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CN118167279A - 一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置及方法 - Google Patents

一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置及方法 Download PDF

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CN118167279A
CN118167279A CN202211577496.XA CN202211577496A CN118167279A CN 118167279 A CN118167279 A CN 118167279A CN 202211577496 A CN202211577496 A CN 202211577496A CN 118167279 A CN118167279 A CN 118167279A
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CN
China
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steam
water separator
temperature
enthalpy
fluid
Prior art date
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Application number
CN202211577496.XA
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Inventor
郝伟林
张松
吴儒杰
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China Nuclear Kunhua Energy Development Co ltd
Beijing Research Institute of Uranium Geology
Original Assignee
Beijing Research Institute of Uranium Geology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Institute of Uranium Geology filed Critical Beijing Research Institute of Uranium Geology
Priority to CN202211577496.XA priority Critical patent/CN118167279A/zh
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Abstract

本发明属于高温地热田热储工程测试领域，具体涉及一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置及方法，该方法包括：步骤S1、在地热井口安装测量高温地热田井口流体焓值的装置；步骤S2、大型汽水分离器实测全部液体和蒸汽的流量；步骤S3、小型汽水分离器实测部分液体和蒸汽的流量；步骤S4、利用测井探头分别实测静态条件下和放喷状态下地热井筒内的温度和压力；步骤S5、确定井口流体的焓值。本发明方法采用的大型分离器实测高温地热田井口流体分离后液体和蒸汽的流量，根据分离温度确定井口流体的焓值，获得的焓值准确、可靠。

Description

一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置及方法
技术领域
本发明属于高温地热田热储工程测试领域，具体涉及一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置及方法。
背景技术
高温地热田进入到可行性勘查阶段后，为了获得井口流体的焓值，将开展较多的热储工程测试工作，其中就包括井口流体焓值的测定。井口流体流量、干度和焓值的测定方法主要有詹姆斯端压法和消声器放喷法。詹姆斯端压法是通过放喷管端口压力计算流体总量、干度、井口焓值和单井发电潜力，该方法是一个经验总结，并在《地热资源地质勘查规范GB/T11615-2010》中推荐使用，在预可行性勘查和可行性勘查阶段可以使用。利用消音器分离液体和蒸汽，排放蒸汽后，可以测量液体的流量，并根据能量守恒原理，计算井口压力下蒸汽流量和地热水的流量，并确定井口的热焓，是一种间接测量的方法。
