摘(zhāi)要：針對稠油(you)開采過程中(zhōng)采用人工化(hua)驗法進行蒸(zhēng)汽幹度測量(liang)時，随機性強(qiáng)且穩定性差(chà)的缺陷，采用(yòng)V錐流量計 結(jie)合流體體積(ji)變化法測量(liang)蒸汽幹度，在(zài)線監測蒸汽(qì)幹度及蒸汽(qi)壓力等參數(shù)。通過分析蒸(zhēng)汽幹度與💰蒸(zhēng)汽壓力🏃🏻‍♂️以及(ji)V錐流量計測(cè)得的壓差之(zhi)間的關系，證(zheng)實蒸汽壓力(lì)、流量和壓差(cha)是✊影響蒸汽(qi)幹度的主✍️要(yào)因素，得🧡出蒸(zheng)汽幹度與壓(yā)差值成近似(sì)一次函數關(guan)系的結論。
　　稠(chou)油開采已成(chéng)爲我國石油(yóu)開采的重要(yao)部分，目前采(cǎi)用的注蒸🐆汽(qi)開采手段有(you)蒸汽吞吐和(hé)蒸汽驅動兩(liang)種⛷️方法［1］。油田(tian)注汽采用的(de)是濕飽和蒸(zheng)汽，即汽、水兩(liǎng)相混合物，蒸(zheng)💞汽幹度💰指單(dan)位質量内飽(bao)和蒸汽占🌈濕(shī)蒸汽的質量(liang)百分❓數。蒸汽(qì)幹度越高說(shuo)明能量的利(lì)用率越高，采(cǎi)油效率也相(xiang)應提高。蒸汽(qì)幹度過低會(hui)影響熱采效(xiao)率，而蒸汽幹(gan)度過高則管(guǎn)壁易結垢，不(bú)僅浪費熱量(liàng)，影響熱量傳(chuan)遞，也可能引(yǐn)起鍋爐爆🔴管(guan)。注汽鍋爐控(kong)制系統的核(he)心是蒸汽幹(gan)度控制系🥰統(tong)，因此對蒸汽(qi)幹度的精确(que)測量意義重(zhong)大。傳統幹度(du)測量方法通(tōng)常采用人工(gōng)化驗法，在油(yóu)田熱注作業(ye)中被廣泛采(cai)用，該方法的(de)測量精度較(jiao)高，但需要💘每(měi)隔🐆幾個小時(shí)就進行一次(cì)測🛀量💔，因此相(xiàng)關人員的勞(lao)動強度較大(da)，而且測量數(shu)據的随機🍓性(xing)較強、穩定性(xìng)差。
　　将V錐流量(liàng)計運用到稠(chou)油注汽測量(liang)過程中，在線(xian)實時檢測👣蒸(zhēng)汽幹度及蒸(zhēng)汽壓力等參(can)數的變化，實(shi)現蒸汽幹度(dù)的連續測🍓量(liàng)，以提高測量(liàng)效率，及時反(fan)映注汽鍋爐(lú)的運行情況(kuang)，同時降低工(gōng)人的勞動強(qiáng)度。
1.V錐流量計(jì)簡介
　　V錐流量(liang)計具有壓力(lì)損失小、可靠(kao)、精度高及對(duì)前/後管段⁉️要(yào)📱求低等特點(dian)，既可以測量(liang)氣體又可以(yǐ)測量液體的(de)體積流量［2，3］。其(qí)主要組成部(bù)分是無縫鋼(gang)管、内部節流(liú)💞錐體以及錐(zhuī)體與鋼管的(de)連接部分，錐(zhui)體前🌐端和錐(zhui)體最大節流(liú)處各有一個(gè)取壓口，來流(liú)方向✨爲高壓(ya)取壓口(即錐(zhui)體最🏒尖端)，另(lìng)一個爲低壓(ya)取壓口，試驗(yan)用V錐流量計(ji)的結構如圖(tu)1所示。

