摘(zhāi)要：針(zhēn)對稠油開(kāi)采過程中(zhōng)采用(yòng)人工(gōng)化驗法進(jìn)行蒸汽幹(gàn)度測(cè)量時(shí)，随機性強(qiáng)且穩定(dìng)性差(chà)的缺陷，采用v錐流(liú)量計 結(jié)合流體(tǐ)體積變化(huà)法測(cè)量蒸汽幹度，在(zài)線監(jiān)測蒸(zhēng)汽幹(gàn)度及蒸汽壓力等參(cān)數(shù)。通過分(fèn)析蒸汽幹度與蒸汽壓力以及(jí)v錐流量(liàng)計(jì)測(cè)得(dé)的壓(yā)差之間的關系，證實蒸汽(qì)壓力、流量和壓差是影(yǐng)響(xiǎng)蒸汽(qì)幹度的主(zhǔ)要因(yīn)素，得(dé)出蒸(zhēng)汽幹度與(yǔ)壓(yā)差值成(chéng)近似一次函數(shù)關系的結論。
　　稠(chóu)油開采(cǎi)已(yǐ)成爲我國石油(yóu)開采(cǎi)的重(zhòng)要部分，目(mù)前采(cǎi)用的注蒸(zhēng)汽開采手段有(yǒu)蒸汽吞吐和蒸(zhēng)汽驅動(dòng)兩(liǎng)種方(fāng)法［1］。油田(tián)注汽采(cǎi)用的(de)是(shì)濕飽和蒸汽，即汽、水兩(liǎng)相混(hùn)合物(wù)，蒸(zhēng)汽(qì)幹度指單(dān)位質(zhì)量内飽和(hé)蒸汽(qì)占濕(shī)蒸汽的質(zhì)量百分數。蒸汽(qì)幹度(dù)越高說(shuō)明(míng)能量的利(lì)用率越高，采油效率(lǜ)也相(xiàng)應(yīng)提高。蒸(zhēng)汽幹度過低會(huì)影響熱(rè)采效率(lǜ)，而蒸汽幹度過(guò)高則管(guǎn)壁易結垢，不僅(jǐn)浪費熱(rè)量(liàng)，影響熱量傳(chuán)遞，也(yě)可能引(yǐn)起(qǐ)鍋爐爆管(guǎn)。注汽鍋爐(lú)控(kòng)制系統(tǒng)的核(hé)心是蒸汽(qì)幹度控制系統(tǒng)，因此對蒸(zhēng)汽幹度的(de)精确測量(liàng)意義重大。傳統(tǒng)幹度(dù)測量方法(fǎ)通常采用人工(gōng)化驗(yàn)法(fǎ)，在(zài)油田熱注作業中被廣泛采(cǎi)用，該方(fāng)法的測量(liàng)精度(dù)較高(gāo)，但需要每(měi)隔幾個小時(shí)就(jiù)進行一次(cì)測量(liàng)，因此相(xiàng)關(guān)人員(yuán)的勞(láo)動強度較(jiào)大(dà)，而且(qiě)測(cè)量數(shù)據的随機性(xìng)較(jiào)強、穩定性(xìng)差。
　　将(jiāng)v錐流(liú)量(liàng)計運用到稠(chóu)油注(zhù)汽測(cè)量過程中，在線(xiàn)實時檢測蒸汽幹度及蒸(zhēng)汽壓(yā)力等參數的變(biàn)化，實現(xiàn)蒸汽幹(gàn)度的連續(xù)測量(liàng)，以提(tí)高測量(liàng)效(xiào)率，及時反(fǎn)映注(zhù)汽鍋爐(lú)的(de)運行(háng)情況(kuàng)，同時降低(dī)工人的勞動強(qiáng)度。
1.v錐流(liú)量計簡(jiǎn)介
　　v錐流量計具(jù)有壓力(lì)損失小(xiǎo)、可靠、精度高及對(duì)前/後管段要(yào)求低(dī)等(děng)特點，既(jì)可以測(cè)量(liàng)氣體又可以(yǐ)測量液(yè)體的(de)體積(jī)流量(liàng)［2，3］。其主要組成部(bù)分是無縫鋼管(guǎn)、内部(bù)節流錐體(tǐ)以及錐(zhuī)體(tǐ)與鋼(gāng)管的連接部分(fèn)，錐(zhuī)體前端和錐(zhuī)體最大節流(liú)處(chù)各有一個(gè)取壓口，來流(liú)方向爲(wèi)高壓(yā)取壓口(即錐體(tǐ)最(zuì)尖(jiān)端)，另(lìng)一個爲低(dī)壓取(qǔ)壓口，試驗用v錐流量計(jì)的結構如圖(tú)1所示。

