摘要：針(zhēn)對稠油(yóu)開采過(guo)程中采(cai)用人工(gōng)化驗法(fǎ)進行蒸(zheng)汽幹📞度(dù)測量時(shi)，随機性(xing)強且穩(wen)定性差(cha)的缺陷(xian)，采用V錐(zhui)流量計(jì) 結合流(liu)體體積(ji)變化法(fǎ)測量蒸(zhēng)汽幹度(dù)，在線監(jian)測蒸汽(qì)幹度✍️及(ji)蒸🏃‍♂️汽壓(ya)力等參(can)數。通過(guo)分析蒸(zheng)汽幹度(dù)與🧑🏾‍🤝‍🧑🏼蒸汽(qì)壓力以(yi)及V錐流(liú)量計測(ce)得的壓(yā)差之間(jian)的關系(xi)，證實蒸(zhēng)汽壓力(lì)、流量和(hé)壓差是(shì)🏃影響蒸(zheng)汽幹度(du)的主要(yao)因素，得(dé)出蒸汽(qì)幹度與(yǔ)壓差㊙️值(zhi)成近似(sì)一次函(hán)數關系(xi)的結論(lùn)。
　　稠油開(kāi)采已成(cheng)爲我國(guo)石油開(kāi)采的重(zhong)要部分(fen)，目前采(cǎi)用的注(zhù)蒸汽開(kāi)采手段(duàn)有蒸汽(qì)吞吐和(hé)蒸汽驅(qū)動兩種(zhong)方法［1］。油(you)田注汽(qì)采用的(de)是濕飽(bǎo)和蒸汽(qì)，即汽、水(shuǐ)兩相混(hun)😍合物，蒸(zhēng)汽幹度(dù)指單位(wèi)質量内(nei)飽和蒸(zhēng)汽占濕(shī)蒸汽的(de)質量百(bai)分數。蒸(zheng)汽幹度(du)越高說(shuō)明能量(liang)的利用(yong)率越高(gāo)，采油效(xiao)率也相(xiàng)應提高(gao)。蒸汽幹(gan)度過低(di)🌈會影響(xiǎng)熱采效(xiao)率，而蒸(zhēng)汽幹度(du)過高則(ze)管壁易(yi)結垢，不(bu)僅浪費(fei)熱量，影(yǐng)🔞響熱量(liàng)傳遞，也(ye)可能引(yin)起鍋爐(lú)爆🌈管。注(zhù)汽鍋爐(lú)控制系(xì)統的核(he)心是蒸(zhēng)汽幹度(du)控制系(xì)統，因此(cǐ)對蒸汽(qì)幹度的(de)👉精确測(ce)🚶‍♀️量意義(yi)重大。傳(chuán)統幹度(du)測量方(fang)法通常(cháng)采用人(ren)工化驗(yan)法，在油(yóu)✉️田熱注(zhù)作業中(zhong)被廣泛(fan)采用，該(gai)方法的(de)✊測量精(jing)度較高(gao)，但需要(yao)每隔幾(jǐ)個小時(shi)就進行(hang)一次測(ce)量，因此(cǐ)相關人(ren)員的勞(lao)動強度(dù)較大，而(er)且測量(liàng)數據的(de)随機性(xìng)較強、穩(wěn)定性差(cha)。
　　将V錐流(liu)量計運(yun)用到稠(chóu)油注汽(qì)測量過(guò)程中，在(zài)線實🌐時(shí)檢測蒸(zhēng)汽幹度(dù)及蒸汽(qi)壓力等(děng)參數的(de)變化，實(shi)現蒸汽(qì)幹度的(de)連續測(ce)量，以提(tí)高測量(liang)效率，及(jí)時反映(yìng)注汽鍋(guo)爐的運(yùn)行情況(kuang)，同時降(jiàng)低工人(ren)的勞動(dòng)強度。
1.V錐(zhuī)流量計(ji)簡介
　　V錐(zhuī)流量計(jì)具有壓(yā)力損失(shi)小、可靠(kào)、精度高(gāo)及對前(qian)/後管段(duàn)要求㊙️低(dī)⭐等特點(dian)，既可以(yǐ)測量氣(qì)體又可(ke)以測量(liang)液體的(de)體積流(liú)量［2，3］。其主(zhu)要組成(cheng)部分是(shì)無縫鋼(gāng)管、内部(bu)節流錐(zhui)體以及(jí)錐體與(yu)鋼管的(de)連接部(bù)分，錐體(tǐ)前端和(hé)錐體最(zuì)大節流(liu)處各有(yǒu)一個取(qǔ)壓口🐉，來(lai)流方向(xiàng)爲高壓(yā)取壓口(kǒu)(即錐體(ti)最🍉尖端(duān))，另一個(ge)爲低壓(ya)取壓口(kǒu)，試驗用(yòng)V錐流量(liang)計的結(jié)構如圖(tú)1所示。