高温地热流体在井筒上升过程中，由于压力的降低，在一定深度处，高温流体发生闪蒸，流体中出现一定比例的蒸汽，由于蒸汽的热焓高于液态水，在整个过程中流体的焓值不发生变化的情况下，导致井筒内温度的降低。闪蒸发生后，气体的运动粘滞系数远大于水的运动粘滞系数，携带高热焓的蒸汽可以更快的到达井口。单纯的通过理论计算较难获得井口焓值的数据，经验法和间接测量方法误差较大。
因此需要一种直接测量井口液体和蒸汽流量的方法，实测井口流体的焓值，为高温地热井可发电潜力计算和电厂机组设计提供可靠的数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置及方法，该方法采用的大型分离器实测高温地热田井口流体分离后液体和蒸汽的流量，根据分离温度确定井口流体的焓值，获得的焓值准确、可靠。
实现本发明目的的技术方案：
一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，所述装置包括：温压测井防喷装置、小型汽水分离器和大型汽水分离器；地热井经小三通和大三通与温压测井防喷装置连接，大三通另外一端连接有放喷管道；小型汽水分离器安装在放喷管道侧面中部，大型汽水分离器安装在放喷管道远离大三通的一端；大型汽水分离器液体出口连接有热水排放管线，蒸汽出口连接有蒸汽排放管线，热水排放管线和蒸汽排放管线上均安装有涡街流量计。
所述小三通与大三通之间安装有出口阀门，大三通与温压测井防喷装置之间安装有测试阀门，小三通另外一端安装有引喷充气阀门，放喷管道靠近大三通的一端安装有侧向阀门。
所述小型汽水分离器上安装有压力表和温度表；大型汽水分离器上安装有压力表和温度表；大三通位于出口阀门与测试阀门之间的管路上安装有压力表和温度表。
所述小型汽水分离器液体出口和蒸汽出口分别连接有散热器，散热器置于冷却池中。
所述散热器材质为直径10mm黄铜管。
所述冷却池容量大于小型汽水分离器10倍的体积。
所述放喷管道与小型汽水分离器入口之间通过钢管连接，小型汽水分离器液体出口与散热器入口之间，蒸汽出口与散热器入口之间分别通过导出管连接；散热器出口连接导出管，导出管为耐高温软管。
一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在地热井口安装测量高温地热田井口流体焓值的装置；
步骤S2、大型汽水分离器实测全部液体和蒸汽的流量；
步骤S3、小型汽水分离器实测部分液体和蒸汽的流量；
步骤S4、利用测井探头分别实测静态条件下和放喷状态下地热井筒内的温度和压力；
步骤S5、确定井口流体的焓值。
所述步骤S2具体为：
步骤S2.1、出口阀门完全打开后，开始流量测试，记录大型汽水分离器液体和蒸汽流量，同时记录井口大三通和大型汽水分离器的压力、温度；观测时间间隔为1，2，2，5，5，5，5，5，10，10，10，10，10，20，20，20，30，30……之后每隔30min观测一次，直至流量测试停止；
步骤S2.2、流量测试时间不小于8个小时，热水排放管线和蒸汽排放管线的流量计读数变幅小于5％，视为放喷稳定，如不稳定，增加测试时间；
步骤S2.3、利用最后八次记录的数据，取平均值，作为水和蒸汽的稳定流量；
步骤S2.4、记录工作环境的温度和压力，即当地大气温度和压力。
所述步骤S3具体为：
步骤S3.1、井口流量稳定后，开始小型汽水分离器流量测试；控制流量不超过5L/min，并使小型汽水分离器保持当地沸点20℃以上的温度和2倍当地大气压的绝对压力；
步骤S3.2、记录井口和小型汽水分离器的压力、温度；
步骤S3.3、实测小型汽水分离器分离后的水和蒸汽的流量，流量测量不少于5次，取平均值。
所述步骤S4具体为：
步骤S4.1、放喷试验前，关闭侧向阀门、打开出口阀门和测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，由测井探头实测静态条件下地热井筒内的温度和压力；
步骤S4.2、放喷期间，流量稳定后，打开测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，由测井探头实测放喷状态下地热井筒内的温度和压力。
所述步骤S5包括：
步骤S5.1、计算大型汽水分离器的总流量、干度和焓值；