2.v錐(zhuī)流量計的(de)測量原(yuán)理(lǐ)
　　在流(liú)量計(jì)的(de)應(yīng)用中(zhōng)，直徑(jìng)比是一個(gè)重要參數(shù)。對于(yú)v錐流量計而言，流體流經的空(kōng)間爲一個圓環，需将(jiāng)此(cǐ)圓環的(de)面積等效爲圓(yuán)面積，此圓面積與圓(yuán)環面積相等，因此v錐流量(liàng)計的直徑比是(shì)一個等(děng)效直徑(jìng)比。設管道内徑爲d，節(jiē)流錐(zhuī)體最(zuì)大節流(liú)處(chù)橫截(jié)面的直徑爲d，則等效直徑比β的(de)計算式爲:

式中(zhōng)
s1———錐體(tǐ)最大(dà)節流處橫截面積，mm2;
s2———管(guǎn)道内(nèi)橫截面積(jī)，mm2。
根據(jù)連續性方(fāng)程和伯努(nǔ)力方(fāng)程推(tuī)導(dǎo)出鍋爐(lú)給水量qv的計算式爲(wèi):

式(shì)中
Δp———檢測(cè)段壓差，pa;
qv———鍋(guō)爐給(gěi)水體(tǐ)積流(liú)量，m3/s;
ρ———節(jiē)流件上遊(yóu)處流(liú)體密度，kg/m3。
　　由于在取壓口處(chù)測得的壓差是一個(gè)瞬時(shí)值，而式(2)中(zhōng)的Δp是靜壓(yā)力。考(kǎo)慮v錐連(lián)接部件(jiàn)對壓差的(de)影響(xiǎng)，以(yǐ)便對壓差進(jìn)行修正(zhèng);同(tóng)時針(zhēn)對蒸汽這(zhè)種可壓縮流體引入膨脹系數ε，對密(mì)度進(jìn)行修正，經(jīng)修正後得到流(liú)體體積流(liú)量的(de)計算式爲:

流出(chū)系數(shù)c爲實際流(liú)量與(yǔ)理論流量(liàng)的比值，其計(jì)算(suàn)式爲:

3蒸(zhēng)汽(qì)幹度(dù)檢測(cè)系(xì)統
　　設計(jì)的蒸汽幹(gàn)度檢測系統由v錐流(liú)量計、 差壓(yā)變送(sòng)器 、 壓力變送器(qì) 、 溫度傳感器 、plc和pc機組(zǔ)成。該試驗(yàn)在某采(cǎi)油廠熱(rè)注站(zhàn)進行，将現(xiàn)場工況檢(jiǎn)測所(suǒ)得數(shù)據與實驗室流量(liàng)計(jì)流量(liàng)标定(dìng)系統(tǒng)标定(dìng)所得的v錐流(liú)量(liàng)計測得(dé)的流量進行對(duì)比，二者的誤(wù)差在0．8%以内(nèi)。熱(rè)注站有一台(tái)額定(dìng)蒸汽(qì)流量爲23t的注汽(qì)鍋爐(lú)，其額(é)定壓(yā)力爲(wèi)17．5mpa，由于(yú)鍋爐(lú)使用年限已久，在實(shí)際應(yīng)用(yòng)中将最高蒸汽流(liú)量設爲18t/h，額定壓(yā)力設爲16．5mpa。
　　給水(shuǐ)被鍋爐(lú)加熱後成(chéng)爲濕蒸汽，其質量不變，但在(zài)出口處體積增加(jiā)，由于(yú)出口(kǒu)處(chù)的(de)蒸汽(qì)幹度(dù)與蒸汽體(tǐ)積成正比，鍋爐(lú)給水(shuǐ)流(liú)量(liàng)、燃料供給壓(yā)力、燃燒(shāo)器燃燒狀況及(jí)蒸(zhēng)汽壓力等參(cān)數均對蒸汽幹度産生影(yǐng)響［4］。在(zài)鍋爐給水入口(kǒu)和蒸汽出(chū)口處均安裝v錐流量(liàng)計，通(tōng)過對(duì)采(cǎi)油注汽鍋爐的蒸(zhēng)汽壓力(lì)、蒸(zhēng)汽溫(wēn)度、鍋(guō)爐給水溫度、壓差和壓力(lì)這些(xiē)參數的(de)測量，結合以上各(gè)個參數(shù)得(dé)到蒸(zhēng)汽體積膨脹量(liàng)，由(yóu)plc對以上(shàng)測得(dé)的參(cān)數進行計算，得(dé)到(dào)注(zhù)汽鍋(guō)爐的(de)蒸汽幹度［5］，其關(guān)系(xì)式如下：

