摘要：針對稠油(yóu)開采過程中采(cǎi)用人工化驗法(fa)進行蒸汽幹🌍度(dù)測⛷️量時，随機性(xing)強且穩定性差(chà)的缺陷，采用V錐(zhui)流量計 結合流(liú)體體積變化法(fa)測量蒸汽幹度(du)，在線監測蒸汽(qi)幹度💚及蒸汽壓(ya)力等參數。通過(guò)分析蒸汽幹度(dù)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(zheng)🍓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(han)數關系的結論(lùn)。
　　稠油開采已成(chéng)爲我國石油開(kai)采的重要部分(fen)，目前🤩采用的注(zhu)蒸汽開采手段(duàn)有蒸汽吞吐和(he)蒸汽驅動兩種(zhǒng)方法［1］。油田注汽(qì)采用的是濕飽(bǎo)和蒸汽，即汽、水(shuǐ)⭐兩相混🌈合物，蒸(zhēng)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(shuō)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(dī)會影響熱采🔴效(xiao)率，而蒸汽幹度(dù)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(yin)起鍋爐爆管。注(zhù)汽鍋爐控制系(xì)🈲統的核心是蒸(zhēng)汽幹度控制系(xi)統，因此對蒸汽(qì)幹度的精确測(cè)量意義重大。傳(chuan)統幹度測量方(fang)法通常采用人(ren)工化驗法，在油(you)田熱注作⚽業中(zhong)被廣泛采用，該(gai)方法的測量精(jing)度較高，但需要(yào)每隔幾個小時(shí)就進行一次測(ce)量，因此相關人(rén)員的勞動強度(dù)✊較大，而且測量(liang)數據的随機性(xing)較強、穩定性差(cha)。
　　将V錐流量計運(yun)用到稠油注汽(qi)測量過程中，在(zai)線實時檢測蒸(zhēng)汽幹度及蒸汽(qi)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(ying)注汽鍋爐的運(yùn)行情況，同時降(jiang)低工人的勞動(dong)強度。
1.V錐流量計(jì)簡介
　　V錐流量計(jì)具有壓力損失(shī)小、可靠、精度高(gao)及對前/後管段(duàn)要求低等特點(dian)，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(chéng)部分是無縫鋼(gang)管、内部節流✉️錐(zhuī)體以及錐體與(yǔ)鋼管☂️的連接部(bù)分，錐體前端和(hé)錐體最大節流(liú)處各有一個取(qǔ)壓口，來流方向(xiàng)爲高壓取壓口(kou)(即錐體最尖端(duān))，另一個爲低壓(yā)取壓🥰口，試驗用(yong)V錐🏃🏻流量計的結(jié)構如圖1所示。

2.V錐流量計(ji)的測量原理
　　在(zài)流量計的應用(yòng)中，直徑比是一(yī)個重要參數。對(dui)于V錐流✉️量計而(ér)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(nèi)徑爲D，節流錐體(tǐ)最大節流處🔱橫(héng)截面的直徑爲(wèi)d，則等😄效直徑比(bǐ)β的🌏計算式爲:

式(shì)中
s1———錐體最大節(jie)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(li)方程推導出鍋(guo)爐給水量qv的計(jì)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(chù)流體密度，kg/m3。
　　由于(yú)在取壓口處測(ce)得的壓差是一(yi)個瞬時值，而式(shì)(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(chà)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(liú)出系數C爲實際(ji)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(shè)計的蒸汽幹度(du)檢測系統由V錐(zhui)流量計、 差壓變(biàn)送器 、 壓力變送(song)器 、 溫度傳感器(qi) 、PLC和PC機組成。該試(shi)驗在某采油廠(chǎng)熱注站進行，将(jiang)現場📞工況檢⭐測(ce)🌈所得數據與實(shí)驗室流量計流(liu)量标定系統标(biāo)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(yi)台額定蒸汽流(liu)量爲🈲23t的注汽鍋(guō)爐，其額定壓力(li)爲17．5MPa，由于鍋爐使(shi)用年限已久，在(zai)實際應🌈用中将(jiāng)最高🔱蒸汽流量(liang)設爲18t/h，額定壓力(lì)設爲16．5MPa。
　　給水被鍋(guo)爐加熱後成爲(wèi)濕蒸汽，其質量(liàng)不變，但在♌出口(kou)處體積增加，由(you)于出口處的蒸(zhēng)汽幹度與蒸汽(qì)體積成正比，鍋(guo)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(ru)🔱口和蒸汽出口(kǒu)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(qi)溫度📐、鍋爐給水(shuǐ)溫度、壓差和壓(yā)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(zhàng)量，由PLC對以上測(ce)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(zhì)由注汽鍋爐、V錐(zhuī)流量計(檢測段(duàn))、差壓變送器、壓(yā)力變送❓器、溫度(du)傳感器、PLC及PC機✂️等(deng)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(zhuāng)置，整個檢測段(duan)安裝在注汽鍋(guō)爐的蒸汽出㊙️口(kou)處，與蒸汽管線(xian)串聯，檢測段共(gong)🈲兩個引壓口，來(lái)流方向爲高壓(yā)取壓端，另一個(ge)爲低壓取壓端(duan)，蒸汽流經檢測(cè)段，壓力由檢測(ce)段引壓口導出(chu)。壓力變送器連(lian)接到檢測段高(gao)壓引壓口上，差(cha)壓變送❤️器連接(jiē)到兩個引壓口(kou)上，得到高壓取(qu)壓🚩口與低壓取(qǔ)💚壓口的壓力差(cha)。連接過程需⭕要(yao)注意高、低壓引(yǐn)壓端的🧡連接方(fāng)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(yā)變送器、溫度傳(chuan)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(chéng)序中設置好，蒸(zhēng)汽體積流量由(yóu)式🔞(1)、(4)求出，将鍋爐(lu)給水流量、溫度(dù)、蒸汽壓力和檢(jiǎn)測段壓差作爲(wèi)輸入量，以蒸🔱汽(qì)幹度作爲輸出(chū)量。
　　注汽鍋爐産(chan)生的蒸汽經過(guò)鍋爐出口管線(xian)流經檢測段，在(zài)檢測段處通過(guo)壓力變送器和(hé)差壓變送器😄得(dé)到壓力與壓差(cha)，溫度由熱電偶(ǒu)測得。試驗所用(yòng)鍋爐的蒸汽流(liu)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(tián)爲了提高采油(yóu)效率，蒸汽幹度(dù)一般控制在75%;試(shì)驗過程中♈蒸汽(qi)幹度由60%升至80%，每(měi)間隔約5%作爲一(yi)個幹度監測點(dian)📞，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(liú)酸的體積，mL。
　　人工(gōng)化驗方法連續(xù)檢測得到的蒸(zheng)汽幹度作爲參(can)照，将參照值與(yu)設計的V錐流量(liàng)計檢測系統得(de)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(jian)測系統測得的(de)蒸🔱汽幹度具有(you)較好的正确性(xing)，其誤差在3%以内(nèi)，可以實現較爲(wèi)正确㊙️的在線測(cè)量🐇，得到蒸汽幹(gan)度與蒸汽壓力(lì)的連續關系，及(jí)時反映蒸汽幹(gan)度的變化情況(kuàng)和對應的蒸汽(qì)壓力。