2.V錐(zhuī)流量計(jì)的測量(liàng)原理
　　在(zài)流量計(ji)的應用(yòng)中，直徑(jìng)比是一(yi)個重要(yào)參數。對(duì)于V錐流(liú)量🏃計而(er)言，流體(tǐ)流經的(de)空間爲(wèi)一個圓(yuán)環，需将(jiāng)此圓環(huán)的面積(jī)等效爲(wèi)圓面積(jī)，此圓面(miàn)積與圓(yuan)環面積(ji)相等，因(yīn)此V錐流(liu)量計的(de)直徑比(bǐ)是一個(gè)等效直(zhi)徑比。設(shè)管道🔴内(nèi)徑爲D，節(jiē)流錐體(tǐ)最大節(jie)流處橫(héng)截面的(de)🍓直徑爲(wei)d，則等效(xiào)直徑比(bǐ)β的✨計算(suàn)式爲:

式(shì)中
s1———錐體(tǐ)最大節(jie)流處橫(héng)截面積(jī)，mm2;
s2———管道内(nei)橫截面(miàn)積，mm2。
根據(ju)連續性(xing)方程和(hé)伯努力(lì)方程推(tuī)導出鍋(guō)爐給水(shui)量‼️qv的計(ji)算式♋爲(wei):

式中
Δp———檢(jian)測段壓(yā)差，Pa;
qv———鍋爐(lu)給水體(ti)積流量(liang)，m3/s;
ρ———節流件(jian)上遊處(chù)流體密(mì)度，kg/m3。
　　由于(yú)在取壓(yā)口處測(ce)得的壓(ya)差是一(yī)個瞬時(shi)值，而式(shì)(2)中的㊙️Δp是(shì)✍️靜壓🌂力(li)。考慮V錐(zhui)連接部(bu)件對壓(yā)差的影(ying)響，以便(biàn)對壓差(cha)進行修(xiu)正;同時(shi)針對蒸(zhēng)汽這種(zhong)可壓縮(suo)流體引(yin)入膨脹(zhang)系數ε，對(duì)密✂️度進(jin)行🥵修正(zhèng)，經修正(zheng)後得到(dào)流體體(ti)積🍓流量(liàng)的計算(suàn)式爲:

流(liú)出系數(shu)C爲實際(jì)流量與(yǔ)理論流(liú)量的比(bǐ)值，其計(ji)算式爲(wei):