步骤S5.2、计算小型汽水分离器的总流量和焓值；
步骤S5.3、计算闪蒸面的位置；
步骤S5.4、确定闪蒸面下流体的焓值
步骤S5.5、确定井口的焓值。
所述步骤S5.1中，
大型汽水分离器的总流量计算公式为：
QTL＝QLL+QSL
式中，QTL—大型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLL—大型汽水分离器分离后液体流量，t/h；
QSL—大型汽水分离器分离后蒸汽流量，t/h；
大型汽水分离器的干度计算公式为：
XL＝QSL/QTL
式中，XL—大型汽水分离器分离器的干度，无量纲；
大型汽水分离器的焓值计算公式为：
hL＝(QLL×hLL+QSL×hSL)/QTL
式中，hLL—大型汽水分离器分离后水的热焓，kJ/kg；
hSL—大型汽水分离器分离后蒸汽的热焓，kJ/kg；
hL—大型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg。
所述步骤S5.2中，
小型汽水分离器的总流量计算公式为：
QTS＝QLS+QSS
式中，QTS—小型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLS—小型汽水分离器分离后液体流量，t/h；
QSS—小型汽水分离器分离后蒸汽流量，t/h；
小型汽水分离器的焓值计算公式为：
hS＝(QLS×hLS+QSS×hSS)/QTS
式中，tS—小型汽水分离器的分离温度，℃
hLS—小型汽水分离器分离后，tS温度下水的热焓，kJ/kg；
hSS—小型汽水分离器分离后，tS温度下蒸汽的热焓，kJ/kg；
hS—小型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg。
所述步骤S5.5具体为：
井筒内闪蒸面以下的焓值在非凝结气体CO2含量较高的情况，部分流体在更深位置汽化，流体中分离出高焓值的蒸汽组分，使流体温度降低，根据单相液体温度确定的焓值略小；
小型汽水分离器计算的焓值误差较大，因为在获取一小部分流体时，管道内处于两相紊流状态，小型汽水分离器分离出来的流体流量不稳定，焓值计算结果误差较大；
大型汽水分离器计算的焓值，实测了井口流体分离后热水和蒸汽的流量及温度，由实测值计算流体的焓值，与经验法和间接测量相比，最为可靠，是高温地热井单井发电潜力计算的重要基础数据。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明首先安装符合温度和压力要求的井口装置；大型汽水分离器实现井口全部液体和蒸汽的分离，采用涡街流量计实测大型汽水分离器的液体和蒸汽的流量；利用小型汽水分离器，引流一部分流体，实测分离后水和蒸汽的流量；开展温压测井，获得闪蒸面下液体的温度和焓值；记录井口大三通、大型汽水分离器、小型汽水分离器的温度和压力，根据分离时的温度，可以直接、准确地获得井口流体的焓值。
2、本发明通过大型汽水分离器实测分离后液体和蒸汽的焓值，是一种直接测量热焓的方法，避免了经验法和间接测量可能造成的误差，获得流体焓值准确、可靠。
3、本发明直接测量高温地热田井口流体焓值，是高温地热井单井发电潜力计算的重要基础数据，也为电厂设计提供依据。
附图说明
图1为本发明所提供的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置结构示意图；
图2为本发明所提供的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置中的小型汽水分离器工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，包括：温压测井防喷装置、小型汽水分离器和大型汽水分离器。
地热井经小三通和大三通与温压测井防喷装置连接，小三通与大三通之间安装有出口阀门，大三通与温压测井防喷装置之间安装有测试阀门，小三通另外一端安装有引喷充气阀门，大三通另外一端连接有放喷管道，小型汽水分离器通过焊接安装在放喷管道侧面中部，大型汽水分离器通过法兰连接安装在放喷管道远离大三通的一端，放喷管道靠近大三通的一端安装有侧向阀门。小型汽水分离器和大型汽水分离器安装到位后，保持竖直。
大型汽水分离器液体出口连接有热水排放管线，蒸汽出口连接有蒸汽排放管线；热水排放管线和蒸汽排放管线上均安装有涡街流量计。为保证测量的准确性，涡街流量计安装位置距离大型汽水分离器不小于4.5m，涡街流量计外排放管长度不小于4.5m。大型汽水分离器的高度和直径，根据井口初步放喷确定的流量，参照《HG T20570.8-1995气-液分离器设计》计算。
