摘要(yào)：針對稠油(yóu)開采過程(chéng)中采用人(ren)工化驗法(fǎ)進行蒸汽(qì)幹度測㊙️量(liàng)時，随機性(xing)強且穩定(ding)性差的缺(quē)陷，采用V錐(zhuī)流量計 結(jie)合流體體(ti)積變化法(fǎ)測量蒸汽(qi)幹度，在線(xiàn)監測蒸♻️汽(qi)幹度及蒸(zhēng)汽壓力等(děng)參數。通過(guò)分析蒸汽(qi)幹度與蒸(zheng)汽😍壓力以(yǐ)及V錐流量(liang)計📞測得的(de)壓差之間(jian)的關系，證(zheng)實蒸汽壓(ya)力、流量和(he)壓差是影(ying)響蒸汽幹(gàn)度的主要(yào)因素，得出(chu)蒸汽幹度(dù)與壓差值(zhí)成近似🐅一(yi)次函數關(guan)系的結論(lun)。
　　稠油開采(cǎi)已成爲我(wǒ)國石油開(kai)采的重要(yào)部分，目前(qián)采用的注(zhù)蒸汽開采(cǎi)手段有蒸(zheng)汽吞吐和(he)蒸汽驅動(dong)兩種方法(fǎ)📱［1］。油田注汽(qì)采用的是(shi)濕飽和蒸(zhēng)汽，即汽、水(shuǐ)兩相混合(he)物，蒸汽幹(gàn)度指單位(wei)質量内飽(bǎo)和蒸汽占(zhan)濕蒸汽的(de)質量百分(fèn)數。蒸汽幹(gàn)度越高說(shuo)明能量的(de)利用率越(yue)高，采油效(xiào)率也🏃‍♀️相應(yīng)提高。蒸汽(qì)幹度過低(dī)會影響熱(re)采效率，而(ér)蒸汽幹度(dù)過高則管(guan)壁易結垢(gòu)，不僅浪費(fèi)熱量，影響(xiang)熱量傳遞(di)，也可能引(yǐn)起鍋爐爆(bào)管。注汽鍋(guo)爐控制系(xì)統的核心(xīn)是蒸汽幹(gàn)度控制系(xi)統，因此對(dui)蒸汽幹度(dù)的🌂精确測(cè)量意義重(zhong)大。傳統幹(gan)㊙️度測量方(fang)法通常采(cǎi)用人工化(hua)驗法，在油(you)田熱注作(zuò)業中被廣(guang)泛采用，該(gāi)方法的測(cè)量精度較(jiao)高，但需要(yao)🍓每隔幾個(gè)小時就進(jìn)行一🧑🏽‍🤝‍🧑🏻次測(ce)量，因此相(xiàng)關人員的(de)勞動強度(dù)🏃‍♂️較大，而且(qiě)測量數據(jù)的随機性(xìng)較強、穩定(dìng)性差。
　　将V錐(zhui)流量計運(yun)用到稠油(you)注汽測量(liàng)過程中，在(zai)線實時檢(jian)🏃‍♀️測蒸汽幹(gàn)度及蒸汽(qì)壓力等參(cān)數的變化(huà)，實現蒸汽(qi)幹度的連(lian)續測量，以(yǐ)提高測量(liang)效率，及時(shi)反映注汽(qì)鍋爐的運(yun)行情況，同(tong)時降低工(gong)人🛀的勞動(dòng)強度。
1.V錐流(liú)量計簡介(jie)
　　V錐流量計(ji)具有壓力(li)損失小、可(ke)靠、精度高(gao)及對前/後(hou)管段要🤟求(qiú)低等特點(diǎn)，既可以測(ce)量氣體又(you)可以測量(liang)液體的體(tǐ)積流💛量［2，3］。其(qí)主要組成(chéng)部分是無(wú)縫鋼管、内(nei)部節流錐(zhui)體以及錐(zhuī)體與鋼管(guan)的連接🐇部(bù)分，錐體前(qian)端和錐體(ti)最大節流(liú)處各有一(yī)個取壓口(kou)🈲，來流方向(xiang)💘爲高壓取(qu)壓🌈口(即錐(zhui)體最尖端(duan))，另一個爲(wei)低壓取壓(yā)💛口，試驗用(yòng)V錐流量計(jì)的結構如(rú)圖1所示。

