摘要：針(zhen)對稠油(you)開采過(guo)程中采(cai)用人工(gong)化驗法(fa)進行蒸(zheng)汽幹度(du)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(ji) 結合流(liu)體體積(ji)變化法(fa)測量蒸(zheng)汽幹度(du)，在線監(jian)測蒸汽(qi)幹度🐅及(ji)蒸汽壓(ya)力等參(can)數。通過(guo)分析蒸(zheng)汽幹度(du)與蒸汽(qi)壓力以(yi)及V錐流(liu)🙇‍♀️量計⭕測(ce)得的壓(ya)差之間(jian)的關系(xi)，證實蒸(zheng)汽壓力(li)、流量和(he)👈壓差是(shi)影響蒸(zheng)汽幹度(du)的主要(yao)因素，得(de)出蒸汽(qi)幹度與(yu)壓差值(zhi)成近似(si)一次函(han)數關系(xi)的結論(lun)😘。
　　稠油開(kai)采已成(cheng)爲我國(guo)石油開(kai)采的重(zhong)要部分(fen)，目前⭐采(cai)🔞用的注(zhu)蒸汽開(kai)采手段(duan)有蒸汽(qi)吞吐和(he)蒸汽驅(qu)動兩種(zhong)🈲方法📞［1］。油(you)田注汽(qi)采用的(de)是濕飽(bao)和蒸汽(qi)，即汽、水(shui)兩相混(hun)合物，蒸(zheng)汽幹度(du)指單位(wei)質量内(nei)飽和蒸(zheng)汽占濕(shi)蒸汽的(de)📱質量百(bai)分數。蒸(zheng)汽幹度(du)越高說(shuo)明能量(liang)的利用(yong)率越高(gao)，采油效(xiao)率也相(xiang)應提高(gao)。蒸汽幹(gan)度過低(di)會影響(xiang)熱采效(xiao)率，而蒸(zheng)汽幹度(du)過高則(ze)管壁易(yi)結垢，不(bu)僅浪費(fei)熱量，影(ying)💔響熱量(liang)傳遞，也(ye)可能引(yin)起鍋爐(lu)爆🧑🏽‍🤝‍🧑🏻管。注(zhu)汽鍋爐(lu)控制系(xi)統的核(he)心是蒸(zheng)汽幹度(du)控制系(xi)統，因此(ci)對蒸汽(qi)幹度的(de)精确測(ce)量意義(yi)重大。傳(chuan)💚統幹度(du)測量方(fang)法通常(chang)采用人(ren)工化驗(yan)法，在油(you)🏃田熱注(zhu)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(ji)個小時(shi)就進行(hang)一次測(ce)💞量，因此(ci)相關人(ren)員的勞(lao)動強度(du)✏️較大，而(er)且測量(liang)數據的(de)🆚随機性(xing)♈較強、穩(wen)定性差(cha)。
　　将V錐流(liu)量計運(yun)用到稠(chou)油注汽(qi)測量過(guo)程中，在(zai)線實時(shi)檢測蒸(zheng)汽幹度(du)及蒸汽(qi)壓力等(deng)參數的(de)變化，實(shi)現蒸汽(qi)幹度的(de)連續測(ce)量，以提(ti)高測量(liang)效率，及(ji)時反映(ying)💰注汽鍋(guo)爐的運(yun)行情況(kuang)📧，同時降(jiang)低工人(ren)🆚的勞動(dong)強度。
1.V錐(zhui)流量計(ji)簡介
　　V錐(zhui)流量計(ji)具有壓(ya)力損失(shi)小、可靠(kao)、精度高(gao)及對前(qian)/後管段(duan)要📱求低(di)等特點(dian)，既可以(yi)測量氣(qi)體又可(ke)以測量(liang)液體的(de)體積流(liu)量［2，3］。其主(zhu)要組成(cheng)部分是(shi)無縫鋼(gang)管、内部(bu)節流錐(zhui)體以🚶及(ji)錐體與(yu)鋼管的(de)連接部(bu)分，錐體(ti)前端和(he)錐體最(zui)大節流(liu)處各有(you)一個取(qu)壓口，來(lai)流方向(xiang)🧡爲高壓(ya)取壓口(kou)(即錐體(ti)最尖端(duan))，另一個(ge)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼爲低壓(ya)取壓口(kou)，試驗用(yong)V錐流❄️量(liang)計的結(jie)構如圖(tu)1所示。