式中(zhōng)
p———濕蒸(zhēng)汽壓(yā)力，mpa;
t———濕(shī)蒸汽(qì)溫度(dù)，k;
χ———蒸汽幹度，%。
4試驗(yàn)過程
　　稠油(yóu)開采(cǎi)注汽(qì)鍋爐蒸汽(qì)幹(gàn)度檢測系統(tǒng)的試驗(yàn)裝置由(yóu)注汽鍋爐(lú)、v錐流(liú)量計(檢測(cè)段)、差(chà)壓變(biàn)送器、壓力(lì)變送(sòng)器、溫(wēn)度傳感器(qì)、plc及pc機等組(zǔ)成［6］。檢(jiǎn)測段爲v錐流量計(内徑73mm，等(děng)效直徑比0．72)，内部(bù)v錐是節流裝置(zhì)，整個檢測段(duàn)安裝在注汽鍋爐(lú)的蒸汽出口處(chù)，與蒸(zhēng)汽管線串(chuàn)聯，檢測段(duàn)共兩(liǎng)個引(yǐn)壓口，來流(liú)方向爲(wèi)高(gāo)壓取(qǔ)壓端(duān)，另一個爲(wèi)低壓取(qǔ)壓端，蒸汽流經檢測段(duàn)，壓力由(yóu)檢測段(duàn)引壓(yā)口導(dǎo)出。壓(yā)力變送器連接(jiē)到檢測段(duàn)高壓引(yǐn)壓口上，差壓(yā)變送器連接(jiē)到(dào)兩個引壓(yā)口上，得到高(gāo)壓取壓(yā)口與(yǔ)低壓(yā)取壓口(kǒu)的壓(yā)力差。連(lián)接過程(chéng)需(xū)要注(zhù)意高、低(dī)壓引壓(yā)端的(de)連接方向(xiàng)，溫度傳(chuán)感器安(ān)裝(zhuāng)在檢測(cè)段前(qián)端管線處，壓力(lì)變送器、差(chà)壓變送器、溫(wēn)度傳感(gǎn)器分别與(yǔ)plc和pc機(jī)連接(jiē)，将測得的(de)信号(hào)輸入plc，檢測段參(cān)數(shù)在程序(xù)中設置好，蒸汽(qì)體積流(liú)量由式(shì)(1)、(4)求出，将鍋爐給(gěi)水流量(liàng)、溫度、蒸汽壓力和(hé)檢測(cè)段壓差(chà)作(zuò)爲輸入量，以蒸(zhēng)汽幹(gàn)度作爲輸出量(liàng)。
　　注汽鍋爐産(chǎn)生的蒸(zhēng)汽(qì)經過鍋(guō)爐出口管(guǎn)線流經檢測段，在檢(jiǎn)測段處(chù)通(tōng)過壓(yā)力變(biàn)送器和差壓變(biàn)送器得到(dào)壓力與壓差，溫度由熱電(diàn)偶測(cè)得。試驗所用鍋(guō)爐的蒸汽流量爲18t/h，試驗過程中分别調(diào)節(jiē)蒸汽(qì)流量(liàng)爲15、16、17、18t/h，油田爲(wèi)了提高采(cǎi)油效率，蒸(zhēng)汽幹(gàn)度一(yī)般控制在(zài)75%;試驗過程(chéng)中(zhōng)蒸汽幹(gàn)度由60%升至80%，每間隔約5%作(zuò)爲(wèi)一個(gè)幹度監(jiān)測點，由v錐流量(liàng)計(jì)在取(qǔ)壓口(kǒu)測(cè)得對應(yīng)幹度下的壓力(lì)和溫(wēn)度［7，8］。
人(rén)工化(huà)驗法檢測蒸汽(qì)幹度χ的計(jì)算式(shì)爲:

式中(zhōng)a、b———爐水與生水消耗(hào)硫酸的(de)體(tǐ)積，ml。
　　人工化(huà)驗方法連續檢測得(dé)到的蒸汽(qì)幹度作爲(wèi)參照(zhào)，将參(cān)照值與設(shè)計的v錐流量計(jì)檢測系統(tǒng)得到(dào)的幹度值作對(duì)比，具體(tǐ)的對比(bǐ)曲線如圖2所示，可(kě)以看出通過(guò)v錐流量計檢測系統(tǒng)測得(dé)的蒸(zhēng)汽幹度具(jù)有較好的(de)正(zhèng)确性，其(qí)誤差(chà)在3%以(yǐ)内，可(kě)以實現較爲正(zhèng)确的在線(xiàn)測量，得到蒸(zhēng)汽(qì)幹度與蒸(zhēng)汽壓(yā)力的(de)連(lián)續(xù)關系，及時(shí)反映蒸汽(qì)幹度(dù)的變化情(qíng)況和(hé)對應的蒸(zhēng)汽壓(yā)力。