3蒸汽幹(gan)度檢測(ce)系統
　　設(she)計的蒸(zhēng)汽幹度(dù)檢測系(xì)統由V錐(zhui)流量計(ji)、 差壓變(bian)送器 、 壓(yā)力變送(sòng)器 、 溫度(du)傳感器(qi) 、PLC和PC機組(zǔ)成。該試(shi)驗在某(mǒu)采油廠(chang)熱注站(zhàn)進行，将(jiāng)現場工(gōng)況檢測(ce)所得數(shu)據與實(shi)驗室流(liu)量計流(liu)量标定(dìng)系統标(biāo)定所得(de)的V錐流(liu)量計測(ce)得的流(liú)量進行(hang)對比，二(er)者的誤(wù)✉️差在0．8%以(yi)内。熱注(zhu)站有一(yi)台額定(dìng)蒸汽流(liú)量爲⛹🏻‍♀️23t的(de)注汽鍋(guō)爐，其額(e)定壓力(li)爲17．5MPa，由💋于(yú)鍋爐使(shi)♋用年限(xian)已久，在(zai)實際應(ying)⚽用中将(jiāng)最高蒸(zheng)汽流量(liang)設爲18t/h，額(e)定壓力(lì)設爲16．5MPa。
　　給(gěi)水被鍋(guo)爐加熱(re)後成爲(wèi)濕蒸汽(qì)，其質量(liang)不變，但(dan)在出口(kou)處體積(jī)增加，由(you)于出口(kou)處的蒸(zhēng)汽幹度(du)與蒸汽(qì)🔞體積成(chéng)正比，鍋(guō)爐給👌水(shui)流量、燃(ran)料供給(gěi)壓力、燃(ran)燒器燃(ran)燒狀況(kuàng)及蒸汽(qì)壓力等(děng)參數均(jun)對蒸汽(qi)幹度産(chǎn)生影響(xiang)［4］。在鍋♻️爐(lu)給水入(rù)口和蒸(zheng)汽👈出口(kou)處均安(ān)裝V錐流(liu)量計，通(tōng)過對采(cai)油注汽(qì)鍋爐的(de)蒸汽壓(yā)力、蒸汽(qì)溫度❄️、鍋(guō)爐給水(shui)溫度、壓(yā)差和壓(ya)力這些(xiē)參數的(de)測量，結(jie)合以上(shang)各個參(can)數得到(dao)蒸汽體(ti)積膨脹(zhang)✂️量，由PLC對(duì)以上測(cè)🌏得的參(cān)數進行(háng)計算，得(dé)到注汽(qì)鍋爐的(de)蒸汽幹(gàn)度［5］，其關(guān)系式如(ru)下：

式中(zhong)
p———濕蒸汽(qì)壓力，MPa;
T———濕(shī)蒸汽溫(wen)度，K;
χ———蒸汽(qi)幹度，%。
4試(shi)驗過程(chéng)
　　稠油開(kāi)采注汽(qì)鍋爐蒸(zheng)汽幹度(dù)檢測系(xì)統的試(shì)驗裝置(zhì)由注汽(qi)鍋爐、V錐(zhui)流量計(ji)(檢測段(duàn))、差壓變(bian)送器、壓(yā)力變送(song)器、溫度(dù)傳感器(qì)、PLC及PC機等(děng)組成［6］。檢(jian)測段爲(wei)V錐流量(liang)計(内徑(jìng)73mm，等效直(zhi)🍓徑比0．72)，内(nèi)部V錐是(shì)節流裝(zhuāng)🈲置，整個(ge)檢測👅段(duàn)安裝在(zai)注汽鍋(guō)爐的蒸(zheng)汽出口(kǒu)處，與蒸(zheng)🧡汽管線(xian)串聯，檢(jiǎn)測段共(gong)兩個引(yǐn)壓口，來(lai)流方向(xiang)爲高壓(ya)取壓端(duān)，另一個(gè)爲低✍️壓(ya)取壓端(duan)，蒸汽流(liú)經檢測(cè)段，壓力(li)由檢測(cè)段引壓(ya)口導出(chū)😘。壓力變(bian)送器連(lián)接✏️到檢(jian)測段高(gao)壓引📐壓(ya)口上，差(cha)壓變送(sòng)♌器連接(jiē)到兩個(gè)引❤️壓口(kǒu)上，得到(dao)高壓取(qǔ)壓口與(yu)低壓取(qu)壓口的(de)♋壓力差(chà)。連接過(guo)程需要(yao)注意高(gao)、低壓引(yin)👣壓端的(de)連接方(fāng)向，溫度(dù)傳感器(qì)安裝在(zài)檢測段(duàn)前端管(guan)線處，壓(ya)力變送(song)器、差壓(yā)變送器(qì)🌈、溫度傳(chuán)感器分(fen)别與PLC和(hé)PC機連接(jiē)，将測得(de)的信号(hao)輸入PLC，檢(jiǎn)測段參(can)數在程(chéng)序中設(she)置好，蒸(zheng)汽體積(ji)流量由(yóu)式(1)、(4)求出(chu)，将鍋爐(lu)給水流(liú)量、溫度(dù)、蒸汽壓(yā)力和檢(jian)測段壓(yā)📧差作爲(wèi)輸入量(liang)，以蒸汽(qi)幹度作(zuo)爲輸出(chu)量。
　　注汽(qì)鍋爐産(chan)生的蒸(zheng)汽經過(guò)鍋爐出(chu)口管線(xiàn)流經檢(jian)測段，在(zai)檢測段(duàn)處通過(guò)壓力變(bian)送器和(hé)差壓變(bian)送器得(dé)到🌍壓力(lì)與壓差(chà)，溫度由(you)熱電偶(ou)測得。試(shì)驗所用(yong)鍋爐的(de)蒸汽流(liú)量爲18t/h，試(shì)驗過程(cheng)中分别(bie)調節蒸(zheng)汽流量(liàng)爲15、16、17、18t/h，油田(tián)爲了提(ti)高采油(yóu)效率，蒸(zhēng)汽幹度(dù)一㊙️般控(kòng)制在75%;試(shì)驗過程(cheng)中蒸汽(qì)幹度由(you)🍓60%升至80%，每(mei)間隔約(yuē)5%作爲一(yi)個幹度(dù)監測點(dian)，由V錐流(liu)量計在(zài)取壓口(kou)測得對(dui)應幹度(dù)下的壓(ya)力和溫(wen)度［7，8］。
人工(gōng)化驗法(fa)檢測蒸(zhēng)汽幹度(dù)χ的計算(suan)式爲:

式(shi)中a、b———爐水(shuǐ)與生水(shuǐ)消耗硫(liú)酸的體(tǐ)積，mL。
　　人工(gōng)化驗方(fāng)法連續(xu)檢測得(dé)到的蒸(zheng)汽幹度(du)作爲參(can)照，将參(cān)照值與(yu)設計的(de)V錐流量(liàng)計檢測(cè)系統得(dé)到的幹(gàn)度值作(zuo)🔞對比，具(ju)體的對(duì)比曲線(xian)如圖2所(suǒ)示，可以(yǐ)看出通(tong)過V錐流(liú)量計檢(jiǎn)測系統(tong)測得的(de)蒸汽幹(gàn)度具有(yǒu)較好的(de)正确性(xìng)，其誤💚差(cha)在3%以内(nèi)，可以實(shi)現📞較爲(wei)正确🏃‍♂️的(de)在線測(ce)量，得到(dao)蒸汽幹(gàn)度與蒸(zhēng)汽壓力(li)的連續(xù)關系，及(jí)時反映(ying)蒸汽幹(gàn)度的變(bian)化🔞情況(kuang)和對應(ying)的蒸汽(qì)壓力。

　　注汽(qì)鍋爐出(chu)口蒸汽(qi)幹度與(yǔ)壓力的(de)關系如(ru)圖3所示(shì)，蒸汽壓(yā)力對蒸(zheng)汽幹度(du)的影響(xiǎng)很大，蒸(zheng)汽幹度(du)随着壓(ya)力🐕的升(sheng)高而增(zeng)大，對于(yú)💚不同的(de)蒸汽流(liu)量都存(cun)在一個(ge)蒸汽壓(ya)力，在低(dī)于該壓(ya)力值的(de)情況下(xia)，蒸汽幹(gan)度随蒸(zheng)汽壓力(li)的升高(gao)變化不(bú)大，超過(guo)此壓力(li)值時蒸(zhēng)汽幹度(du)随🙇🏻蒸汽(qi)壓力的(de)升高增(zēng)加很快(kuài)。由于蒸(zhēng)汽💘幹度(dù)較低時(shí)壓力也(ye)很低，幹(gàn)度對蒸(zhēng)汽的影(yǐng)響不明(ming)📞顯，曲線(xian)出現交(jiao)叉;随着(zhe)時間的(de)推移🏃🏻‍♂️，油(yóu)井注汽(qi)量逐漸(jiàn)增大，井(jǐng)壓也随(suí)之變化(hua)，導緻不(bu)同蒸汽(qì)流量在(zài)相同壓(yā)力下具(jù)有相同(tong)的蒸汽(qi)幹度。