如图2所示，放喷管道与小型汽水分离器入口之间通过钢管连接，小型汽水分离器液体出口和蒸汽出口分别连接有散热器，散热器置于冷却池中。
小型汽水分离器液体出口与散热器入口之间，蒸汽出口与散热器入口之间分别通过导出管连接；散热器出口连接导出管，用于取样或排放。导出管为耐高温软管。
散热器材质为直径10mm黄铜管，做成螺旋状，增加其散热面积。冷却池容量大于小型汽水分离器10倍的体积，由小型抽水机供冷水，保持冷却池温度一般不超过40℃。
小型汽水分离器上安装有压力表和温度表；大型汽水分离器上安装有压力表和温度表；大三通位于出口阀门与测试阀门之间的管路上安装有压力表和温度表。
出口阀门、测试阀门、侧向阀门等闸阀、连接法兰、导管、分离器及其配件尺寸均采用国标，并满足相应温度和压力要求。
本发明提供的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、在地热井口安装测量高温地热田井口流体焓值的装置；
步骤S1.1、安装温压测井防喷装置、小型汽水分离器和大型汽水分离器，安装图如图1所示。
步骤S1.2、井口装置安装后，打开出口阀门和测试阀门，流量由小到大开展放喷调试，检查井口装置的气密性。
步骤S2、大型汽水分离器实测全部液体和蒸汽的流量；
步骤S2.1、出口阀门完全打开后，开始流量测试，记录大型汽水分离器液体和蒸汽流量，同时记录大三通和大型汽水分离器的压力、温度。观测时间间隔为1，2，2，5，5，5，5，5，10，10，10，10，10，20，20，20，30，30……之后每隔30min观测一次，直至流量测试停止。
步骤S2.2、流量测试时间不小于8个小时，热水排放管线和蒸汽排放管线的流量计读数变幅小于5％，视为放喷稳定。如不稳定，增加测试时间。
步骤S2.3、利用最后八次记录的数据，取平均值，作为水和蒸汽的稳定流量。
步骤S2.4、记录工作环境的温度和压力，即当地大气温度和压力。
步骤S3、小型汽水分离器实测部分液体和蒸汽的流量；
步骤S3.1、井口流量稳定后，开始小型汽水分离器流量测试，安装图如图2所示。控制流量不超过5L/min，并使小型汽水分离器保持当地沸点20℃以上的温度和2倍当地大气压的绝对压力。
步骤S3.2、记录井口大三通和小型汽水分离器的压力、温度。
步骤S3.3、实测小型汽水分离器分离后的水和蒸汽的流量，流量测量不少于5次，取平均值。
步骤S4、通过温压测井防喷装置和测试阀门，利用测井探头，分别实测静态条件下和放喷状态下地热井筒内的温度和压力；步骤S4.1、放喷试验前，关闭侧向阀门、打开出口阀门和测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，由测井探头实测静态条件下地热井筒内的温度和压力
步骤S4.2、放喷期间，流量稳定后，打开测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，由测井探头实测放喷状态下地热井筒内的温度和压力。
步骤S5、确定井口流体的焓值；
步骤S5.1、计算大型汽水分离器的总流量、干度和焓值；
根据大型汽水分离器的液体流量(QLL)、蒸汽流量(QSL)和分离温度(tL)，计算分离条件下的总流量(QTL)、干度(XL)和分离器流体的焓值(hL)。计算方法如下：
QTL＝QLL+QSL
XL＝QSL/QTL
hL＝(QLL×hLL+QSL×hSL)/QTL
QTL—大型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLL—大型汽水分离器分离后液体流量，t/h；
QSL—大型汽水分离器分离后蒸汽流量，t/h；
XL—大型汽水分离器分离器的干度，无量纲；
tL—大型汽水分离器的分离温度，℃
hLL—大型汽水分离器分离后水的热焓，kJ/kg；
hSL—大型汽水分离器分离后蒸汽的热焓，kJ/kg；
hL—大型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg。
步骤S5.2、计算小型汽水分离器的总流量和焓值；
根据小型汽水分离器的液体流量(QLS)、蒸汽流量(QSS)和分离温度(tS)，计算小型汽水分离器流体的焓值(hS)。计算方法如下：
QTS＝QLS+QSS
hS＝(QLS×hLS+QSS×hSS)/QTS
