支 的流量和干度是按設(shè)計注入，從而實現(xiàn)了對油田注汽濕蒸汽的流量干度分配與調(diào)控。

帶有孔板或噴嘴等節(jié)流裝置的限流對沖三通裝置實現(xiàn)從主管道內(nèi)進(jìn)入的濕蒸汽從兩分支流出時，各分支干度保持與主管干度相同，確保對稱環(huán)箱的分配和調(diào)控能力和穩(wěn)定性，其原理是提高分配過程中蒸汽對水的攜帶能力，并盡可能降低水的動能。采用的措施是在沖擊型三通(截面為圓形)的支路中加裝孔板或噴嘴。

布置T型三通的垂直向上或垂直向下，并設(shè)計合理的管徑及長度可以使蒸汽和水兩相流體在元件內(nèi)部的產(chǎn)生相分離的情況，即出現(xiàn)支管全部為單相蒸汽或水的情況?？梢岳肨型三通的這種相分離特性作為預(yù)分離裝置。然后通過帶有葉片結(jié)構(gòu)的旋流裝置，利用離心力和重力原理可以進(jìn)一步將氣體中水分分離出來，實現(xiàn)蒸汽和水的完全分離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種濕蒸汽流量干度分配調(diào)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為帶葉片的旋流分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為帶孔板的限流對沖三通的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為帶噴嘴的限流對沖三通的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為帶有臨界流噴嘴的蒸汽恒流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-主管道；2-限流對沖三通；3-上部環(huán)箱；4-沉降管；5-水相環(huán)箱；6-蒸汽支管；7-小水箱；8-上部蒸汽彎管；9-單相蒸汽流量測量裝置；10-異形四通；11-水相分支管；12-孔板或噴嘴流量計；13-水相調(diào)節(jié)閥；14-混合器；15-控制閥；16-測控裝置；17-蒸汽恒流裝置。

具體實施方式

有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，配合附圖說明如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

根據(jù)圖1-5，實施例1：濕蒸汽流量干度分配調(diào)控裝置，包括限流對沖三通2、上部環(huán)箱3、水相環(huán)箱5、蒸汽支管6、單相蒸汽流量測量裝置9、混合器14，所述水相環(huán)箱位于上部環(huán)箱的下方并且上部環(huán)箱和水相環(huán)箱之間通過沉降管4相互連通，所述上部環(huán)箱在自身的前環(huán)路通過限流對沖三通連接主管道1，然后在自身的后環(huán)路通過四通與帶有旋流裝置的蒸汽支管6連接，所述蒸汽支管一方面在自身上端通過上部蒸汽彎管8連接單相蒸汽流量測量裝置，另一方面在側(cè)方連接一個小水箱7，小水箱再通過四通連接至沉降管，所述單相蒸汽流量測量裝置向后繼續(xù)連接混合器14，所述水相環(huán)箱還通過異形四通10與水相分支管11連接，然后水相分支管與混合器連接，其中在水相分支管和混合 器之間設(shè)置水相調(diào)節(jié)閥13。

實施例2：在實施例1的基礎(chǔ)上，所述混合器后端繼續(xù)依次連接測控裝置16、蒸汽恒流裝置17，在混合器和測控裝置之間安裝控制閥15。所述蒸汽恒流裝置為帶有臨界流噴嘴的蒸汽恒流裝置。所述蒸汽支管內(nèi)部安裝有旋流分離裝置，所述旋流分離裝置為螺旋式旋流葉片。所述限流對沖三通在自身兩個相對沖的管道內(nèi)壁均設(shè)置孔板或者噴嘴。所述兩個對沖管道內(nèi)的孔板或噴嘴相互對稱。

在主管道1的下游連接帶有孔板或噴嘴等節(jié)流裝置的限流對沖三通2，對沖三通兩邊連接上部蒸汽和水的環(huán)箱3，上部環(huán)箱3通過三通與沉降管4與下部水相環(huán)箱5連接，收集由上部環(huán)箱到多支沉降管沉降的水，上部環(huán)箱3通過四通與帶有旋流裝置的蒸汽支管6連接，蒸汽支管6至少設(shè)置兩個，圖中示意為3個，數(shù)量可以根據(jù)實際情況設(shè)置，由蒸汽支管6進(jìn)一步分離的水相收集到小水箱7內(nèi)，從各分支四通和沉降管4沉降下部水相環(huán)箱內(nèi)。從蒸汽支管分離的蒸汽通過上部蒸汽彎管8和孔板或文丘里噴嘴組成的單相蒸汽流量測量裝置9進(jìn)行測量，然后與蒸汽和水的混合器14與水相混合。同樣，水相環(huán)箱5通過異形四通10與水相分支管11連接，然后通過孔板或噴嘴流量計12與水相調(diào)節(jié)閥13連接，通過調(diào)節(jié)閥13達(dá)控制水相流量和各分支干度的目的，然后在通過蒸汽和水的混合器14與蒸汽相混合，進(jìn)入蒸汽分支的控制閥15，控制各分支開關(guān)?？刂崎y15后面連接帶有溫度、壓力及工控計算系統(tǒng)的測控裝置16，通過單片機(jī)進(jìn)行控制、顯示和存儲各分支的濕蒸汽的溫度、壓力、流量和干度實時數(shù)據(jù)。測控裝置16的后面連接帶有臨界流噴嘴結(jié)構(gòu)的可調(diào)式或固定式的濕蒸汽恒流裝置17，完成一套注汽管網(wǎng)控制不同注汽分支的流量和干度的目的。