　　注汽鍋爐出(chū)口蒸汽幹度與(yǔ)壓力的關系如(ru)圖3所示，蒸汽壓(yā)力對👅蒸汽幹度(du)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(yā)力，在低于該壓(yā)力🛀值的情況下(xia)，蒸汽幹度随蒸(zheng)汽壓力的升高(gao)變化不大，超過(guò)此壓力值時⭐蒸(zheng)汽幹度随蒸汽(qì)壓力的📧升高增(zēng)加很🏃‍♂️快。由于蒸(zhēng)汽幹度較低時(shi)壓力也很低，幹(gàn)度對蒸汽的影(yǐng)響不明顯，曲線(xiàn)出現交叉;随着(zhe)時間的推移❗，油(yóu)井注汽量逐⛱️漸(jian)增大，井壓也随(suí)之🍉變化，導緻不(bu)同蒸✔️汽🌏流量在(zai)相同壓力下具(jù)有相同的蒸汽(qì)幹度。

　　蒸汽流(liú)量對蒸汽幹度(dù)的影響也很大(da)，在相同壓力時(shí)，蒸👨‍❤️‍👨汽流量越大(da)蒸汽幹度越低(dī)。當蒸汽幹度相(xiang)同時，對于不⛱️同(tong)的蒸汽流量，需(xu)要的蒸汽壓力(lì)也不相同;對于(yu)同一蒸汽幹度(du)🛀🏻，蒸汽壓力随蒸(zheng)汽流量的升高(gāo)而升高，注汽鍋(guō)爐🐉的額定壓力(lì)決定了蒸汽流(liu)量。
由圖4可以看(kan)出，在同一蒸汽(qi)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(bú)同蒸汽流量下(xià)蒸汽幹度與壓(yā)差形成的曲線(xiàn)爲近似平行直(zhí)線。将蒸汽幹度(dù)以5%爲間隔，從60%調(diào)節🈲到80%，蒸汽壓🤞差(cha)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(tóng)幹度的情況下(xià)壓差變化相近(jìn)。壓差與幹度的(de)這種對應關系(xi)對💞于估計蒸汽(qì)幹度能提供一(yi)定的參考。

5結束語(yu)
　　設計的稠油開(kai)采注汽鍋爐蒸(zhēng)汽幹度V錐流量(liang)計檢🌈測系統已(yǐ)投入實際應用(yòng)，能夠對注汽鍋(guo)爐的給水㊙️量和(he)出口蒸汽流量(liang)進行實時、正确(què)測量;對影響蒸(zhēng)汽幹度的蒸汽(qi)壓力、蒸汽流量(liang)及壓差等重要(yao)參數✉️進行數值(zhí)計算，通過調節(jie)參數，對于單一(yī)油井蒸汽幹度(dù)實現了正确測(cè)量。蒸汽幹度與(yǔ)V錐流量計測得(de)的壓差具有近(jin)似的一次函數(shù)關系，在注汽鍋(guō)爐運🌈行過程中(zhōng)對其壓🔅力及壓(ya)差等參數進行(hang)實時監測與調(diào)節，保障注汽鍋(guō)爐的安全運行(hang)，對稠油開采的(de)持續、穩定進行(hang)具有重要意義(yì)。

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