摘要：針對(dui)稠油開采(cai)過程中采(cai)用人工化(hua)驗法進行(hang)蒸汽☁️幹度(du)測量時，随(sui)機性強且(qie)穩定性差(cha)的缺陷，采(cai)用V錐流量(liang)計 結合流(liu)體體積變(bian)化法測量(liang)蒸汽幹度(du)，在線監測(ce)蒸汽幹度(du)及蒸汽壓(ya)力等參數(shu)。通過分析(xi)蒸汽幹度(du)與蒸汽壓(ya)力🔆以及📧V錐(zhui)流量計測(ce)得的壓差(cha)之間的關(guan)系，證實蒸(zheng)汽壓力、流(liu)量和壓差(cha)是影響蒸(zheng)汽幹度的(de)主要因素(su)，得🍓出蒸汽(qi)幹度與壓(ya)差值成近(jin)似一次函(han)數關系的(de)結論。
　　稠油(you)開采已成(cheng)爲我國石(shi)油開采的(de)重要部分(fen)，目前采用(yong)的注蒸汽(qi)開采手段(duan)有蒸汽吞(tun)吐和蒸汽(qi)驅動🔴兩種(zhong)方法［1］。油田(tian)注汽采用(yong)⚽的是濕飽(bao)和蒸汽，即(ji)汽、水兩相(xiang)混合物，蒸(zheng)汽幹度指(zhi)單位質量(liang)内🌂飽和蒸(zheng)汽占濕蒸(zheng)汽的質量(liang)百分數。蒸(zheng)汽幹🌂度越(yue)高說明能(neng)量的利用(yong)率越高⁉️，采(cai)油效率也(ye)相應提高(gao)。蒸汽幹度(du)過低會影(ying)響熱采效(xiao)率，而蒸汽(qi)幹度過高(gao)則管壁易(yi)結垢，不僅(jin)浪費🐅熱量(liang)，影響熱量(liang)傳遞，也可(ke)能引起鍋(guo)爐爆管🏃‍♂️。注(zhu)汽鍋爐控(kong)制系統的(de)核心是蒸(zheng)汽⭕幹度控(kong)制系統，因(yin)此對蒸汽(qi)幹度的精(jing)确測量意(yi)義重大。傳(chuan)🍉統幹👅度測(ce)量方法通(tong)常采用人(ren)☀️工化驗法(fa)，在油✊田熱(re)注作業中(zhong)被廣泛采(cai)用，該方法(fa)🚶的測量精(jing)度較高，但(dan)需要每隔(ge)♻️幾個小時(shi)就進行一(yi)次測量👈，因(yin)此相關人(ren)員的勞動(dong)強度🍓較大(da)，而且測量(liang)數據的随(sui)機性較強(qiang)、穩定性差(cha)。
　　将V錐流量(liang)計運用到(dao)稠油注汽(qi)測量過程(cheng)中，在線實(shi)時🈲檢測蒸(zheng)汽幹度及(ji)蒸汽壓力(li)等參數的(de)變化，實現(xian)蒸汽幹度(du)的連續測(ce)量，以提高(gao)測量效率(lü)，及時反映(ying)✔️注汽鍋爐(lu)的運行情(qing)況，同時降(jiang)低工人的(de)勞動強度(du)。
1.V錐流量計(ji)簡介
　　V錐流(liu)量計具有(you)壓力損失(shi)小、可靠、精(jing)度高及對(dui)前/後管段(duan)😄要💰求低等(deng)特點，既可(ke)以測量氣(qi)體又可以(yi)測量😄液體(ti)的體積流(liu)🛀🏻量［2，3］。其主要(yao)🔴組成部分(fen)是無縫鋼(gang)管、内部節(jie)流‼️錐體以(yi)及錐體與(yu)鋼管的連(lian)接💚部分，錐(zhui)體前端和(he)錐體最大(da)節流❄️處各(ge)有一個取(qu)壓口，來流(liu)方向㊙️爲高(gao)壓取壓口(kou)(即錐體最(zui)🌈尖端)，另一(yi)個爲低壓(ya)取壓口，試(shi)驗用V錐流(liu)量計的結(jie)構如圖1所(suo)示。