QTS—小型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLS—小型汽水分离器分离后液体流量，t/h；
QSS—小型汽水分离器分离后蒸汽流量，t/h；
tS—小型汽水分离器的分离温度，℃
hLS—小型汽水分离器分离后，tS温度下水的热焓，kJ/kg；
hSS—小型汽水分离器分离后，tS温度下蒸汽的热焓，kJ/kg；
hS—小型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg；
步骤S5.3、计算闪蒸面的位置；
根据井口质量流量、温压测井数据、套管直径和粗糙度，计算井底到闪蒸面的位置，确定闪蒸面的位置。具体计算公式参考《地热发电厂-原理、应用、案例研究和环境影响》(Ronald DiPippo著马永生译，2016)，计算闪蒸面的公式如下：
式中：
Lf—井底流入点到闪蒸面的位置，m；
PR—储层静态压力，MPa；
Psat(TR)—热储温度下液体饱和压力，Mpa；
P1—储层动态压力，MPa；
TR—热储温度，℃；
m—流体质量流量(汽+水)，kg/s；
ρ—流体的密度，kg/m3；
g—重力加速度，9.8m/s2
C2—摩擦系数新定义项，kg-1·m-1；
CD—压降系数新定义项，MPa/(kg/s)。
f—摩擦系数，无量纲；
ε-套管表面粗糙度，m。
Re-雷诺系数，无量纲；
D—套管内直径，m；
μ-动力粘滞系数，kg/(m·s)。
步骤S5.4、确定闪蒸面下流体的焓值
确定闪蒸面位置后，根据动态温压测试数据，即可确定闪蒸下井筒内单相流体的温度(tb)和焓值(hb)。
步骤S5.5、确定井口的焓值。
(1)井筒内闪蒸面以下的焓值(hb)在非凝结气体CO2含量较高的情况，部分流体在更深位置汽化，流体中分离出高焓值的蒸汽组分，使流体温度降低，根据单相液体温度确定的焓值略小。
(2)小型汽水分离器计算的焓值(hs)误差较大，因为在获取一小部分流体时，管道内处于两相紊流状态，小型汽水分离器分离出来的流体流量不稳定，焓值计算结果误差较大。
(3)大型汽水分离器计算的焓值(hL)，实测了井口流体分离后热水和蒸汽的流量及温度，由实测值计算流体的焓值，与经验法和间接测量相比，最为可靠，是高温地热井单井发电潜力计算的重要基础数据，也为电厂设计提供依据。
实施例以西藏某高温地热田一口井为例，提供一种直接测量高温地热田井口焓值的方法，具体包括以下步骤：
2020-2021年，该地热田实施了两口地热探采一体井，成功揭露到189.2℃的高温地热资源，两口井可发电潜力达12MW，是近20年来我国高温地热发电事业的重大突破。本发明可以直接、准确的测定井口液体和蒸汽的流量、焓值，为地热发电厂设计提供基础数据。
步骤S1、在地热井口安装测量高温地热田井口流体焓值的装置；
步骤S1.1、安装温压测井防喷装置、小型汽水分离器和大型汽水分离器。
根据前期井口测试，流量250-300t/h。分离器的大小确定为直径1.8m、高度为8.5m。
散热器材质为直径10mm黄铜管，做成螺旋状，增加其散热面积。
冷却池容量160L，由小型抽水机供冷水，保持冷却池温度不超过40℃。
为保证测量的准确性，流量计安装位置距离大型汽水分离器不小于4.5m，流量计外排放管长度不小于4.5m。
步骤S1.2、井口装置安装后，打开出口阀门和测试阀门，流量由小到大开展放喷调试，检查井口装置的气密性。
步骤S2、大型汽水分离器实测液体和蒸汽的流量测试
(1)出口阀门全部打开后，开始流量测试，记录大型汽水分离器液体和蒸汽流量，同时记录井口大三通和大型汽水分离器的压力、温度。观测时间间隔为1，2，2，5，5，5，5，5，10，10，10，10，10，20，20，20，30，30……之后每隔30min观测一次，直至流量测试停止。
(2)流量测试开始30min后，井口和大型分离器温度、压力数值即稳定不变，分别为172℃、0.84MPa(绝压)和138℃、0.34MPa(绝压)。流量测试持续8个小时，测量液体流量和蒸汽流量的涡街流量计一直略有跳动，总体读数变幅小于5％，平均值为265t/h和30.1t/h。
(3)测试日期为2021年10月21日，测试期间大气温度6.8℃，大气压0.06MPa。
步骤S3、小型汽水分离器实测部分液体和蒸汽的流量测试
(1)小型汽水分离器体积为15L。
(2)井口流量稳定后，开始小型汽水分离器流量测试。
(3)井口温度和压力稳定在172℃、0.84MPa(绝压)和小型汽水分离器的压力、温度。小型汽水分离器温度保持在114℃、0.16MPa(绝压)。