2.V錐流量計(jì)的測量原(yuan)理
　　在流量(liàng)計的應用(yòng)中，直徑比(bi)是一個重(zhòng)要參數。對(duì)于V錐流量(liang)計而言，流(liu)體流經的(de)空間爲一(yi)個圓環，需(xū)将此圓環(huán)的面積🔞等(děng)效爲圓面(mian)積，此圓面(mian)積與圓環(huan)面㊙️積相等(děng)，因此V錐流(liú)量計的直(zhi)徑📐比是一(yī)個等效直(zhi)徑比。設管(guan)道💘内徑爲(wèi)D，節流錐體(tǐ)最大節流(liu)處橫截面(mian)的直徑爲(wèi)d，則等效直(zhí)徑比β的計(jì)算式爲:

式(shi)中
s1———錐體最(zui)大節流處(chu)橫截面積(jī)，mm2;
s2———管道内橫(héng)截面積，mm2。
根(gēn)據連續性(xìng)方程和伯(bo)努力方程(cheng)推導出鍋(guo)爐給水量(liàng)qv的計算式(shì)🤞爲:

式中
Δp———檢(jiǎn)測段壓差(cha)，Pa;
qv———鍋爐給水(shui)體積流量(liang)，m3/s;
ρ———節流件上(shang)遊處流體(ti)密度，kg/m3。
　　由于(yu)在取壓口(kǒu)處測得的(de)壓差是一(yī)個瞬時值(zhi)，而式(2)中的(de)Δp是靜壓☁️力(lì)。考慮V錐連(lián)接部件對(duì)壓差的影(yǐng)響，以便對(dui)❗壓差進行(hang)修正;同時(shi)針對蒸汽(qi)這種可壓(ya)縮流體引(yǐn)入膨脹系(xì)數ε，對密度(dù)進行修正(zheng)，經修正後(hou)得到流體(ti)體積流量(liàng)的計算式(shi)爲:

流出系(xì)數C爲實際(jì)流量與理(lǐ)論流量的(de)比值，其計(ji)算☎️式爲🌂:

3蒸(zhēng)汽幹度檢(jian)測系統
　　設(shè)計的蒸汽(qì)幹度檢測(cè)系統由V錐(zhui)流量計、 差(chà)壓變送器(qi) 、 壓力變送(sòng)器 、 溫度傳(chuan)感器 、PLC和PC機(ji)組成。該試(shi)驗在某采(cai)油廠熱注(zhù)站進行，将(jiāng)現場工況(kuàng)檢🐆測所得(de)數據與實(shi)驗室流量(liang)計流量标(biao)定系統标(biāo)定所得的(de)V錐流量計(ji)測得的流(liú)量進行對(dui)比，二者的(de)誤♋差在0．8%以(yǐ)内。熱注站(zhàn)有一台額(e)定蒸汽流(liú)量爲23t的注(zhu)汽鍋🏃‍♀️爐，其(qí)額定壓力(li)爲17．5MPa，由于鍋(guō)爐使用年(nian)限已❓久，在(zài)實際應用(yong)中将最高(gao)蒸汽流量(liang)設爲18t/h，額定(ding)壓力☎️設爲(wèi)16．5MPa。
　　給水被鍋(guō)爐加熱後(hou)成爲濕蒸(zhēng)汽，其質量(liang)不變，但在(zai)出口處體(ti)積增加，由(yóu)于出口處(chu)的蒸汽幹(gàn)度與蒸汽(qì)體積👨‍❤️‍👨成正(zheng)比，鍋爐給(gei)水流量、燃(ran)料供給壓(ya)力、燃燒器(qì)燃燒狀況(kuàng)及蒸汽壓(yā)力等參數(shù)均對蒸😄汽(qi)幹度産生(sheng)影響［4］。在鍋(guō)爐給水入(rù)口和蒸汽(qì)出口處均(jun)安裝V錐流(liú)量計，通過(guo)對采油注(zhu)汽鍋爐的(de)蒸汽壓力(li)、蒸汽溫度(du)🍓、鍋爐給水(shui)溫🐕度、壓差(chà)和壓力這(zhè)🔴些參數的(de)測量，結合(he)以上各個(ge)參數得到(dào)蒸汽體積(ji)膨脹量，由(you)PLC對以上測(ce)得的參數(shu)進行計算(suan)，得到注汽(qi)鍋爐的🚶‍♀️蒸(zheng)汽幹度［5］，其(qi)關系式如(ru)下：