2.V錐(zhui)流量計(ji)的測量(liang)原理
　　在(zai)流量計(ji)的應用(yong)中，直徑(jing)比是一(yi)個重要(yao)參數。對(dui)于V錐流(liu)量計而(er)言，流體(ti)流經的(de)空間爲(wei)一個圓(yuan)環，需将(jiang)此圓🏃‍♂️環(huan)的✏️面積(ji)等效☔爲(wei)圓面積(ji)，此圓面(mian)積與圓(yuan)環面積(ji)相等，因(yin)此V錐流(liu)量計㊙️的(de)直徑比(bi)是一個(ge)等效直(zhi)徑比。設(she)管道内(nei)徑爲D，節(jie)流錐體(ti)最大節(jie)流處橫(heng)截面的(de)直徑爲(wei)d，則等效(xiao)直徑比(bi)β的計算(suan)式爲:

式(shi)中
s1———錐體(ti)最大節(jie)流處橫(heng)截面積(ji)，mm2;
s2———管道内(nei)橫截面(mian)積，mm2。
根據(ju)連續性(xing)方程和(he)伯努力(li)方程推(tui)導出鍋(guo)爐給水(shui)💋量🚶qv的計(ji)算式爲(wei):

式中
Δp———檢(jian)測段壓(ya)差，Pa;
qv———鍋爐(lu)給水體(ti)積流量(liang)，m3/s;
ρ———節流件(jian)上遊處(chu)流體密(mi)度，kg/m3。
　　由于(yu)在取壓(ya)口處測(ce)得的壓(ya)差是一(yi)個瞬時(shi)值，而式(shi)(2)中的Δp是(shi)靜壓力(li)。考慮V錐(zhui)連接部(bu)件對壓(ya)差的影(ying)響，以便(bian)對壓差(cha)進行修(xiu)正;同時(shi)針對蒸(zheng)汽這種(zhong)可壓縮(suo)流體引(yin)入膨脹(zhang)系數ε，對(dui)密度進(jin)行修正(zheng)，經🤟修正(zheng)後得到(dao)流體體(ti)積流量(liang)的計算(suan)式爲:

流(liu)出系數(shu)C爲實際(ji)流量與(yu)理論流(liu)量的比(bi)值，其計(ji)算🐪式爲(wei):

3蒸汽幹(gan)度檢測(ce)系統
　　設(she)計的蒸(zheng)汽幹度(du)檢測系(xi)統由V錐(zhui)流量計(ji)、 差壓變(bian)送器 、 壓(ya)力變送(song)器 、 溫度(du)傳感器(qi) 、PLC和PC機組(zu)成。該試(shi)驗在某(mou)采油廠(chang)熱注站(zhan)進行，将(jiang)現場工(gong)🏒況檢測(ce)所得數(shu)據與實(shi)驗室流(liu)量計流(liu)量标定(ding)系統标(biao)定所得(de)的V錐流(liu)量計🐇測(ce)得的流(liu)量進行(hang)對比，二(er)者的誤(wu)差在0．8%以(yi)内。熱注(zhu)站有一(yi)台額定(ding)蒸汽流(liu)量爲🈲23t的(de)注汽鍋(guo)爐，其額(e)定壓力(li)爲17．5MPa，由于(yu)鍋爐使(shi)用年限(xian)已✉️久，在(zai)實際應(ying)用中将(jiang)最高蒸(zheng)汽流量(liang)設爲18t/h，額(e)定壓力(li)設爲16．5MPa。
　　給(gei)水被鍋(guo)爐加熱(re)後成爲(wei)濕蒸汽(qi)，其質量(liang)不變，但(dan)在💔出口(kou)🤞處體積(ji)增加，由(you)于出口(kou)處的蒸(zheng)汽幹度(du)與蒸汽(qi)體積成(cheng)正比，鍋(guo)爐給♌水(shui)流☔量、燃(ran)料供給(gei)壓力、燃(ran)燒器燃(ran)燒狀況(kuang)及蒸汽(qi)壓力等(deng)參數💯均(jun)對蒸汽(qi)幹度産(chan)生影響(xiang)［4］。在鍋爐(lu)給水入(ru)口和蒸(zheng)汽出口(kou)處均安(an)裝V錐流(liu)❗量計，通(tong)過對采(cai)油注汽(qi)鍋爐的(de)蒸汽壓(ya)力、蒸汽(qi)溫度、鍋(guo)爐給水(shui)溫⛱️度、壓(ya)差和壓(ya)力這些(xie)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(dui)以上測(ce)得💚的參(can)數進行(hang)計算，得(de)到注汽(qi)鍋爐的(de)⭐蒸汽幹(gan)度［5］，其關(guan)系式如(ru)下：

