摘要：針對稠油(you)開采過程中采(cǎi)用人工化驗法(fǎ)進行蒸汽幹㊙️度(du)🈚測量時，随機性(xing)強且穩定性差(chà)的缺陷，采用V錐(zhuī)流量計 結合流(liu)體體積變化法(fǎ)測量蒸汽幹度(du)，在線監測蒸💞汽(qi)幹度及蒸汽壓(yā)力等參數。通過(guò)分析蒸汽幹度(du)與👉蒸汽壓力以(yǐ)及🌂V錐流👅量計測(cè)得的壓差之間(jian)的關系，證實蒸(zheng)汽壓力、流量和(hé)⛹🏻‍♀️壓差是影響蒸(zheng)汽幹度的主要(yào)因素，得出蒸汽(qi)幹度與壓差👈值(zhí)成近似一次函(han)數關系的結論(lùn)。
　　稠油開采已成(cheng)爲我國石油開(kai)采的重要部分(fèn)，目前采用的注(zhù)㊙️蒸汽開采手段(duàn)有蒸汽吞吐和(hé)蒸汽驅動⛹🏻‍♀️兩種(zhǒng)方法［1］。油田注汽(qì)采用的是濕飽(bǎo)和蒸汽，即汽、水(shui)兩相混合物，蒸(zhēng)汽幹度指單位(wèi)質量内飽和蒸(zheng)汽占濕蒸汽的(de)質量百分數。蒸(zheng)汽幹度越高說(shuō)明能量的利用(yòng)率越高，采油效(xiao)率也👣相應提高(gāo)。蒸汽幹度過低(di)會影響熱采效(xiào)率，而蒸汽幹度(dù)⛷️過高則管壁易(yì)結垢，不僅浪費(fei)熱量，影🍓響熱量(liàng)傳遞，也可能引(yǐn)起鍋爐爆管。注(zhu)汽鍋爐控制系(xì)統的核心是蒸(zheng)汽🌈幹度控制系(xi)統，因此對蒸汽(qi)幹度的精确測(ce)♉量意義重大。傳(chuán)統幹度測量方(fāng)法通常采用人(ren)🏃‍♀️工化驗法，在油(yóu)田熱注作❌業中(zhong)被廣泛采用，該(gai)方法的測量精(jīng)度較高，但需要(yào)每隔幾個小時(shí)就進行一次測(ce)量，因此相關人(ren)員的勞動強度(dù)較大，而且測量(liàng)數據的随機性(xing)較強、穩定性差(cha)。
　　将V錐流量計運(yùn)用到稠油注汽(qì)測量過程中，在(zài)線實📞時檢🤟測蒸(zhēng)汽幹度及蒸汽(qì)壓力等參數的(de)變化，實現蒸汽(qì)幹度的連續測(cè)量，以提高測量(liang)效率，及時反映(yìng)💞注汽鍋爐的運(yun)行情況😄，同時降(jiàng)低工人的勞動(dong)強度💃。
1.V錐流量計(jì)簡介
　　V錐流量計(jì)具有壓力損失(shī)小、可靠、精度高(gāo)及對前/後管段(duan)要求低🌈等特點(diǎn)，既可以測量氣(qi)體又可以測量(liàng)液體的體💰積流(liú)量［2，3］。其主要組成(cheng)部分是無縫鋼(gang)管、内部節流錐(zhui)體以及錐體與(yǔ)鋼管的連接🤞部(bù)分，錐體前🌐端和(hé)錐體㊙️最大節流(liú)處各有一個取(qu)壓口😘，來流方向(xiàng)爲高壓取壓口(kou)(即錐體最尖端(duan))，另一個爲低壓(ya)取壓口，試驗用(yòng)V錐流量計的結(jié)構如圖1所示。

2.V錐流量計(jì)的測量原理
　　在(zai)流量計的應用(yòng)中，直徑比是一(yī)個重要參數。對(duì)于V錐流量計🌂而(er)言，流體流經的(de)空間爲一個圓(yuan)環，需将此圓環(huán)的面積等效爲(wèi)圓面積，此圓面(miàn)積與圓環面積(ji)相等，因此V錐♋流(liú)量計的直徑比(bi)是一📐個等效直(zhi)徑比。設管道🐕内(nei)徑爲D，節流錐體(tǐ)最大節流處橫(heng)截面的直徑爲(wèi)d，則等效直徑比(bi)β的計算式爲:

式(shi)中
s1———錐體最大節(jie)流處橫截面積(ji)，mm2;
s2———管道内橫截面(mian)積，mm2。
根據連續性(xing)方程和伯努力(lì)方程推導出鍋(guō)爐給水量qv的計(jì)算式爲:

式中
Δp———檢(jiǎn)測段壓差，Pa;
qv———鍋爐(lú)給水體積流量(liang)，m3/s;
ρ———節流件上遊處(chu)流體密度，kg/m3。
　　由于(yu)在取壓口處測(ce)得的壓差是一(yi)個瞬時值，而式(shi)(2)中的Δp是靜壓力(lì)。考慮V錐連接部(bù)件對壓差的影(yǐng)響，以✍️便對壓差(cha)進行💞修正;同時(shi)針對蒸汽這種(zhǒng)可壓縮流體引(yin)入膨脹系數ε，對(dui)密🌈度進行修正(zhèng)，經修正後得到(dao)流體體積流量(liàng)的計算式爲:

流(liú)出系數C爲實際(ji)流量與理論流(liú)量的比值，其計(jì)算式爲:

3蒸汽幹(gàn)度檢測系統
　　設(she)計的蒸汽幹度(dù)檢測系統由V錐(zhui)流量計、 差壓變(biàn)送器 、 壓力變送(song)器 、 溫度傳感器(qì) 、PLC和PC機組成。該試(shi)驗在某采油廠(chang)熱注站進行，将(jiāng)現場工況檢測(cè)所得數據與實(shi)驗室流量計流(liu)量标定系統标(biao)定所得的V錐流(liu)量計測得的流(liu)量進行對比，二(er)者的誤差在0．8%以(yi)内。熱注站有一(yi)台額定蒸汽流(liu)量爲23t的注汽鍋(guo)爐，其額定壓力(lì)爲17．5MPa，由⭐于鍋爐使(shǐ)用年限已久，在(zai)實際應用中将(jiang)最高蒸汽流量(liang)設爲18t/h，額定壓力(li)🔴設爲16．5MPa。
　　給水被鍋(guō)爐加熱後成爲(wei)濕蒸汽，其質量(liàng)不變，但在出🚩口(kǒu)🔆處🎯體積增加，由(you)于出口處的蒸(zhēng)汽幹度與蒸汽(qi)體積🧑🏽‍🤝‍🧑🏻成正比，鍋(guo)爐給✊水流量、燃(rán)料供給壓力、燃(rán)燒器燃燒狀況(kuàng)及蒸汽壓力等(děng)參數⁉️均對蒸㊙️汽(qì)幹度産生影響(xiǎng)［4］。在鍋✂️爐給水入(rù)口和蒸汽出口(kou)處均安裝V錐流(liu)量計，通過對♌采(cǎi)油注汽鍋🎯爐的(de)蒸汽壓力、蒸汽(qì)溫度、鍋爐給水(shui)溫度、壓差和壓(ya)力這些參數的(de)測量，結合以上(shàng)各個參數得到(dào)蒸汽體積膨脹(zhang)量，由PLC對以上測(ce)得的參數進行(hang)計算，得到注汽(qi)鍋爐的蒸汽幹(gàn)度［5］，其🐉關系式如(rú)下：

式中
p———濕蒸汽(qì)壓力，MPa;
T———濕蒸汽溫(wēn)度，K;
χ———蒸汽幹度，%。
4試(shì)驗過程
　　稠油開(kai)采注汽鍋爐蒸(zhēng)汽幹度檢測系(xì)統的試驗裝置(zhi)由注汽鍋爐、V錐(zhui)流量計(檢測段(duàn))、差壓變送器、壓(ya)力變送器、溫度(du)傳感器、PLC及PC機等(děng)組成［6］。檢測段爲(wei)V錐流量計(内徑(jìng)73mm，等效直徑比0．72)，内(nei)🌏部V錐是節流裝(zhuāng)置，整個檢測段(duàn)安裝在注汽鍋(guō)爐的蒸汽出口(kou)處，與蒸汽管線(xian)串聯，檢測段共(gòng)兩個引壓口，來(lai)流方向爲🔴高壓(ya)取壓端，另一個(gè)爲低壓取壓端(duan)，蒸汽流經檢測(cè)段，壓力由檢測(cè)段引壓口導出(chu)🏃🏻。壓力變送器連(lián)接到檢測段高(gao)壓引壓口上，差(chà)壓變送器連接(jie)到兩個引壓口(kou)上，得到高壓取(qu)壓口與低壓取(qǔ)壓口的🍓壓力差(chà)。連接過程需要(yao)注意高、低壓引(yǐn)壓端的連接方(fāng)向，溫度傳感器(qì)安✏️裝在檢測段(duàn)前端管線處，壓(yā)力變送器、差壓(yā)變送器、溫度傳(chuan)感器分别與PLC和(hé)PC機連接，将測得(dé)的信号輸入PLC，檢(jiǎn)測段參🙇🏻數在程(chéng)序中設置好，蒸(zhēng)汽體積流量由(you)式💰(1)、(4)求出，将鍋爐(lú)給水流🧡量、溫度(dù)、蒸汽壓力和檢(jian)測段壓差作爲(wei)輸入量，以蒸汽(qi)幹度作爲輸出(chū)㊙️量。
　　注汽鍋爐産(chǎn)生的蒸汽經過(guò)鍋爐出口管線(xiàn)流經檢測段💞，在(zai)檢測🛀🏻段處通過(guo)壓力變送器和(hé)差壓變送器得(dé)到壓力與壓♊差(chà)，溫度由熱電偶(ou)測得。試驗所用(yòng)鍋爐的蒸汽流(liu)量爲18t/h，試驗🔴過程(chéng)中分别調節蒸(zhēng)汽流量爲15、16、17、18t/h，油田(tian)爲了提高采油(you)效率，蒸汽幹度(du)一般控制在📧75%;試(shì)驗過程中蒸汽(qi)幹度由60%升至80%，每(měi)間隔約5%作爲一(yī)個幹度監測點(diǎn)✨，由V錐流量計在(zài)取壓口測得對(dui)應幹度下的壓(yā)力和溫度［7，8］。
人工(gōng)化驗法檢測蒸(zheng)汽幹度χ的計算(suan)式爲:

式中a、b———爐水(shui)與生水消耗硫(liu)酸的體積，mL。
　　人工(gōng)化驗方法連續(xù)檢測得到的蒸(zhēng)汽幹度作爲參(cān)照，将參照值與(yu)設計的V錐流量(liàng)計檢測系統得(dé)到的幹度值作(zuo)㊙️對比，具體的對(duì)🌐比曲線如圖2所(suo)示，可以看♻️出通(tong)過💞V錐流量計檢(jian)測系統測得的(de)蒸🚶‍♀️汽幹度具有(yǒu)較好的正确性(xing)，其誤差在3%以内(nei)，可以實現較爲(wei)正确的在線測(ce)量，得到蒸汽幹(gan)度與蒸汽壓力(li)的連續關♉系，及(ji)時反映蒸汽幹(gan)度的變化情況(kuàng)和對應的蒸汽(qi)壓力。

　　注汽鍋爐出(chu)口蒸汽幹度與(yu)壓力的關系如(rú)圖3所示🏃‍♀️，蒸汽壓(ya)力對蒸汽幹度(du)的影響很大，蒸(zheng)汽幹度随着壓(yā)力💛的升高而增(zēng)大，對于不同的(de)蒸汽流量都存(cun)在一個蒸汽壓(yā)力，在低于該壓(ya)力值的情況下(xià)，蒸汽幹😘度随蒸(zhēng)汽🏃‍♀️壓力的升高(gao)變化不㊙️大，超過(guo)此壓力值時蒸(zhēng)汽幹度随蒸汽(qì)壓力的升高增(zēng)加很快。由于蒸(zheng)汽🌐幹度較低時(shi)壓力也很低，幹(gan)度對蒸汽的影(ying)響不明顯，曲線(xiàn)出現交叉✏️;随着(zhe)時🔴間的推移，油(you)井注汽量逐漸(jiàn)增大，井壓也随(suí)之⭐變化，導緻不(bú)同蒸汽流量在(zai)相同壓力下✨具(jù)有相同的蒸汽(qi)幹度。

　　蒸汽流(liú)量對蒸汽幹度(dù)的影響也很大(dà)，在相同壓力時(shí)，蒸汽流量越大(dà)蒸汽幹度越低(di)。當蒸汽幹度相(xiàng)同時，對于不同(tóng)的蒸汽流量，需(xu)要的蒸汽壓力(li)也不相同;對于(yú)同一蒸汽幹度(dù)，蒸汽壓力随蒸(zheng)汽流量的升高(gao)而升高，注汽鍋(guō)爐的額定壓力(lì)決定了蒸汽流(liú)量。
由圖4可以看(kàn)出，在同一蒸汽(qi)流量下蒸汽幹(gan)度與壓差成近(jin)似❌一次函數關(guan)系，蒸汽幹度随(suí)檢測段壓差的(de)增大而增大🔆，不(bú)同蒸汽流量下(xia)蒸汽幹度與壓(ya)差形成的曲線(xiàn)爲近似平行直(zhí)線🙇🏻。将蒸汽💛幹度(dù)以5%爲間隔，從60%調(diao)節到80%，蒸汽壓差(cha)的變化範圍爲(wei)7．08～12．04kPa，蒸汽流量每提(ti)高1t/h，在達到相同(tóng)幹度的情況下(xia)壓差變化相近(jìn)。壓差與幹度的(de)這種對應關系(xì)對💋于估計蒸汽(qi)幹🚶度能提供一(yi)定的參考。

5結束語(yǔ)
　　設計的稠油開(kāi)采注汽鍋爐蒸(zheng)汽幹度V錐流量(liàng)計檢測系統已(yi)投入實際應用(yòng)，能夠對注汽鍋(guo)爐的給水量和(he)出口蒸汽流量(liàng)🔞進行實時、正确(que)測量;對影響蒸(zhēng)汽幹度的蒸汽(qi)壓力、蒸汽流量(liàng)🧡及壓差等重要(yào)參數進行數值(zhí)計算，通過調節(jiē)參數，對于單一(yī)油井蒸汽幹度(du)實現了正确測(ce)量。蒸汽幹度與(yu)V錐👌流量計測得(dé)的壓差具有近(jìn)似的一次函數(shu)關系，在注汽鍋(guō)爐運行過程中(zhōng)對其壓力及壓(ya)差等參數進行(hang)實時監測🌈與調(diào)節，保障注汽鍋(guo)爐的安全運行(háng)，對稠油開采的(de)🏃持續、穩定進行(hang)具有重🆚要意義(yì)。

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