　　注汽鍋爐出口(kǒu)蒸汽(qì)幹(gàn)度(dù)與壓(yā)力的關系如圖(tú)3所示(shì)，蒸汽(qì)壓力對蒸(zhēng)汽(qì)幹度的(de)影響很(hěn)大，蒸汽幹度(dù)随(suí)着壓力(lì)的(de)升(shēng)高而(ér)增大(dà)，對于不同的蒸(zhēng)汽流(liú)量都(dōu)存在(zài)一個蒸(zhēng)汽壓力(lì)，在低(dī)于(yú)該(gāi)壓力(lì)值的(de)情況下，蒸(zhēng)汽幹(gàn)度随蒸(zhēng)汽(qì)壓力的(de)升(shēng)高變(biàn)化不大，超過此壓力(lì)值時蒸汽幹度随蒸(zhēng)汽壓(yā)力的(de)升高增(zēng)加很快。由于(yú)蒸汽(qì)幹度較低時壓(yā)力也很低，幹度(dù)對(duì)蒸(zhēng)汽的影響(xiǎng)不明顯，曲線出現交(jiāo)叉;随着時(shí)間的推(tuī)移(yí)，油井(jǐng)注汽(qì)量逐漸增(zēng)大，井壓(yā)也随之(zhī)變化，導緻不同(tóng)蒸汽流量在相(xiàng)同壓力(lì)下具有(yǒu)相同(tóng)的蒸汽幹(gàn)度。

　　蒸汽(qì)流量(liàng)對蒸(zhēng)汽幹度的(de)影響也(yě)很(hěn)大，在(zài)相同(tóng)壓力時(shí)，蒸(zhēng)汽流量越(yuè)大蒸(zhēng)汽幹度越低。當蒸汽(qì)幹度(dù)相同時，對于不(bú)同的(de)蒸汽流(liú)量，需要(yào)的蒸(zhēng)汽(qì)壓力也不相同(tóng);對(duì)于同(tóng)一蒸(zhēng)汽(qì)幹度，蒸汽壓力随蒸汽(qì)流量的升高而(ér)升高，注汽(qì)鍋爐的額定壓力決(jué)定了(le)蒸汽(qì)流量。
由圖(tú)4可以看出(chū)，在同一蒸(zhēng)汽流(liú)量下蒸(zhēng)汽幹度(dù)與壓差(chà)成(chéng)近似(sì)一次(cì)函(hán)數關系(xì)，蒸汽幹度(dù)随檢測段(duàn)壓(yā)差的(de)增(zēng)大而增(zēng)大(dà)，不同蒸汽流量下蒸(zhēng)汽幹(gàn)度與(yǔ)壓差形成(chéng)的曲線爲(wèi)近似平行(háng)直線(xiàn)。将蒸汽幹度以(yǐ)5%爲間(jiān)隔(gé)，從(cóng)60%調節到80%，蒸汽壓差的(de)變化範圍(wéi)爲7．08～12．04kpa，蒸(zhēng)汽流(liú)量每提(tí)高(gāo)1t/h，在達到相(xiàng)同幹度的(de)情(qíng)況(kuàng)下壓差變(biàn)化相近。壓差(chà)與(yǔ)幹度的這(zhè)種對應關(guān)系對于估計蒸(zhēng)汽幹度能提(tí)供一定的參考。

5結束(shù)語
　　設計的(de)稠油開采(cǎi)注汽鍋(guō)爐蒸汽(qì)幹度v錐(zhuī)流量計(jì)檢測系統(tǒng)已(yǐ)投入實際應(yīng)用，能(néng)夠對注(zhù)汽鍋爐的給(gěi)水量和出(chū)口蒸汽流(liú)量進(jìn)行實時(shí)、正(zhèng)确測(cè)量;對影響(xiǎng)蒸汽(qì)幹度的(de)蒸汽壓(yā)力、蒸汽流(liú)量及(jí)壓(yā)差等重要參(cān)數進行數值(zhí)計(jì)算，通(tōng)過調(diào)節參(cān)數，對于(yú)單(dān)一油(yóu)井蒸(zhēng)汽幹度實現了正确(què)測量(liàng)。蒸汽(qì)幹度與v錐(zhuī)流量計測得的(de)壓差具有近似(sì)的一(yī)次函(hán)數關(guān)系，在注(zhù)汽鍋爐(lú)運行過程(chéng)中對(duì)其壓(yā)力及壓差等參(cān)數進(jìn)行實時監(jiān)測與調節(jiē)，保障注汽鍋爐(lú)的安全運行，對(duì)稠油(yóu)開采(cǎi)的持(chí)續、穩定進行具有重要(yào)意(yì)義。

以(yǐ)上内(nèi)容來源于(yú)網絡(luò)，如(rú)有侵權請聯系即删除(chú)!