式中(zhong)
p———濕蒸汽(qi)壓力，MPa;
T———濕(shi)蒸汽溫(wen)度，K;
χ———蒸汽(qi)幹度，%。
4試(shi)驗過程(cheng)
　　稠油開(kai)采注汽(qi)鍋爐蒸(zheng)汽幹度(du)檢測系(xi)統的試(shi)驗裝置(zhi)由注汽(qi)鍋☁️爐、V錐(zhui)流量計(ji)(檢測段(duan))、差壓變(bian)送器、壓(ya)力變送(song)器、溫度(du)傳🏃🏻‍♂️感器(qi)💃、PLC及PC機💃等(deng)組成［6］。檢(jian)測段爲(wei)V錐流量(liang)計(内徑(jing)73mm，等效直(zhi)徑比0．72)，内(nei)部V錐是(shi)節流裝(zhuang)置，整個(ge)檢測段(duan)安裝在(zai)注汽鍋(guo)爐的蒸(zheng)汽出口(kou)處，與蒸(zheng)👌汽管線(xian)串🐆聯，檢(jian)測段共(gong)👨‍❤️‍👨兩個引(yin)壓口，來(lai)流方向(xiang)爲高壓(ya)取壓端(duan)，另一個(ge)爲低壓(ya)取壓端(duan)，蒸汽流(liu)經檢測(ce)段，壓力(li)❓由檢測(ce)段引壓(ya)口導出(chu)。壓力變(bian)送器連(lian)接到檢(jian)測段高(gao)壓🔆引壓(ya)口上，差(cha)壓變送(song)👉器連接(jie)到兩個(ge)引壓🌍口(kou)上，得到(dao)高壓取(qu)壓💔口與(yu)低壓取(qu)壓口的(de)壓力差(cha)。連接過(guo)🤟程需🔴要(yao)注意高(gao)、低壓引(yin)壓端的(de)🐕連接方(fang)向，溫度(du)❄️傳感器(qi)安裝在(zai)檢測段(duan)⭕前端管(guan)線處，壓(ya)力變送(song)器、差壓(ya)變送器(qi)♌、溫度傳(chuan)感器分(fen)别與PLC和(he)PC機連接(jie)，将測得(de)的信号(hao)輸入PLC，檢(jian)測段參(can)🏃🏻‍♂️數在程(cheng)序中設(she)置好，蒸(zheng)汽體積(ji)流量由(you)式(1)、(4)求出(chu)，将鍋爐(lu)給水流(liu)量、溫度(du)、蒸汽壓(ya)力和檢(jian)測段壓(ya)差作爲(wei)輸入量(liang)，以蒸汽(qi)幹度作(zuo)爲輸出(chu)❗量。
　　注汽(qi)鍋爐産(chan)生的蒸(zheng)汽經過(guo)鍋爐出(chu)口管線(xian)流經檢(jian)測🐉段，在(zai)檢💃測段(duan)處通過(guo)壓力變(bian)送器和(he)差壓變(bian)送器得(de)到壓力(li)與壓📱差(cha)，溫🏃🏻‍♂️度由(you)熱電偶(ou)測得。試(shi)驗所用(yong)鍋爐的(de)蒸汽流(liu)量爲18t/h，試(shi)驗😄過程(cheng)中分别(bie)調節蒸(zheng)汽流量(liang)爲15、16、17、18t/h，油田(tian)爲了提(ti)高采油(you)效率，蒸(zheng)汽幹度(du)一般控(kong)制在75%;試(shi)驗過程(cheng)中蒸汽(qi)幹度由(you)60%升至80%，每(mei)間隔約(yue)5%作爲一(yi)個幹度(du)監測點(dian)🐕，由V錐流(liu)量計在(zai)取壓口(kou)測得對(dui)應幹度(du)下的壓(ya)力和溫(wen)度［7，8］。
人工(gong)化驗法(fa)檢測蒸(zheng)汽幹度(du)χ的計算(suan)式爲:

式(shi)中a、b———爐水(shui)與生水(shui)消耗硫(liu)酸的體(ti)積，mL。
　　人工(gong)化驗方(fang)法連續(xu)檢測得(de)到的蒸(zheng)汽幹度(du)作爲參(can)照，将參(can)💋照值♊與(yu)設計的(de)V錐流量(liang)計檢測(ce)系統得(de)到的🔆幹(gan)度值作(zuo)對比，具(ju)體的對(dui)比曲線(xian)如圖2所(suo)示，可以(yi)看出通(tong)過V錐流(liu)量計檢(jian)測系統(tong)測得的(de)蒸汽幹(gan)度具有(you)較好的(de)正确性(xing)，其誤差(cha)在3%以内(nei)，可以實(shi)現較爲(wei)正确的(de)在線測(ce)量，得到(dao)蒸汽幹(gan)度與蒸(zheng)汽壓💚力(li)的連續(xu)關系，及(ji)時反映(ying)♌蒸汽幹(gan)度的變(bian)化情況(kuang)和對應(ying)的蒸汽(qi)❌壓力。