2.V錐流量計(ji)的測量原理(li)
　　在流量計的(de)應用中，直徑(jing)比是一個重(zhòng)要參數。對于(yu)V錐流量計而(ér)❤️言，流體流經(jīng)的空間爲一(yī)個圓環，需将(jiāng)此圓🏃‍♂️環的面(mian)積🈚等效爲圓(yuán)面積，此圓面(miàn)積與圓環面(mian)積相等，因此(ci)V錐‼️流量計的(de)直徑比是一(yi)個等效直徑(jìng)✨比。設管道内(nei)徑爲D，節🔴流錐(zhuī)體最大節流(liú)處❗橫截面的(de)直徑爲d，則等(děng)效直徑比β的(de)計算式爲:

式(shi)中
s1———錐體最大(da)節流處橫截(jié)面積，mm2;
s2———管道内(nei)橫截面積，mm2。
根(gen)據連續性方(fāng)程和伯努力(li)方程推導出(chū)鍋爐給水量(liang)qv的✂️計算式爲(wei):

式中
Δp———檢測段(duan)壓差，Pa;
qv———鍋爐給(gei)水體積流量(liang)，m3/s;
ρ———節流件上遊(yóu)處流體密度(du)，kg/m3。
　　由于在取壓(yā)口處測得的(de)壓差是一個(ge)瞬時值，而式(shi)(2)中的Δp是靜壓(ya)力。考慮V錐連(lian)接部件對壓(ya)差的影響，以(yǐ)便對壓差進(jìn)行修正;同時(shi)針對蒸汽這(zhè)種可壓縮流(liú)體引入膨脹(zhàng)系數ε，對密度(du)進行💁修正，經(jīng)修正後得到(dào)流體體積流(liu)量的計算式(shi)爲:

流出系數(shu)C爲實際流量(liang)與理論流量(liang)的比值，其計(jì)算式♻️爲🤩:

3蒸汽(qì)幹度檢測系(xi)統
　　設計的蒸(zhēng)汽幹度檢測(cè)系統由V錐流(liú)量計、 差壓變(bian)送器 、 壓力變(biàn)送器 、 溫度傳(chuán)感器 、PLC和PC機組(zu)成。該試驗在(zai)某采油廠熱(rè)注站進行，将(jiāng)現場工況檢(jian)🌈測所得數據(ju)與實驗室流(liú)量計流量标(biao)定系統标定(ding)所得的V錐流(liú)量計測得的(de)流量進行對(duì)比，二者的誤(wù)差在0．8%以内。熱(rè)注站有一台(tái)額定蒸汽流(liú)量爲23t的注汽(qì)鍋爐，其額定(ding)❓壓力爲17．5MPa，由于(yu)鍋爐使用年(nian)限已久，在實(shi)際應用中将(jiāng)最高🔞蒸汽流(liú)量設🔴爲18t/h，額定(ding)壓力🏃‍♂️設爲16．5MPa。
　　給(gěi)水被鍋爐加(jiā)熱後成爲濕(shi)蒸汽，其質量(liang)不變，但在出(chū)口處體積增(zēng)加，由于出口(kou)處的蒸汽幹(gàn)度與蒸汽體(tǐ)積成正比，鍋(guō)爐給水流量(liàng)、燃料供給壓(yā)力、燃燒器燃(rán)燒狀況及蒸(zhēng)汽壓力等參(cān)數均對蒸汽(qì)幹度産生影(ying)響［4］。在鍋爐給(gěi)水入口和蒸(zhēng)汽出口處均(jun)安裝V錐流🏃🏻‍♂️量(liàng)計，通過對采(cǎi)油注汽鍋爐(lu)的蒸汽壓力(li)、蒸汽溫度、鍋(guo)爐給水溫度(du)、壓差和壓力(lì)這些參數的(de)測量，結合以(yi)上各個參數(shu)得到蒸汽體(ti)積膨脹量，由(yóu)PLC對以上測得(dé)的參數進行(hang)計算🐇，得到注(zhu)汽鍋爐的蒸(zhēng)汽幹度［5］，其關(guān)系式如下：