這種裝置利用壓力匹配方法和單向蒸汽和水可控、可調(diào)的特點，先將進(jìn)入裝置的濕蒸汽通過帶有限流裝置的對沖三通和阻流元件將各分支的流量和干度進(jìn)行初次分配，然后利用上部聯(lián)箱和特殊布置的立管對濕蒸汽進(jìn)行初步相分離，接著采用帶有葉片的旋流裝置將蒸汽中的攜帶水進(jìn)行再次分離，提高蒸汽干度和調(diào)配精度，將分離的蒸汽進(jìn)行匯總，然后通過孔板或噴嘴測量各水相分支蒸汽測量，在流過蒸汽混合器與水相分支進(jìn)行混合,此時通過調(diào)整水相調(diào)節(jié)閥的開度，控制各分支的干度。優(yōu)化設(shè)計上部和下部聯(lián)箱之間沉降管的位置、個數(shù)、長度和外徑，利用三通立管的相分離特性加強(qiáng)蒸汽與水的分離，分離后的水進(jìn)入水相聯(lián)箱，匯總后通過孔板或噴嘴進(jìn)入各水相分支進(jìn)行水相流量測量。各分支的蒸汽相和水相混合后經(jīng)過的帶有臨界流噴嘴的恒流量裝置進(jìn)入各蒸汽分支，此時通過臨界流噴嘴控制各分支管的流量，然后在流過帶有溫度、壓力及工控計算系統(tǒng)的 測控裝置進(jìn)行蒸汽流量、干度、溫度和壓力的顯示和存儲。

蒸汽相與水相通過各相支路分別進(jìn)行單相分配和調(diào)控，達(dá)到調(diào)控干度的目的，然后按需求混合各分支的蒸汽和水，通過臨界流噴嘴，達(dá)到控制各分支管的濕蒸汽流量的目的，從而保證去各分支的流量和干度是按設(shè)計注入，從而實現(xiàn)了對油田注汽濕蒸汽的流量干度分配與調(diào)控。

以下對此發(fā)明中重要裝置的原理進(jìn)行解釋：

帶有孔板或噴嘴等節(jié)流裝置的限流對沖三通裝置實現(xiàn)從主管道內(nèi)進(jìn)入的濕蒸汽從兩分支流出時，各分支干度保持與主管干度相同，確保對稱環(huán)箱的分配和調(diào)控能力和穩(wěn)定性，其原理是提高分配過程中蒸汽對水的攜帶能力，并盡可能降低水的動能。采用的措施是在沖擊型三通(截面為圓形)的支路中加裝孔板或噴嘴。結(jié)構(gòu)見附圖3和圖4。

布置T型三通的垂直向上或垂直向下，并設(shè)計合理的管徑及長度可以使蒸汽和水兩相流體在元件內(nèi)部的產(chǎn)生相分離的情況，即出現(xiàn)支管全部為單相蒸汽或水的情況?？梢岳肨型三通的這種相分離特性作為預(yù)分離裝置。然后通過帶有葉片結(jié)構(gòu)的旋流裝置，利用離心力和重力原理可以進(jìn)一步將氣體中水份分離出來，實現(xiàn)蒸汽和水的完全分離。示意結(jié)構(gòu)見附圖2。

分別通過蒸汽和水的的孔板或文丘里噴嘴可以直接測量蒸汽的質(zhì)量流量M_G，水的質(zhì)量流量M_L，通過相加蒸汽的質(zhì)量流量M_G，水的質(zhì)量流量M_L，就可以知道濕蒸汽的總質(zhì)量M。而對于蒸汽—水兩相混合物，蒸汽相質(zhì)量流量所占兩相質(zhì)量流量的分額稱為干度。基于此，干度X可以表示為：

M＝M_L+M_G

或

因此，可以得到濕蒸汽的總質(zhì)量M和干度X；然后通過帶有溫度和壓力的傳感系統(tǒng)和測控裝置實現(xiàn)濕蒸汽的溫度、壓力、流量和干度實時數(shù)據(jù)

濕蒸汽恒流裝置是由臨界流噴嘴原理設(shè)計的控制裝置，當(dāng)喉部的流速達(dá)到音速時，流量只與上游壓力和喉部孔徑有關(guān)(與下游壓力無關(guān))。從而實現(xiàn)恒流量。其理論質(zhì)量流量q_mi為：

式中：A—噴嘴喉部的內(nèi)截面積；R—氣體常數(shù)；C_i—理想條件下的臨界流函數(shù)；P₀—噴嘴前的氣體滯止壓力；T₀—嘴前的氣體滯止溫度。

帶有臨界流噴嘴的恒流裝置示意結(jié)構(gòu)見附圖5。

最終本發(fā)明可以達(dá)到以下效果，1、可調(diào)控的蒸汽流量范圍0t/h-48t/h，干度0-100％；2、壓力0-22MPa；3、溫度0-375℃；4、兩條支路的流量及干度誤差小于5％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，非用以限定本發(fā)明的專利范圍，其他運(yùn)用本發(fā)明的專利精神的等效變化，均應(yīng)俱屬本發(fā)明的專利范圍。