2.V錐流(liu)量計的測(ce)量原理
　　在(zai)流量計的(de)應用中，直(zhi)徑比是一(yi)個重要參(can)數。對于V錐(zhui)流量計而(er)言，流體流(liu)經的空間(jian)爲一個圓(yuan)環，需将此(ci)圓環的面(mian)積等效爲(wei)圓面積，此(ci)圓面積與(yu)圓環面積(ji)相等，因此(ci)V錐流量計(ji)的直徑比(bi)是一個等(deng)效直徑比(bi)。設管道内(nei)徑爲D，節流(liu)錐體最大(da)節流處橫(heng)截面的直(zhi)徑爲d，則等(deng)效直徑比(bi)β的計算式(shi)爲:

式中
s1———錐(zhui)體最大節(jie)流處橫截(jie)面積，mm2;
s2———管道(dao)内橫截面(mian)積，mm2。
根據連(lian)續性方程(cheng)和伯努力(li)方程推導(dao)出鍋爐給(gei)水量qv的計(ji)算式爲:

式(shi)中
Δp———檢測段(duan)壓差，Pa;
qv———鍋爐(lu)給水體積(ji)流量，m3/s;
ρ———節流(liu)件上遊處(chu)流體密度(du)，kg/m3。
　　由于在取(qu)壓口處測(ce)得的壓差(cha)是一個瞬(shun)時值，而式(shi)(2)中的🈚Δp是靜(jing)🈲壓力。考慮(lü)V錐連接部(bu)件對壓差(cha)的影響，以(yi)❤️便對壓差(cha)進行修正(zheng);同時🌈針對(dui)蒸汽這種(zhong)可壓縮流(liu)體引入膨(peng)脹系數ε，對(dui)密度進行(hang)修正，經修(xiu)正後得到(dao)流體體積(ji)流量的計(ji)算式爲:

流(liu)出系數C爲(wei)實際流量(liang)與理論流(liu)量的比值(zhi)，其計算式(shi)爲🚶:

3蒸汽幹(gan)度檢測系(xi)統
　　設計的(de)蒸汽幹度(du)檢測系統(tong)由V錐流量(liang)計、 差壓變(bian)送器 、 壓力(li)變送器 、 溫(wen)度傳感器(qi) 、PLC和PC機組成(cheng)。該試驗在(zai)某采油廠(chang)熱注站進(jin)行，将現場(chang)工況檢測(ce)所👈得數據(ju)與實驗室(shi)流量計流(liu)量标定系(xi)統标定所(suo)得的V錐流(liu)量計測得(de)的流量進(jin)行對比，二(er)🐪者的誤差(cha)在0．8%以✨内。熱(re)注站有一(yi)台額定蒸(zheng)汽流量爲(wei)🌍23t的注汽鍋(guo)爐，其額定(ding)壓力爲17．5MPa，由(you)于鍋爐使(shi)🍓用年限已(yi)🐉久，在實際(ji)應用中将(jiang)最高蒸汽(qi)流量設爲(wei)18t/h，額定壓力(li)🏃🏻設爲16．5MPa。
　　給水(shui)被鍋爐加(jia)熱後成爲(wei)濕蒸汽，其(qi)質量不變(bian)，但在出口(kou)👅處㊙️體⭐積增(zeng)加，由于出(chu)口處的蒸(zheng)汽幹度與(yu)蒸汽🌈體積(ji)🙇🏻成正比，鍋(guo)爐給水流(liu)量、燃料供(gong)給壓力、燃(ran)燒器💃🏻燃燒(shao)狀🔞況及蒸(zheng)汽壓力等(deng)參數均對(dui)蒸❗汽幹度(du)産生影響(xiang)［4］。在鍋爐給(gei)水入口和(he)蒸汽出口(kou)處均安裝(zhuang)V錐流🛀量計(ji)，通過對采(cai)油注汽鍋(guo)爐的蒸汽(qi)壓力、蒸汽(qi)溫度🌈、鍋爐(lu)給水溫度(du)、壓差和壓(ya)力這些參(can)數的測量(liang)，結合以上(shang)各個參數(shu)得到蒸汽(qi)體積膨脹(zhang)量，由PLC對以(yi)上測得✌️的(de)參數進行(hang)計算，得到(dao)注汽鍋爐(lu)的蒸👅汽幹(gan)度［5］，其關系(xi)式如下：

