摘要(yao)：針對稠油(yóu)開采過程(cheng)中采用人(rén)工化驗法(fa)進行㊙️蒸汽(qi)幹度測量(liang)時，随機性(xìng)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(tǐ)積變化法(fǎ)測量蒸汽(qì)幹度，在線(xiàn)監測蒸汽(qi)幹⭕度及蒸(zheng)汽壓力等(deng)參數。通過(guò)分析蒸汽(qì)幹度與蒸(zhēng)汽🔅壓力以(yi)及V錐流量(liang)計測得的(de)壓差之間(jiān)的關系，證(zheng)實蒸汽壓(yā)力、流量和(he)壓差是影(yǐng)響蒸汽幹(gan)度的主要(yao)因素，得出(chu)蒸汽幹度(dù)與壓差值(zhi)成近似一(yi)次函數🌍關(guan)系的結論(lùn)。
　　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(zhu)蒸汽開采(cai)手段有蒸(zhēng)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(zheng)汽，即汽、水(shuǐ)兩相混合(hé)物，蒸汽幹(gan)度指單位(wei)質量内㊙️飽(bǎo)和蒸汽占(zhàn)✌️濕蒸汽的(de)質量百分(fèn)數。蒸汽幹(gan)度越高說(shuō)明能量的(de)利用率越(yue)高，采油效(xiào)率也相應(ying)提高。蒸♋汽(qi)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(gou)，不僅浪費(fei)🥰熱量，影🙇🏻響(xiǎng)熱量傳遞(di)，也可🤩能引(yǐn)起鍋爐爆(bao)管。注汽鍋(guō)爐控制系(xi)📞統的核心(xīn)是蒸汽幹(gàn)度控制系(xì)🛀統，因此對(duì)蒸汽幹度(dù)的精确測(ce)量意義重(zhòng)大。傳🌈統幹(gàn)度測量方(fāng)法通常采(cǎi)用人工化(hua)驗法，在油(you)田熱注作(zuò)業中被廣(guǎng)泛采用，該(gāi)方法的測(cè)量精度較(jiao)高，但需要(yào)🧡每隔幾個(gè)小時就進(jin)行一🌈次測(ce)量，因此相(xiang)關人員的(de)勞動強度(du)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(yóu)注汽測量(liang)過程中，在(zai)線實時❌檢(jian)測蒸汽♉幹(gan)度及蒸汽(qì)壓力等參(can)數的變化(huà)，實現蒸汽(qì)幹度‼️的連(lián)續測量，以(yi)💘提高測量(liang)效率，及時(shí)反映注汽(qì)鍋爐的運(yun)行情況，同(tong)時降低工(gōng)人🏃‍♂️的勞動(dong)強度。
1.V錐流(liu)量計簡介(jie)
　　V錐流量計(ji)具有壓力(lì)損失小、可(kě)靠、精度高(gao)及對前/後(hòu)管段要求(qiú)低等特點(diǎn)，既可以測(cè)量氣體又(yòu)可以測量(liàng)液體的體(ti)積流量［2，3］。其(qí)🚶‍♀️主要組成(chéng)部分是無(wu)縫鋼管、内(nèi)部節流錐(zhuī)體以及錐(zhuī)體與鋼管(guǎn)的連接部(bu)分，錐體前(qián)🔴端和錐體(tǐ)最大節流(liú)處各有一(yi)個取壓口(kou)，來流方向(xiang)🙇🏻爲高壓取(qǔ)壓口(即錐(zhui)體最尖端(duan))，另一個爲(wei)低壓取壓(ya)口，試驗用(yong)V錐💯流量計(ji)的結構如(ru)圖1所示。

2.V錐流量計(jì)的測量原(yuán)理
　　在流量(liàng)計的應用(yong)中，直徑比(bi)是一個重(zhong)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(xu)将此圓環(huan)的面積等(deng)效💰爲圓面(miàn)積，此圓面(mian)積與圓環(huán)面積相等(deng)，因此V錐流(liú)量計的直(zhí)徑比是一(yi)個等效直(zhi)徑比。設管(guan)道内徑爲(wei)D，節流錐體(tǐ)最大節流(liu)處橫截面(miàn)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(zuì)大節流處(chu)橫截面積(ji)，mm2;
s2———管道内橫(héng)截面積，mm2。
根(gen)據連續性(xing)方程和伯(bó)努力方程(cheng)推導出鍋(guo)爐給水量(liang)♌qv的計算式(shi)爲:

式中
Δp———檢(jian)測段壓差(cha)，Pa;
qv———鍋爐給水(shui)體積流量(liàng)，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(yi)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(dui)壓差的影(ying)響，以便對(dui)❌壓差進行(háng)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(zhèng)，經修正後(hou)得到流體(ti)體積流量(liàng)的計🌐算式(shi)爲:

流出系(xi)數C爲實際(jì)流量與理(li)論流量的(de)比值，其計(jì)算式爲:

3蒸(zheng)汽幹度檢(jian)測系統
　　設(shè)計的蒸汽(qì)幹度檢測(ce)系統由V錐(zhui)流量計、 差(cha)壓變送器(qi) 、 壓力變送(sòng)器 、 溫度傳(chuan)感器 、PLC和PC機(jī)組成。該試(shi)驗在某采(cǎi)油廠熱注(zhu)站進行，将(jiang)現場工況(kuang)檢測♻️所得(dé)數據與實(shi)驗室流量(liang)計流量标(biāo)定系🔱統标(biao)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(zhan)有一台額(é)定蒸汽流(liú)量爲23t的注(zhù)汽鍋‼️爐，其(qí)額定壓力(lì)爲17．5MPa，由🔴于鍋(guō)爐使用年(nian)限已久，在(zai)實際應用(yong)中将最高(gāo)💋蒸汽流量(liang)設爲18t/h，額定(ding)壓力設爲(wei)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(chù)的蒸汽幹(gan)度與蒸汽(qi)體積👈成正(zheng)比，鍋爐給(gei)水流量、燃(rán)料供給壓(yā)力、燃燒器(qi)燃燒狀況(kuang)及蒸汽壓(ya)力🏃‍♀️等參數(shu)均對蒸汽(qi)幹度産生(shēng)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(liu)量計，通過(guo)對采油注(zhu)汽鍋爐的(de)蒸汽壓力(lì)、蒸汽溫度(dù)、鍋爐給水(shui)溫度、壓差(chà)和壓力這(zhe)些參數的(de)測量，結合(hé)以上各個(ge)參數得到(dao)蒸汽體積(jī)膨脹🌐量，由(yóu)PLC對以上測(cè)🏃🏻得的參數(shù)進行計算(suan)，得到注汽(qi)鍋爐的蒸(zhēng)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(wēn)度，K;
χ———蒸汽幹(gan)度，%。
4試驗過(guò)程
　　稠油開(kāi)采注汽鍋(guō)爐蒸汽幹(gan)度檢測系(xì)統的試驗(yan)裝置由注(zhù)汽鍋爐、V錐(zhui)流量計(檢(jiǎn)測段)、差壓(ya)變送器、壓(ya)力變送器(qi)、溫度傳感(gǎn)器、PLC及PC機等(děng)組成［6］。檢測(ce)段爲V錐流(liú)量計(内徑(jìng)73mm，等效直徑(jìng)比0．72)，内部V錐(zhui)是節流裝(zhuāng)置，整個檢(jian)測段安裝(zhuang)在注汽鍋(guō)爐的蒸汽(qì)出口處，與(yu)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(ge)爲低壓🧑🏽‍🤝‍🧑🏻取(qu)壓端，蒸汽(qì)流經檢測(ce)段，壓力由(you)檢測段引(yǐn)壓口導出(chū)。壓力變送(song)器連接到(dào)檢測段高(gāo)壓引🈲壓口(kǒu)上，差壓變(bian)送📞器連接(jie)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(chà)。連接過程(chéng)需❌要注意(yì)高、低壓引(yǐn)‼️壓端的連(lian)接方向，溫(wen)度傳感器(qi)安裝在檢(jian)測段前端(duan)管線處♍，壓(ya)力變送器(qì)、差壓變送(song)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(shū)入🛀PLC，檢測段(duàn)參數在程(chéng)序中設置(zhì)好，蒸汽體(ti)積流量由(you)式(1)、(4)求出，将(jiāng)鍋爐給水(shui)流量、溫度(du)、蒸汽壓力(li)和檢測段(duàn)🔞壓💛差作爲(wei)輸入量，以(yi)蒸汽幹度(dù)作爲輸出(chu)量。
　　注汽鍋(guō)爐産生的(de)蒸汽經過(guo)鍋爐出口(kǒu)管線流經(jīng)檢🙇🏻測段，在(zài)檢測段處(chu)通過壓力(li)變送器和(he)差壓變送(sòng)器✏️得到壓(yā)力與壓差(cha)，溫度由熱(rè)電偶測得(de)。試驗所用(yòng)鍋爐的蒸(zheng)汽流量爲(wei)18t/h，試驗過程(cheng)中分别調(diao)節蒸汽流(liú)量爲15、16、17、18t/h，油田(tián)爲了提高(gāo)采油效率(lü)，蒸汽幹度(du)一🈲般控制(zhì)在❄️75%;試驗過(guo)程中蒸汽(qì)幹度由60%升(sheng)至80%，每間隔(ge)♻️約5%作爲一(yī)個🚶幹度監(jiān)測點🛀，由V錐(zhui)流量計在(zai)取壓口測(ce)得對應幹(gan)度下的壓(ya)力和溫度(dù)［7，8］。
人工化驗(yan)法檢測蒸(zhēng)汽幹度χ的(de)計算式爲(wèi):