式(shi)中
p———濕蒸汽壓(yā)力，MPa;
T———濕蒸汽溫(wen)度，K;
χ———蒸汽幹度(dù)，%。
4試驗過程
　　稠(chóu)油開采注汽(qi)鍋爐蒸汽幹(gan)度檢測系統(tǒng)的試驗裝置(zhi)❄️由注汽鍋爐(lú)、V錐流量計(檢(jian)測段)、差壓變(biàn)送器、壓力變(biàn)送器、溫度傳(chuán)感器、PLC及PC機💋等(deng)組成［6］。檢測段(duan)爲V錐流量計(jì)(内徑73mm，等效直(zhi)徑比0．72)，内部V錐(zhui)是節流裝🚶‍♀️置(zhi)，整個檢測段(duàn)安裝在注汽(qi)鍋爐的蒸汽(qì)出口處，與蒸(zhēng)汽管線串聯(lian)，檢測段共⭕兩(liang)個引壓口，來(lái)流方向爲🔴高(gāo)壓取壓端，另(ling)一個爲低壓(yā)取壓端，蒸汽(qì)流經檢測段(duan)，壓力由檢測(ce)段引壓🔞口導(dao)出🚶‍♀️。壓力變🎯送(song)器連接到檢(jiǎn)測段高壓🌈引(yǐn)壓口上，差壓(ya)變送器連接(jiē)到兩個引🐪壓(yā)口上，得到高(gāo)壓取壓口與(yǔ)低壓取壓口(kou)的壓力差。連(lián)接過🔆程需⛷️要(yào)注意高、低壓(yā)引壓端的連(lián)接方向，溫度(dù)🌈傳感器安裝(zhuāng)在檢測段🐉前(qián)端管線處，壓(ya)♻️力變送器、差(chà)壓變送器、溫(wēn)度傳感器分(fèn)别與PLC和PC機🌂連(lián)接，将測得的(de)信号輸入PLC，檢(jian)測段參數在(zài)程序中設置(zhi)好，蒸汽體積(jī)流量由式(1)、(4)求(qiu)出，将鍋爐給(gei)水流📞量、溫度(du)、蒸汽壓力和(hé)檢測段壓差(cha)作爲輸入量(liàng)，以蒸汽幹度(dù)作爲輸出量(liang)。
　　注汽鍋爐産(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過鍋爐出口(kǒu)管線流經檢(jian)測段，在檢測(ce)段處通過壓(yā)力變送器和(hé)差壓變送器(qì)得到壓力👈與(yu)壓差，溫度由(yóu)熱電偶測得(de)。試驗所用鍋(guō)爐的蒸🎯汽流(liu)量爲18t/h，試驗過(guò)程中分别調(diao)節蒸汽流量(liàng)🛀🏻爲15、16、17、18t/h，油田爲了(le)提高采油效(xiào)率，蒸汽幹度(dù)一🛀🏻般控制在(zài)75%;試驗過程中(zhōng)蒸汽幹度由(you)✊60%升至80%，每間隔(ge)約5%作爲一個(gè)幹度監測點(diǎn)，由V錐流量計(jì)在取壓口測(cè)得對應🌈幹度(du)下的壓力和(hé)溫度［7，8］。
人工化(huà)驗法檢測蒸(zhēng)汽幹度χ的計(ji)算式爲:

式中(zhong)a、b———爐水與生水(shui)消耗硫酸的(de)體積，mL。
　　人工化(hua)驗方法連續(xu)檢測得到的(de)蒸汽幹度作(zuò)爲參照，将🔞參(cān)照值與設計(ji)的V錐流量計(jì)檢測系統得(dé)到的💋幹度值(zhí)作對比，具體(tǐ)的對❤️比曲線(xiàn)如圖2所示，可(ke)以看出通過(guò)V錐流量♊計檢(jiǎn)測系統測得(de)的蒸汽幹度(dù)具有較好的(de)正确性，其誤(wù)🔴差在3%以内，可(kě)以實現較爲(wei)正确♻️的在線(xiàn)測量，得到蒸(zhēng)汽幹度與蒸(zhēng)汽壓力的連(lián)續關系，及時(shi)反映㊙️蒸⛱️汽幹(gan)度的變化情(qíng)況和對應的(de)蒸汽壓力。