式(shi)中
p———濕蒸汽(qi)壓力，MPa;
T———濕蒸(zheng)汽溫度，K;
χ———蒸(zheng)汽幹度，%。
4試(shi)驗過程
　　稠(chou)油開采注(zhu)汽鍋爐蒸(zheng)汽幹度檢(jian)測系統的(de)試驗裝置(zhi)由注汽鍋(guo)💃🏻爐、V錐流量(liang)計(檢測段(duan))、差壓變送(song)器、壓力變(bian)送器、溫🍓度(du)傳感器、PLC及(ji)PC機等組成(cheng)［6］。檢測段爲(wei)V錐流量計(ji)(内徑❗73mm，等效(xiao)直徑比0．72)，内(nei)🐇部V錐是節(jie)流裝置，整(zheng)個檢測段(duan)安裝在注(zhu)汽鍋爐的(de)蒸汽出🌏口(kou)處，與蒸汽(qi)管線串🔱聯(lian)，檢測段共(gong)兩個引壓(ya)口，來流方(fang)向爲高壓(ya)取壓端，另(ling)一個爲低(di)壓取壓端(duan)，蒸汽流經(jing)檢測段，壓(ya)力由檢測(ce)段引壓口(kou)導出。壓力(li)變送器連(lian)接到檢測(ce)段高壓引(yin)壓口上，差(cha)壓變送器(qi)連接到兩(liang)個引壓♌口(kou)上，得到高(gao)壓取壓口(kou)與低壓取(qu)壓口的壓(ya)力差。連接(jie)過程需要(yao)注意高、低(di)壓引壓端(duan)的連接方(fang)向，溫度♍傳(chuan)感器安🌈裝(zhuang)在檢測段(duan)前端管線(xian)處，壓力變(bian)送器、差壓(ya)變送器💃、溫(wen)度傳感器(qi)分别與PLC和(he)PC機連接，将(jiang)🏃測得的信(xin)号輸入PLC，檢(jian)測段參數(shu)在程序中(zhong)設置好，蒸(zheng)汽體♈積流(liu)量由式(1)、(4)求(qiu)出，将鍋爐(lu)給📱水流量(liang)、溫度、蒸汽(qi)壓力和檢(jian)測段壓❌差(cha)作爲輸入(ru)量，以蒸汽(qi)幹度作爲(wei)輸出量。
　　注(zhu)汽鍋爐産(chan)生的蒸汽(qi)經過鍋爐(lu)出口管線(xian)流經檢測(ce)♍段，在檢測(ce)🌍段處通過(guo)壓力變送(song)器和差壓(ya)變送器得(de)到壓力與(yu)壓差，溫度(du)由🏃‍♂️熱電偶(ou)測得。試驗(yan)所用鍋爐(lu)的蒸汽流(liu)量爲18t/h，試驗(yan)♍過程中分(fen)别調節蒸(zheng)汽流量爲(wei)15、16、17、18t/h，油田爲了(le)提高采油(you)效率，蒸汽(qi)幹度一般(ban)控制在75%;試(shi)驗過程中(zhong)👨‍❤️‍👨蒸汽幹度(du)由60%升至80%，每(mei)間隔♈約5%作(zuo)爲一個幹(gan)度監測點(dian)，由V錐流量(liang)計在取壓(ya)口測得對(dui)應幹度下(xia)的壓力和(he)溫度［7，8］。
人工(gong)化驗法檢(jian)測蒸汽幹(gan)度χ的計算(suan)式爲:

式中(zhong)a、b———爐水與生(sheng)水消耗硫(liu)酸的體積(ji)，mL。
　　人工化驗(yan)方法連續(xu)檢測得到(dao)的蒸汽幹(gan)度作爲參(can)照，将參照(zhao)🤩值與設計(ji)的V錐流量(liang)計檢測系(xi)統得到的(de)幹度👈值作(zuo)🔞對比，具體(ti)的對比曲(qu)線如圖2所(suo)示，可以看(kan)出通過V錐(zhui)流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計檢(jian)測系統測(ce)得的蒸汽(qi)幹度具有(you)較好的正(zheng)确性，其誤(wu)差在3%以内(nei)，可以實現(xian)較爲正确(que)的在線測(ce)量，得到蒸(zheng)汽幹度與(yu)蒸汽壓✔️力(li)的連續關(guan)📐系，及時反(fan)映💁蒸🈲汽幹(gan)度的變化(hua)情況和對(dui)應的蒸汽(qi)壓力。