式中a、b———爐水(shui)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(zuò)爲參照，将(jiang)參照值與(yǔ)設計的V錐(zhui)流量計檢(jian)測系統得(de)到的幹度(dù)值作對比(bǐ)🚩，具體的對(duì)比曲線如(ru)圖2所示，可(ke)以看出通(tōng)過V錐流量(liang)計檢測系(xi)統測♍得的(de)蒸汽幹度(dù)具有較好(hǎo)的正☎️确性(xing)，其誤差在(zài)3%以内，可以(yǐ)實現較爲(wei)正确的在(zai)線測量，得(de)到蒸汽幹(gan)度與蒸汽(qì)壓力的連(lián)續關系，及(jí)時反映蒸(zheng)汽幹度的(de)變化‼️情況(kuàng)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(dui)🚶蒸汽幹度(dù)的影響很(hen)大，蒸汽幹(gàn)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(yī)個蒸汽壓(yā)力，在低于(yu)該壓力值(zhi)的情況下(xià)，蒸汽幹度(du)随蒸汽壓(ya)力的升🐅高(gao)變化不大(dà)，超過此壓(yā)力值時蒸(zheng)汽幹度随(suí)🏃‍♀️蒸汽壓力(li)的升高增(zēng)加很快。由(you)于蒸汽💁幹(gàn)度較低時(shi)✉️壓力也很(hen)低，幹度🐉對(duì)蒸汽的影(ying)響不明顯(xian)，曲線出現(xian)交叉;随着(zhe)時間的推(tui)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(du)。

　　蒸(zheng)汽流量對(duì)蒸汽幹度(du)的影響也(ye)很大，在相(xiang)同壓力時(shi)，蒸汽流量(liang)越大蒸汽(qi)幹度越低(di)。當蒸汽幹(gan)度相同♍時(shi)，對于不同(tong)的蒸汽流(liú)量，需要的(de)蒸汽壓力(lì)也不相同(tóng);對于同一(yi)蒸汽幹度(du)，蒸汽壓力(lì)随蒸汽流(liu)量的升高(gāo)而升高，注(zhù)汽鍋爐的(de)額定壓🚶力(li)決定了🤟蒸(zheng)汽流量。
由(yóu)圖4可以看(kan)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(guān)系，蒸汽幹(gàn)度随檢測(ce)段壓差的(de)增大而增(zēng)大，不同蒸(zhēng)汽流量下(xià)蒸汽幹度(dù)與壓差形(xing)成的曲線(xian)爲近似平(ping)😍行直線。将(jiāng)蒸汽幹度(du)以5%爲間隔(gé)，從60%調節👅到(dào)80%，蒸汽壓差(cha)的變化範(fan)圍爲7．08～12．04kPa，蒸汽(qi)流量每提(tí)高1t/h，在達到(dào)相同幹度(du)的情況下(xia)壓差㊙️變化(hua)相近。壓差(chà)與幹度的(de)這種對應(ying)關系對于(yu)估計蒸汽(qi)幹度能提(ti)供一定的(de)參考。

5結(jie)束語
　　設計(jì)的稠油開(kāi)采注汽鍋(guō)爐蒸汽幹(gan)度V錐流量(liàng)計檢㊙️測系(xi)統已投入(rù)實際應用(yòng)，能夠對注(zhù)汽鍋爐的(de)給水量和(hé)出口蒸汽(qì)流量進行(háng)實時、正确(que)測量;對影(yǐng)響蒸汽幹(gan)度的蒸汽(qi)壓力、蒸汽(qì)流量及壓(ya)差等重要(yao)參數進行(hang)數值計算(suan)，通過調節(jiē)參數，對于(yu)單一油井(jǐng)蒸汽幹度(dù)實現了☎️正(zhèng)确測量。蒸(zheng)汽幹度與(yǔ)V錐流量計(jì)測得的壓(yā)差具有近(jin)似的一次(ci)函數關系(xi)，在注汽鍋(guō)爐運行過(guò)程中對其(qí)壓⭐力及壓(yā)差等參數(shù)㊙️進行實時(shí)監測與㊙️調(diào)節，保障注(zhù)汽鍋爐的(de)安全運行(háng)，對稠油開(kai)采的持續(xù)、穩定進行(háng)具有重要(yao)意義。

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