　　注汽(qi)鍋爐出(chu)口蒸汽(qi)幹度與(yu)壓力的(de)關系如(ru)圖3所示(shi)🤩，蒸🏃‍♂️汽壓(ya)☁️力對蒸(zheng)汽幹度(du)的影響(xiang)很大，蒸(zheng)汽幹度(du)随着壓(ya)力的升(sheng)高而增(zeng)大📐，對于(yu)不同的(de)蒸汽流(liu)量都存(cun)在一個(ge)蒸汽壓(ya)力，在低(di)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(bu)⁉️大，超過(guo)此壓力(li)值時蒸(zheng)汽幹度(du)随🐪蒸汽(qi)壓力的(de)升高增(zeng)加很快(kuai)。由于蒸(zheng)汽幹度(du)較低時(shi)壓⚽力也(ye)很低，幹(gan)度🏃🏻對蒸(zheng)汽的影(ying)響不明(ming)顯，曲線(xian)出現交(jiao)叉💜;随着(zhe)時間的(de)推移，油(you)井注汽(qi)量逐🥵漸(jian)增大，井(jing)壓也随(sui)之變化(hua)，導緻不(bu)同蒸汽(qi)流量在(zai)相同壓(ya)力下具(ju)有相同(tong)的蒸汽(qi)幹度。

　　蒸汽流(liu)量對蒸(zheng)汽幹度(du)的影響(xiang)也很大(da)，在相同(tong)壓力時(shi)，蒸汽流(liu)量越大(da)蒸汽幹(gan)度越低(di)。當蒸汽(qi)幹度相(xiang)同時，對(dui)❄️于不同(tong)的蒸汽(qi)流量，需(xu)要的蒸(zheng)汽壓力(li)也不相(xiang)同;對于(yu)同一蒸(zheng)汽幹度(du)💞，蒸汽壓(ya)力随蒸(zheng)汽流量(liang)的升高(gao)而升高(gao)，注汽鍋(guo)爐的額(e)定壓力(li)決定了(le)蒸汽流(liu)量🔆。
由圖(tu)4可以看(kan)出，在同(tong)一蒸汽(qi)流量下(xia)蒸汽幹(gan)度與壓(ya)🚶‍♀️差成近(jin)似一次(ci)函數關(guan)系，蒸汽(qi)幹度随(sui)檢測段(duan)壓差🔴的(de)增大而(er)增大，不(bu)同蒸汽(qi)流量下(xia)蒸汽幹(gan)度與壓(ya)差形成(cheng)的曲線(xian)爲近似(si)平行直(zhi)線。将蒸(zheng)汽✊幹度(du)以5%爲間(jian)⭐隔，從60%調(diao)節到80%，蒸(zheng)汽壓差(cha)的變化(hua)範圍爲(wei)7．08～12．04kPa，蒸🐉汽流(liu)量每提(ti)高1t/h，在達(da)到相同(tong)幹度的(de)情況下(xia)壓差變(bian)化相近(jin)。壓🔞差與(yu)幹度的(de)這種對(dui)應關系(xi)對✊于估(gu)計蒸汽(qi)幹度能(neng)提供一(yi)定的參(can)考。

5結束語(yu)
　　設計的(de)稠油開(kai)采注汽(qi)鍋爐蒸(zheng)汽幹度(du)V錐流量(liang)計檢測(ce)🆚系統♍已(yi)投❤️入實(shi)際應用(yong)，能夠對(dui)注汽鍋(guo)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(qi)壓力、蒸(zheng)汽流量(liang)及壓差(cha)等重要(yao)參數進(jin)行數值(zhi)計算，通(tong)過調節(jie)參數，對(dui)于單一(yi)🍓油井蒸(zheng)汽幹度(du)實現了(le)正确測(ce)量。蒸汽(qi)幹度與(yu)V錐流量(liang)計測得(de)的壓差(cha)具有近(jin)似的一(yi)次函數(shu)關系，在(zai)注汽鍋(guo)爐運行(hang)過程中(zhong)對其壓(ya)💯力及壓(ya)差等參(can)數進行(hang)實時監(jian)測與調(diao)節，保障(zhang)注汽鍋(guo)爐的安(an)全運行(hang)，對稠油(you)開采的(de)持續、穩(wen)定進行(hang)具有重(zhong)要意義(yi)。

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