式中
p———濕(shī)蒸汽壓力(li)，MPa;
T———濕蒸汽溫(wen)度，K;
χ———蒸汽幹(gàn)度，%。
4試驗過(guo)程
　　稠油開(kai)采注汽鍋(guō)爐蒸汽幹(gàn)度檢測系(xì)統的試驗(yàn)裝㊙️置由🐇注(zhù)汽鍋爐、V錐(zhui)流量計(檢(jiǎn)測段)、差壓(yā)變送器、壓(yā)力變送器(qì)、溫度傳感(gǎn)器、PLC及PC機等(deng)組成［6］。檢測(cè)段爲V錐流(liú)量計(内徑(jing)73mm，等效直徑(jing)比0．72)，内部V錐(zhuī)是👌節流裝(zhuang)置，整個檢(jiǎn)測段安裝(zhuang)在注汽鍋(guō)爐的蒸汽(qì)出口處，與(yǔ)蒸汽管線(xiàn)串聯，檢測(cè)段共兩個(ge)引壓口，來(lái)流方向爲(wei)高壓取壓(yā)端，另一個(gè)爲低壓取(qu)壓端，蒸汽(qì)流經檢測(ce)段，壓力由(you)檢測段引(yin)壓口導出(chū)⛹🏻‍♀️。壓力變送(song)器連接到(dào)檢測段高(gao)壓🔞引壓口(kǒu)上，差壓變(bian)送器連接(jiē)到兩個引(yin)壓口上，得(de)到高壓取(qu)壓㊙️口與低(dī)壓取壓口(kou)的壓力差(cha)。連接過程(cheng)需要注意(yi)高、低壓引(yǐn)壓端的連(lian)接方向，溫(wēn)度傳感器(qì)安🈚裝在檢(jian)測段前端(duan)管線處，壓(ya)👉力變送器(qi)、差壓變送(sòng)器🏃‍♀️、溫度傳(chuán)感器分别(bie)與PLC和PC機連(lián)接，将測得(dé)的信号輸(shu)入PLC，檢測段(duan)參數在程(cheng)序中設置(zhì)好，蒸汽體(ti)🐇積♊流量由(you)式(1)、(4)求出，将(jiang)鍋爐給水(shuǐ)流量、溫度(du)、蒸汽壓力(lì)和檢測段(duàn)壓🔅差作爲(wèi)輸入量，以(yǐ)蒸汽幹度(dù)作🥵爲輸出(chu)量。
　　注汽鍋(guo)爐産生的(de)蒸汽經過(guò)鍋爐出口(kǒu)管線流經(jīng)檢測段，在(zai)檢測段處(chù)通過壓力(lì)變送器和(hé)差壓變送(song)器得到壓(ya)力👉與壓差(cha)，溫度由熱(re)電偶測得(de)。試驗所用(yòng)鍋㊙️爐的蒸(zhēng)汽流量爲(wèi)18t/h，試驗過程(cheng)中分别調(diao)節蒸汽流(liu)量爲15、16、17、18t/h，油田(tián)爲了提高(gāo)采油效率(lü)，蒸汽幹度(dù)一💚般控制(zhì)在👄75%;試驗過(guo)程中蒸汽(qi)幹度由60%升(shēng)至80%，每間隔(ge)💞約5%作爲一(yi)個幹度監(jian)測點，由V錐(zhui)流量計在(zai)取壓口測(cè)得對應幹(gàn)度下的壓(ya)力和溫度(dù)［7，8］。
人工化驗(yan)法檢測蒸(zheng)汽幹度χ的(de)計算式爲(wèi):

式中a、b———爐水(shuǐ)與生水消(xiao)耗硫酸的(de)體積，mL。
　　人工(gong)化驗方法(fǎ)連續檢測(ce)得到的蒸(zhēng)汽幹度作(zuo)爲參照，将(jiāng)參照值與(yǔ)設計的V錐(zhuī)流量計檢(jiǎn)測系統得(dé)到的幹度(du)值作對比(bi)，具體的對(duì)比曲線如(rú)圖2所示，可(kě)以看出通(tōng)過V錐流量(liang)計檢測🔞系(xì)統測得的(de)蒸汽幹度(du)具有較好(hǎo)的正确性(xing)，其誤差在(zài)3%以内，可以(yi)實現較爲(wèi)正确的在(zai)線測量，得(de)到蒸汽幹(gàn)度與蒸汽(qì)壓力的連(lian)續關系，及(ji)時反映蒸(zhēng)汽幹度的(de)變化情況(kuang)和對應的(de)👈蒸汽壓力(lì)。