(4)实测分离后的水和蒸汽的流量不稳定，取平均值，分别为2.11L/min、0.34L/min。
步骤S4、通过温压测井防喷装置和测试阀门，利用测井探头，分别实测静态条件下和放喷状态下地热井筒内的温度和压力；(1)放喷试验前，关闭侧向阀门，打开出口阀门和测试阀门，由温压测井放喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，测试完成一次静态温度压力测试，获得热储温度和压力，分别为189.2℃、4.35MPa。
(2)放喷期间，流量稳定后，打开测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min。完成一次动态温度压力测试，获得井筒内流温和流压数据，分别为188.8℃、3.82MPa。
步骤S5、确定流体的焓值
步骤S5.1、计算大型汽水分离器的总流量、干度和焓值；
根据大型汽水分离器的液体流量(QLL)、蒸汽流量(QSL)和分离温度，计算分离条件下的总流量(QTL)、干度(XL)和分离器流体的焓值(hL)。计算方法如下：
QTL＝QLL+QSL
XL＝QSL/QTL
hL＝(QLL×hLL+QSL×hSL)/QTL
QTL—大型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLL—大型汽水分离器分离后液体流量，265t/h；
QSL—大型汽水分离器分离后蒸汽流量，30.1t/h；
XL—大型汽水分离器分离器的干度，无量纲；
tL—大型汽水分离器的分离温度，138℃
hLL—大型汽水分离器分离后水的热焓，580.5kJ/kg；
hSL—大型汽水分离器分离后蒸汽的热焓，2730.5kJ/kg；
hL—大型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg
经大型汽水分离器实测，生产井流体的总流量为295.1t/h，干度为10.2％，焓值为799.8kJ/kg。
步骤S5.2、计算小型汽水分离器的焓值
根据小型汽水分离器的液体流量(QLS)、蒸汽流量(QSS)和分离温度，计算小型汽水分离器流体的焓值(hS)。计算方法如下：
hS＝(QLS×hLS+QSS×hSS)/QTS
QLS—小型汽水分离器分离后液体流量，2.11L/min；
QSS—小型汽水分离器分离后蒸汽流量，0.34L/min；
tS—小型汽水分离器的分离温度，115℃
hLS—小型汽水分离器分离后，tS温度下水的热焓，478.3kJ/kg；
hSS—小型汽水分离器分离后，tS温度下蒸汽的热焓，2697.2kJ/kg；
hS—小型汽水分离器分离器流体的总热焓，794.0kJ/kg
经小型汽水分离器实测，生产井流体的焓值为786.2kJ/kg。
步骤S5.3、计算闪蒸面的位置；
根据井口质量流量、温压测井数据、套管直径和粗糙度，计算井底到闪蒸面的位置，确定闪蒸面的位置。具体计算公式参考《地热发电厂-原理、应用、案例研究和环境影响》(Ronald DiPippo著马永生译，2016)，计算闪蒸面的公式如下：
式中：
Lf—井底流入点到闪蒸面的位置，m；
PR—储层静态压力，4.35MPa；
Psat(TR)—热储温度下液体饱和压力，1.229Mpa；
P1—储层动态压力，3.82MPa；
TR—热储温度，189.2℃；
m—流体质量流量(汽+水)，82.08kg/s，即295.5t/h；
ρ—流体的密度，877.1kg/m3；
g—重力加速度，9.8m/s2
C2—摩擦系数新定义项，kg-1·m-2；
CD—压降系数新定义项，MPa/(kg/s)。
f—摩擦系数，无量纲；
ε-套管表面粗糙度，0.005m。
Re-雷诺系数，无量纲；
D—套管内直径，0.244m；
μ-动力粘滞系数，0.00014kg/(m·s)
据计算，雷诺系数Re＝3053576，摩擦系数f＝0.015，摩擦系数新定义项C2＝0.0644kg-1·m-2，压降系数新定义项CD＝0.00646MPa/(kg/s)。井底流入点到闪蒸面的位置Lf＝286.7m，该井的深度为437m，该井的闪蒸面深度为150.3m。
步骤S5.4、确定闪蒸面下流体的焓值
闪蒸面下流体为单相液体，根据温度即可确定流体的焓值，根据该井动态温压测量数据，深度150m以下流体温度(tb)为185.6℃，焓值(hb)为787.9kJ/kg。
步骤S5.5、确定井口的焓值。