　　注汽鍋(guo)爐出口蒸汽(qi)幹度與壓力(lì)的關系如圖(tu)3所示，蒸汽壓(yā)力對🌈蒸汽幹(gan)度的影響很(hěn)大，蒸汽幹度(dù)随着壓力的(de)升高而增大(dà)，對于不同的(de)蒸汽流量都(dou)存在一個蒸(zheng)汽壓力，在低(di)于該壓力值(zhí)的情況下，蒸(zheng)汽幹度随蒸(zheng)汽壓力的升(sheng)🌈高變化不大(da)，超過此壓力(lì)值時🚩蒸汽幹(gàn)度随蒸汽壓(yā)力的升高增(zeng)加很快。由于(yu)蒸汽🚩幹度較(jiao)低時壓力也(yě)很低，幹度👄對(duì)蒸汽的影響(xiǎng)不明顯，曲線(xiàn)出🐪現交叉;随(sui)着時間的推(tui)移，油井注汽(qì)量逐漸增大(dà)，井壓也随之(zhī)變化，導緻不(bú)同蒸汽🐪流量(liàng)在相同壓力(li)下具有相同(tóng)的蒸汽幹度(dù)。

　　蒸(zhēng)汽流量對蒸(zheng)汽幹度的影(ying)響也很大，在(zài)相同壓力♊時(shí)，蒸汽流量越(yuè)大蒸汽幹度(du)越低。當蒸汽(qi)幹度相同時(shí)，對于不同的(de)蒸汽流量，需(xu)要的蒸汽壓(ya)力也不相同(tóng);對于同一蒸(zhēng)汽幹度🎯，蒸汽(qì)壓力随蒸汽(qi)流量的升高(gāo)而升高，注汽(qi)鍋爐的額定(dìng)壓力決定了(le)蒸汽流量。
由(yóu)圖4可以看出(chū)，在同一蒸汽(qì)流量下蒸汽(qì)幹度與壓差(chà)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼成近似一次(cì)函數關系，蒸(zheng)汽幹度随檢(jiǎn)測段壓差的(de)增大而❄️增大(da)，不同蒸汽流(liu)量下蒸汽幹(gàn)度與壓差形(xíng)成的曲線爲(wèi)近似平🔴行直(zhí)線。将蒸汽幹(gàn)度以5%爲間隔(gé)，從60%調節到80%，蒸(zheng)汽壓差的變(bian)化範圍爲7．08～12．04kPa，蒸(zheng)汽流量每提(tí)高1t/h，在達到相(xiàng)同幹度的情(qíng)況下壓差變(biàn)化相近。壓♊差(chà)與幹度的🛀這(zhè)種對應關系(xì)對于估計蒸(zheng)汽幹度能提(tí)供一定的參(cān)考。

5結束(shù)語
　　設計的稠(chóu)油開采注汽(qi)鍋爐蒸汽幹(gàn)度V錐流量計(ji)檢測系統已(yi)投入實際應(ying)用，能夠對注(zhù)汽鍋爐的給(gei)水量和出口(kou)蒸汽流量進(jìn)行實時、正确(què)測量;對影響(xiang)蒸汽幹度的(de)蒸汽壓力、蒸(zheng)汽流量🌈及壓(yā)差等重要參(cān)數進行數值(zhí)計算，通過調(diao)節參數，對于(yu)單一油井蒸(zheng)汽☔幹度實現(xiàn)了正确測量(liàng)。蒸汽幹度與(yǔ)V錐♍流量計測(ce)得🚩的壓差具(ju)有近似的一(yi)次函數關系(xi)，在注汽鍋爐(lú)運行過程中(zhong)🔴對其壓力及(ji)壓差等參數(shù)進行實時監(jiān)測與🌈調節，保(bǎo)障注汽鍋爐(lu)的安全運行(háng)，對🤞稠油開采(cǎi)的持續、穩定(ding)進行具有重(zhong)要意義。

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