　　蒸汽流(liu)量對蒸(zhēng)汽幹度(du)的影響(xiǎng)也很大(dà)，在相同(tong)壓力時(shi)，蒸汽🔞流(liú)量越大(dà)蒸汽幹(gàn)度越低(dī)。當蒸汽(qì)幹度相(xiang)同時，對(duì)🔞于不同(tóng)的蒸汽(qi)流量，需(xū)要的蒸(zhēng)汽壓力(lì)也不相(xiàng)👨‍❤️‍👨同;對于(yu)🧡同一蒸(zhēng)💔汽幹度(du)，蒸汽壓(ya)力随蒸(zheng)♊汽流量(liàng)的升高(gāo)而升高(gao)，注汽鍋(guō)爐的額(é)定壓力(lì)決定了(le)蒸汽流(liu)量🈲。
由圖(tú)4可以看(kàn)出，在同(tóng)一蒸汽(qi)流量下(xia)蒸汽幹(gan)度與壓(yā)差成🐪近(jin)似👨‍❤️‍👨一次(cì)函數關(guān)系，蒸汽(qi)幹度随(suí)檢測段(duàn)壓差的(de)增大而(er)增大，不(bú)同蒸汽(qì)流量下(xià)蒸汽幹(gàn)度與壓(yā)差形成(cheng)的㊙️曲線(xiàn)爲近似(si)平行直(zhi)線。将蒸(zheng)汽幹度(du)以5%爲間(jiān)❓隔，從60%調(diao)節到80%，蒸(zhēng)汽壓🚶差(cha)的變化(huà)範圍爲(wèi)7．08～12．04kPa，蒸汽流(liu)量每提(tí)高1t/h，在達(dá)到相同(tong)幹度的(de)情況下(xia)壓差變(bian)化相近(jìn)。壓差與(yu)幹度的(de)這種對(duì)應關系(xì)對㊙️于估(gū)計蒸汽(qi)幹度能(néng)提供一(yī)定的參(can)考。

5結束語(yǔ)
　　設計的(de)稠油開(kāi)采注汽(qi)鍋爐蒸(zheng)汽幹度(dù)V錐流量(liang)計檢測(cè)系統已(yi)投入實(shi)際應用(yòng)，能夠對(dui)注汽鍋(guō)爐的給(gei)水❗量和(he)出口蒸(zheng)汽流量(liang)進行實(shi)時、正确(que)測量;對(dui)影響蒸(zheng)㊙️汽幹度(du)的蒸汽(qì)壓力、蒸(zhēng)汽流量(liang)及壓差(cha)等重要(yào)參數進(jìn)行數值(zhi)計算，通(tong)過調節(jie)參數🥵，對(duì)于單一(yi)油井蒸(zhēng)汽幹度(du)實現了(le)正确測(cè)量。蒸汽(qì)幹度與(yu)V錐流量(liàng)計測得(dé)的壓差(chà)具有🐕近(jìn)似的一(yī)次函數(shu)關系，在(zai)注汽鍋(guō)🔆爐運行(háng)過程中(zhong)對其壓(ya)力及壓(ya)差等參(can)數進行(háng)實時監(jian)測與調(diào)節，保障(zhàng)注汽鍋(guo)爐的安(ān)全運行(háng)，對稠油(yóu)開采的(de)📧持續、穩(wen)定進行(háng)具有重(zhòng)💛要意義(yì)。

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