井筒内闪蒸面以下的焓值(hb)为787.9kJ/kg，可能受非凝结气体CO2分压的影响，部分流体已经汽化，流体中分离出高焓值的蒸汽组分，是流体温度降低，根据单相流体温度确定的焓值略小。
小型汽水分离器计算的焓值(hs)为786.2kJ/kg，误差较大，因为在获取一小部分流体时，管道内处于两相紊流状态，小型汽水分离器分离出来的流体流量不稳定，焓值计算结果误差较大。
大型汽水分离器计算的焓值(hL)为799.8kJ/kg，该数值通过实测井口流体分离后热水和蒸汽的流量及温度，由实测值计算流体的焓值，与经验法和间接测量相比，最为可靠是高温地热井单井发电潜力计算的重要基础数据，也为电厂设计提供依据。
本发明，首先安装符合压力和温度标准的井口装置，包括：阀门、三通、温压测井防喷装置、小型汽水分离器、大型汽水分离器、流量计、温度表和压力表等；通过大型汽水分离器和小型汽水分离器，使用流量计分别实测液体和蒸汽的流量，同时记录井口大三通、分离器的压力和温度，以及大气压和气温；根据实测数据计算井口的焓值和干度，综合对比各种实测数据，采用大型汽水分离器实测井口的焓值最为可靠，是高温地热井单井发电潜力计算的重要基础数据，也为电厂设计提供依据。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (15)

1.一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述装置包括：温压测井防喷装置、小型汽水分离器和大型汽水分离器；地热井经小三通和大三通与温压测井防喷装置连接，大三通另外一端连接有放喷管道；小型汽水分离器安装在放喷管道侧面中部，大型汽水分离器安装在放喷管道远离大三通的一端；大型汽水分离器液体出口连接有热水排放管线，蒸汽出口连接有蒸汽排放管线，热水排放管线和蒸汽排放管线上均安装有涡街流量计。
2.根据权利要求1所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述小三通与大三通之间安装有出口阀门，大三通与温压测井防喷装置之间安装有测试阀门，小三通另外一端安装有引喷充气阀门，放喷管道靠近大三通的一端安装有侧向阀门。
3.根据权利要求2所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述小型汽水分离器上安装有压力表和温度表；大型汽水分离器上安装有压力表和温度表；大三通位于出口阀门与测试阀门之间的管路上安装有压力表和温度表。
4.根据权利要求3所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述小型汽水分离器液体出口和蒸汽出口分别连接有散热器，散热器置于冷却池中。
5.根据权利要求4所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述散热器材质为直径10mm黄铜管。
6.根据权利要求5所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述冷却池容量大于小型汽水分离器10倍的体积。
7.根据权利要求6所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述放喷管道与小型汽水分离器入口之间通过钢管连接，小型汽水分离器液体出口与散热器入口之间，蒸汽出口与散热器入口之间分别通过导出管连接；散热器出口连接导出管，导出管为耐高温软管。
8.一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，采用根据权利要求7所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在地热井口安装测量高温地热田井口流体焓值的装置；
步骤S2、大型汽水分离器实测全部液体和蒸汽的流量；
步骤S3、小型汽水分离器实测部分液体和蒸汽的流量；
步骤S4、利用测井探头分别实测静态条件下和放喷状态下地热井筒内的温度和压力；
步骤S5、确定井口流体的焓值。
9.根据权利要求8所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
步骤S2.1、出口阀门完全打开后，开始流量测试，记录大型汽水分离器液体和蒸汽流量，同时记录井口大三通和大型汽水分离器的压力、温度；观测时间间隔为1，2，2，5，5，5，5，5，10，10，10，10，10，20，20，20，30，30……之后每隔30min观测一次，直至流量测试停止；
