摘要：針對稠油(yóu)開采過程中采(cai)用人工化驗法(fa)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(dù)，在線監測蒸汽(qì)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(yi)及V錐流量計測(cè)得的壓差之間(jian)的關系，證實蒸(zhēng)汽壓力💋、流量和(he)壓差是影響蒸(zhēng)♊汽幹度的主要(yao)因素，得出蒸汽(qì)幹度與壓差🏃值(zhí)成近似🥵一次函(hán)數🌐關系的結論(lùn)。
　　稠油開采已成(chéng)爲我國石油開(kāi)采的重要部分(fen)，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(zhong)方法［1］。油田注汽(qi)采用的是濕飽(bǎo)和蒸汽，即汽、水(shuǐ)兩相混合物，蒸(zheng)汽幹度指單位(wei)質量内飽和蒸(zhēng)汽占濕蒸汽的(de)質量百分數。蒸(zheng)汽幹度越高說(shuo)明能量的🈲利用(yong)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(xiao)率，而蒸汽幹度(du)過高則管壁易(yi)結垢💃🏻，不僅浪費(fèi)熱量，影響熱量(liàng)傳遞，也可能引(yǐn)起鍋爐爆♍管。注(zhù)汽鍋爐控制系(xi)統的核心是蒸(zhēng)汽幹度控制系(xì)統，因此對蒸汽(qi)幹度的精确測(cè)量意義重大。傳(chuán)統幹度測量方(fang)法通常采用人(rén)工化驗法，在油(yóu)田熱注作🈲業中(zhōng)被廣泛🔴采用，該(gāi)方法的測量精(jīng)度較高，但需要(yào)每隔幾個小時(shi)就進行一☁️次測(cè)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(qi)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(qi)幹度的連㊙️續測(ce)量，以提高測量(liàng)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(dòng)強度。
1.V錐流量計(ji)簡介
　　V錐流量計(ji)具有壓力損失(shī)小、可靠、精度高(gao)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(liang)🌈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(bu)分，錐體前端和(he)錐體最大節流(liú)處各有一個取(qǔ)壓口，來流方向(xiang)🔞爲高壓取壓口(kou)(即錐體最尖端(duan))，另一個爲低壓(yā)取壓口，試驗用(yòng)V錐流🔴量計的結(jie)構如圖1所示。

2.V錐流量計(ji)的測量原理
　　在(zai)流量計的應用(yong)中，直徑比是一(yi)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(yuán)環，需将✊此圓環(huán)的📧面積等效爲(wei)圓面積，此圓面(miàn)積與圓環面積(jī)相等，因此V錐流(liu)量計☂️的直徑比(bi)是一個等效直(zhí)徑比。設管道内(nei)徑爲D，節流錐體(tǐ)最🔴大節流處橫(héng)截面的直徑爲(wei)d，則等😘效直徑比(bi)β的計算式爲:

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

式中
Δp———檢(jian)測段壓差，Pa;
qv———鍋爐(lú)給水體積流量(liàng)，m3/s;
ρ———節流件上遊處(chu)流體密度，kg/m3。
　　由于(yú)在取壓口處測(cè)得的壓差是一(yī)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(dào)流體體積流量(liàng)的計算式爲:

流(liu)出系數C爲實際(jì)流量與理論流(liú)量的比值，其計(ji)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(zhuī)流量計、 差壓變(bian)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(shí)驗室流量計流(liú)量标定系統标(biao)定所得的V錐流(liu)㊙️量計測得的流(liú)量進行對比，二(er)者的誤差在0．8%以(yǐ)内。熱注站有一(yī)🏃‍♂️台額定蒸汽流(liú)量爲23t的注汽鍋(guo)🔆爐，其額定壓力(li)爲17．5MPa，由于鍋爐使(shǐ)用年限已👨‍❤️‍👨久，在(zai)實際應用中将(jiāng)最高蒸汽流量(liàng)設爲18t/h，額定壓力(lì)設爲16．5MPa。
　　給水被鍋(guō)爐加熱後成爲(wèi)濕蒸汽，其質量(liang)不變，但在出口(kǒu)🌍處體積增加，由(you)于出口處的蒸(zheng)汽幹度與蒸汽(qi)🔞體積成正比，鍋(guō)爐給水流🚩量、燃(ran)料供給壓力、燃(ran)燒器⛱️燃燒狀況(kuàng)及蒸汽壓力等(deng)參數🧑🏽‍🤝‍🧑🏻均對蒸🤟汽(qi)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(shang)各個參數得到(dao)蒸汽體積膨脹(zhang)量，由PLC對以上測(cè)得的參數進行(háng)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(shi)驗過程
　　稠油開(kāi)采注汽鍋爐蒸(zheng)汽幹度檢測系(xi)統的試驗裝😘置(zhi)由注㊙️汽鍋爐、V錐(zhuī)流量計(檢測段(duan))、差壓變送器、壓(yā)力變送器、溫度(du)傳感器、PLC及PC機等(děng)組成［6］。檢測段爲(wèi)V錐流量🔆計(内徑(jing)🈲73mm，等效直徑比0．72)，内(nei)部V錐是節流裝(zhuang)🏃🏻置，整個檢測段(duan)安裝在注汽鍋(guo)爐的蒸汽出♻️口(kǒu)處，與蒸汽管線(xian)串聯，檢測段共(gòng)兩個引壓口，來(lái)流方向爲高壓(ya)取壓端🔅，另一個(gè)爲低壓取壓端(duān)，蒸汽流經檢測(ce)段，壓力由檢測(ce)段引壓口導出(chū)。壓力變送器連(lian)接到檢測段高(gāo)壓引壓口上，差(chà)壓變送器連接(jie)到兩個引壓😘口(kǒu)上，得到高壓取(qǔ)壓口與低壓取(qu)壓口的💚壓力差(cha)。連接過程需要(yào)注意高、低壓引(yin)壓端的🔞連接方(fang)向，溫度傳感器(qi)安裝在檢測段(duàn)前端管線處🐆，壓(yā)🌈力變送器、差壓(ya)變送器🔴、溫度傳(chuán)感器分别與PLC和(he)PC機連接，将測得(dé)的信号輸入PLC，檢(jiǎn)測段參🤞數在程(cheng)序中設置好，蒸(zheng)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(chu)量。
　　注汽鍋爐産(chan)生的蒸汽經過(guo)鍋爐出口管線(xian)流經檢測㊙️段，在(zai)檢測💰段處通過(guò)壓力變送器和(hé)差壓變送器得(de)到壓力與壓👨‍❤️‍👨差(cha)，溫度由熱電偶(ǒu)測得。試驗所用(yong)鍋爐的蒸汽流(liú)量爲18t/h，試驗過程(cheng)中分别調節蒸(zheng)汽流量爲15、16、17、18t/h，油田(tian)爲了提高采油(yóu)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(mei)間隔約5%作爲一(yī)個幹度監測點(diǎn)，由V錐流量計在(zai)取壓口測得對(duì)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(suàn)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(yǔ)設計的V錐流量(liang)計檢測系統得(dé)到的🍓幹度值作(zuò)對比☔，具體的對(dui)💛比曲線如圖2所(suǒ)示，可以看出通(tong)過V錐流量計檢(jiǎn)測系統測得的(de)蒸汽幹度具有(yǒu)較好的正♌确性(xìng)，其誤差在3%以内(nèi)，可以實現較爲(wèi)正确的在線測(ce)量，得到蒸汽幹(gàn)度與蒸汽壓❌力(li)的連續關系，及(jí)時反映🔴蒸汽幹(gàn)度的變化情況(kuàng)和對應的蒸汽(qi)🔅壓力。

　　注汽鍋爐出(chū)口蒸汽幹度與(yǔ)壓力的關系如(rú)圖3所示，蒸汽壓(yā)力對✔️蒸汽幹度(dù)的影響很大，蒸(zhēng)汽幹度随着壓(ya)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(ya)力，在低于該壓(ya)力值的情況下(xia)，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(zeng)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(xian)出現交叉;随着(zhe)時間的推移，油(you)井注汽量逐漸(jian)增大，井壓也随(sui)之🏃‍♂️變化，導緻不(bu)同蒸汽流量在(zai)相♍同壓力下具(ju)有相同的⁉️蒸汽(qi)幹度。

　　蒸汽流(liú)量對蒸汽幹度(du)的影響也很大(da)，在相同壓力時(shí)💘，蒸汽流量越大(dà)蒸汽幹度越低(dī)。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(du)，蒸汽壓力随蒸(zhēng)汽流量的升高(gāo)而升高，注汽鍋(guō)爐的額定壓🔴力(li)決定了蒸汽流(liu)量。
由圖4可以看(kàn)出，在同一蒸汽(qì)流量下蒸汽幹(gan)度與壓差成近(jin)似一次函數關(guān)系，蒸汽幹度随(sui)檢測段壓差的(de)增大而增大，不(bu)同蒸汽流量下(xià)蒸汽幹度與壓(yā)差形成的曲線(xian)爲近似平行直(zhí)線。将蒸汽幹度(du)以5%爲間🥰隔，從60%調(diao)節到80%，蒸汽壓🚶‍♀️差(chà)的變化範圍爲(wei)7．08～12．04kPa，蒸汽流量每❓提(tí)高1t/h，在達到相同(tong)幹度的💚情況下(xià)壓差變化相近(jin)。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(yī)定👅的參考。

5結束語(yu)
　　設計的稠油開(kāi)采注汽鍋爐蒸(zheng)汽幹度V錐流量(liang)計檢測系統已(yi)投🛀🏻入實際應用(yòng)，能夠對注汽鍋(guō)爐的給水🔅量和(hé)出口蒸汽🛀流量(liàng)進行實時、正确(què)測量;對影響蒸(zheng)♊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(shù)💰關系，在注汽鍋(guo)爐運行過程中(zhōng)對其壓☁️力及壓(yā)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(hang)，對🤩稠油開采的(de)持續、穩定進行(háng)具有重要意義(yì)💰。

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