　　注汽鍋(guo)爐出口蒸(zheng)汽幹度與(yu)壓力的關(guan)系如圖3所(suo)示，蒸🐆汽壓(ya)力對蒸汽(qi)幹度的影(ying)響很大，蒸(zheng)汽幹度随(sui)着壓力💔的(de)升高而增(zeng)大，對于不(bu)同的蒸汽(qi)流量都存(cun)在一個蒸(zheng)汽壓力，在(zai)低于該壓(ya)力值的情(qing)況下，蒸汽(qi)幹度随蒸(zheng)汽壓力的(de)升高變化(hua)不大，超過(guo)此壓力值(zhi)時📱蒸汽幹(gan)度随🐇蒸汽(qi)壓力的升(sheng)高增加很(hen)快。由于蒸(zheng)汽幹度較(jiao)低時壓力(li)也很低，幹(gan)度對蒸汽(qi)的影響不(bu)明顯，曲線(xian)出現交叉(cha);随着時間(jian)的推移♉，油(you)井注汽量(liang)逐漸增大(da)，井壓也随(sui)之⭕變化，導(dao)緻不同蒸(zheng)汽🚶流量在(zai)相同壓力(li)下具有相(xiang)同的蒸汽(qi)幹☁️度。

　　蒸汽流(liu)量對蒸汽(qi)幹度的影(ying)響也很大(da)，在相同壓(ya)力時，蒸💋汽(qi)流量✊越大(da)蒸汽幹度(du)越低。當蒸(zheng)汽幹度相(xiang)同時，對于(yu)不🌂同的蒸(zheng)汽流量🐉，需(xu)要的蒸汽(qi)壓力也不(bu)相同;對于(yu)同一蒸汽(qi)幹度，蒸汽(qi)壓力随蒸(zheng)汽流量的(de)升高而升(sheng)高🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，注汽鍋(guo)爐🤞的額定(ding)壓力決定(ding)了蒸汽流(liu)量🐉。
由圖4可(ke)以看出，在(zai)同一蒸汽(qi)流量下蒸(zheng)汽幹度與(yu)壓差成近(jin)似一次函(han)數關系，蒸(zheng)汽幹度随(sui)檢測段壓(ya)差🔱的增大(da)而增大，不(bu)同☀️蒸汽流(liu)量下蒸汽(qi)幹度與壓(ya)差形成的(de)曲線爲近(jin)似平🌍行直(zhi)線⚽。将蒸汽(qi)幹度以5%爲(wei)間隔，從60%調(diao)節到80%，蒸汽(qi)壓差的變(bian)化範圍爲(wei)7．08～12．04kPa，蒸汽流量(liang)每提高1t/h，在(zai)達到相同(tong)幹度的情(qing)況下壓差(cha)變化相近(jin)。壓差與幹(gan)度的這種(zhong)對應關系(xi)對💘于估計(ji)蒸汽幹度(du)能提供一(yi)定的參考(kao)。

5結束語(yu)
　　設計的稠(chou)油開采注(zhu)汽鍋爐蒸(zheng)汽幹度V錐(zhui)流量計檢(jian)測㊙️系🌈統已(yi)投入實際(ji)應用，能夠(gou)對注汽鍋(guo)爐的給水(shui)量和出口(kou)蒸汽流量(liang)進行實時(shi)、正确測量(liang);對影響蒸(zheng)汽幹度的(de)蒸汽壓力(li)、蒸汽流量(liang)及壓差等(deng)重要參數(shu)進行數值(zhi)計算，通過(guo)調節參數(shu)，對于單一(yi)油井蒸汽(qi)幹度實現(xian)了正确測(ce)量。蒸汽幹(gan)度與V錐流(liu)量計測得(de)的壓差具(ju)有近似的(de)一次函數(shu)關系，在注(zhu)汽鍋🈚爐運(yun)行過程中(zhong)對其壓力(li)及壓差等(deng)參數進行(hang)實時監測(ce)與調節，保(bao)障注汽鍋(guo)爐的安全(quan)運行，對稠(chou)油開采的(de)持續、穩定(ding)進行具有(you)重要意義(yi)。

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