步骤S2.2、流量测试时间不小于8个小时，热水排放管线和蒸汽排放管线的流量计读数变幅小于5％，视为放喷稳定，如不稳定，增加测试时间；
步骤S2.3、利用最后八次记录的数据，取平均值，作为水和蒸汽的稳定流量；
步骤S2.4、记录工作环境的温度和压力，即当地大气温度和压力。
10.根据权利要求9所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
步骤S3.1、井口流量稳定后，开始小型汽水分离器流量测试；控制流量不超过5L/min，并使小型汽水分离器保持当地沸点20℃以上的温度和2倍当地大气压的绝对压力；
步骤S3.2、记录井口和小型汽水分离器的压力、温度；
步骤S3.3、实测小型汽水分离器分离后的水和蒸汽的流量，流量测量不少于5次，取平均值。
11.根据权利要求10所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
步骤S4.1、放喷试验前，关闭侧向阀门、打开出口阀门和测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，由测井探头实测静态条件下地热井筒内的温度和压力；
步骤S4.2、放喷期间，流量稳定后，打开测试阀门，由温压测井防喷装置，下入测井探头，探头在井内上提和下放速度不大于15m/min，由测井探头实测放喷状态下地热井筒内的温度和压力。
12.根据权利要求11所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S5.1、计算大型汽水分离器的总流量、干度和焓值；
步骤S5.2、计算小型汽水分离器的总流量和焓值；
步骤S5.3、计算闪蒸面的位置；
步骤S5.4、确定闪蒸面下流体的焓值
步骤S5.5、确定井口的焓值。
13.根据权利要求12所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S5.1中，
大型汽水分离器的总流量计算公式为：
QTL＝QLL+QSL
式中，QTL—大型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLL—大型汽水分离器分离后液体流量，t/h；
QSL—大型汽水分离器分离后蒸汽流量，t/h；
大型汽水分离器的干度计算公式为：
XL＝QSL/QTL
式中，XL—大型汽水分离器分离器的干度，无量纲；
大型汽水分离器的焓值计算公式为：
hL＝(QLL×hLL+QSL×hSL)/QTL
式中，hLL—大型汽水分离器分离后水的热焓，kJ/kg；
hSL—大型汽水分离器分离后蒸汽的热焓，kJ/kg；
hL—大型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg。
14.根据权利要求13所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S5.2中，
小型汽水分离器的总流量计算公式为：
QTS＝QLS+QSS
式中，QTS—小型汽水分离器流体总流量，t/h；
QLS—小型汽水分离器分离后液体流量，t/h；
QSS—小型汽水分离器分离后蒸汽流量，t/h；
小型汽水分离器的焓值计算公式为：
hS＝(QLS×hLS+QSS×hSS)/QTS
式中，tS—小型汽水分离器的分离温度，℃
hLS—小型汽水分离器分离后，tS温度下水的热焓，kJ/kg；
hSS—小型汽水分离器分离后，tS温度下蒸汽的热焓，kJ/kg；
hS—小型汽水分离器分离器流体的总热焓，kJ/kg。
15.根据权利要求14所述的一种直接测量高温地热田井口流体焓值的方法，其特征在于，所述步骤S5.5具体为：
井筒内闪蒸面以下的焓值在非凝结气体CO2含量较高的情况，部分流体在更深位置汽化，流体中分离出高焓值的蒸汽组分，使流体温度降低，根据单相液体温度确定的焓值略小；
小型汽水分离器计算的焓值误差较大，因为在获取一小部分流体时，管道内处于两相紊流状态，小型汽水分离器分离出来的流体流量不稳定，焓值计算结果误差较大；
大型汽水分离器计算的焓值，实测了井口流体分离后热水和蒸汽的流量及温度，由实测值计算流体的焓值，与经验法和间接测量相比，最为可靠，是高温地热井单井发电潜力计算的重要基础数据。
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