　　注(zhù)汽鍋爐出(chu)口蒸汽幹(gan)度與壓力(li)的關系如(ru)圖3所示，蒸(zhēng)汽♋壓👉力對(duì)🌈蒸汽幹度(du)的影響很(hěn)大，蒸汽幹(gan)度随着壓(ya)力🔞的升💃高(gao)而增大，對(dui)于不同的(de)蒸汽流量(liàng)都存在一(yi)個蒸汽壓(ya)力❌，在低于(yu)該壓力值(zhí)的情況下(xià)，蒸汽幹度(du)随蒸汽壓(yā)力的升高(gao)變化不大(dà)，超過此壓(yā)力值時蒸(zheng)汽幹度随(sui)蒸汽壓力(lì)的升高增(zēng)加很快。由(yóu)于蒸汽幹(gàn)度較低時(shí)壓力也很(hen)低，幹度對(duì)蒸汽的影(ying)響不明顯(xiǎn)，曲線出現(xiàn)交叉;随着(zhe)時間的推(tuī)移😍，油井注(zhù)汽量逐漸(jian)增大，井壓(yā)也随之變(biàn)化，導緻不(bu)同蒸汽流(liu)量在相同(tóng)壓力下具(jù)有相同的(de)蒸汽幹度(dù)。

　　蒸(zhēng)汽流量對(duì)蒸汽幹度(dù)的影響也(ye)很大，在相(xiàng)同壓力時(shi)🏃🏻，蒸汽流量(liang)越大蒸汽(qi)幹度越低(di)。當蒸汽幹(gàn)度相同時(shí)，對于不同(tóng)的🤞蒸汽流(liú)量，需要的(de)蒸汽壓力(li)也不相同(tong);對于同一(yi)蒸汽幹度(du)，蒸汽壓☂️力(li)随蒸汽流(liú)量的升高(gao)而升高🈚，注(zhu)汽鍋爐👉的(de)額定壓力(lì)決定了♊蒸(zheng)汽流量💁。
由(you)圖4可以看(kàn)出，在同一(yī)蒸汽流量(liàng)下蒸汽幹(gàn)度與壓差(cha)🙇‍♀️成近似一(yī)次函數關(guan)系，蒸汽幹(gàn)度随檢測(ce)段壓差的(de)增大而增(zēng)大，不同蒸(zheng)汽流量下(xià)蒸汽幹度(du)與壓差形(xing)成的曲線(xian)爲近似平(ping)行直線。将(jiāng)蒸汽☁️幹度(dù)以5%爲間隔(ge)，從60%調節到(dao)80%，蒸汽壓差(cha)的變化📱範(fàn)圍爲7．08～12．04kPa，蒸汽(qi)流量每👄提(ti)高1t/h，在達到(dao)相同幹度(du)的情況下(xià)壓差變化(hua)相近。壓差(cha)與幹度的(de)這種對應(yīng)關系對于(yú)估計蒸汽(qi)幹度能🛀🏻提(tí)供一定的(de)參考。

5結(jie)束語
　　設計(ji)的稠油開(kai)采注汽鍋(guō)爐蒸汽幹(gàn)度V錐流量(liang)計檢測系(xì)統已投入(rù)實際應用(yong)，能夠對注(zhu)汽鍋爐的(de)給水量和(hé)🏃🏻出口蒸汽(qi)流量進行(hang)實時、正确(que)測量;對影(ying)響蒸汽幹(gan)度的蒸汽(qi)🈚壓力、蒸汽(qì)流量㊙️及壓(yā)差等重要(yào)參數進行(hang)數值計算(suàn)，通過調節(jie)參數㊙️，對于(yú)單一✨油井(jing)蒸汽🔞幹度(du)實現了正(zhèng)确測量。蒸(zhēng)汽幹度與(yu)V錐流量計(jì)測得的壓(ya)差具有近(jin)似的一次(cì)函數關系(xi)，在注汽鍋(guo)爐運👣行過(guo)程中對其(qi)壓力及壓(ya)差等參數(shù)😘進行實時(shí)監測與調(diào)節，保障注(zhu)汽鍋爐的(de)安全運行(háng)，對稠油開(kāi)采的持續(xu)、穩定進行(hang)具有重要(yao)意義。

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