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(zhuī)流量計 結合流(liu)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(yǐ)及V錐流🔞量計🌈測(ce)得的壓差之間(jian)的關系，證實蒸(zheng)汽壓力、流量和(hé)壓差是🤞影響蒸(zhēng)汽幹度的主要(yào)因素，得出蒸汽(qi)幹度與壓差值(zhi)成近似一次函(hán)數🈲關系的結論(lun)。
　　稠油開采已成(cheng)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(hé)蒸汽驅動兩種(zhong)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(zhēng)汽幹🥵度越高說(shuo)明能量的🧡利用(yong)率越高，采油效(xiao)率也相應提高(gao)。蒸汽幹度過低(di)會影響熱采效(xiao)率，而蒸汽幹度(du)過高則管壁易(yì)結垢，不僅浪費(fei)💞熱量，影響熱量(liàng)傳遞，也可💛能引(yin)起鍋爐爆💔管。注(zhu)汽鍋爐控制系(xì)統的核心是蒸(zheng)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(chuán)統幹🙇🏻度測量方(fang)法通常🌈采用人(rén)工化驗法，在油(yóu)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(yao)每隔幾個小時(shí)就進行一次測(ce)量，因此相關人(ren)員的勞動強度(dù)較大，而且測量(liang)數據的随機💚性(xìng)較強、穩定性差(chà)。
　　将V錐流量計運(yùn)用到稠油注汽(qi)測量過程中，在(zài)線實時🏃🏻‍♂️檢測💋蒸(zheng)汽幹度及蒸汽(qì)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(yìng)注汽鍋爐的運(yùn)💛行情況，同時降(jiàng)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(gāo)及對前/後管段(duan)要求低等特點(dian)，既可以測量氣(qì)體又可以測量(liàng)液體的體🆚積流(liu)量［2，3］。其主要🙇‍♀️組成(cheng)部分是無縫鋼(gang)管、内部節流錐(zhui)體以及錐體🌐與(yu)鋼管💔的連接部(bu)分，錐體前🔞端和(he)錐體最大節流(liu)處各有一個取(qu)壓口㊙️，來流方向(xiang)爲高壓取壓口(kǒu)(即錐體最⛹🏻‍♀️尖端(duān))，另一個🌈爲低壓(ya)取壓👉口，試驗用(yòng)V錐流量計的結(jié)構如🔱圖1所示。

2.V錐流量計(jì)的測量原理
　　在(zai)流量計的應用(yòng)中，直徑比是一(yī)個重要參數。對(duì)于V錐流🤟量🐪計而(er)言，流體流經的(de)空間爲一個圓(yuán)環，需将此圓環(huan)的面積等效爲(wèi)圓面積，此圓面(miàn)積與圓環面積(ji)相等，因此V錐流(liú)量計👅的直徑比(bǐ)是一個等效直(zhi)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(shi)中
s1———錐體最大節(jie)流處橫截面積(ji)，mm2;
s2———管道内橫截面(mian)積，mm2。
根據連續性(xìng)方程和伯努力(lì)方程推導出鍋(guo)爐給水量qv的計(jì)算⛱️式爲:

式中
Δp———檢(jiǎn)測段壓差，Pa;
qv———鍋爐(lu)給水體積流量(liàng)，m3/s;
ρ———節流件上遊處(chu)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(shi)(2)中的Δp是靜壓力(li)。考慮V錐連接部(bù)件對壓差的影(yǐng)響，以便對壓差(cha)進行💚修正;同時(shí)針對蒸汽這種(zhong)可壓縮流體引(yǐn)入膨脹系數ε，對(dui)密度進行🐅修正(zheng)，經修正後得到(dao)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(liu)量的比值，其計(jì)算式爲:

3蒸汽幹(gàn)度檢測系統
　　設(she)計的蒸汽幹度(du)檢測系統由V錐(zhuī)流量計、 差壓變(bian)送器 、 壓力變送(sòng)器 、 溫度傳感器(qi) 、PLC和PC機組成。該試(shì)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(shi)驗室流量計流(liu)量标定系統标(biao)定所得的V錐流(liú)量計測得的流(liú)量進行對比，二(èr)㊙️者的誤差在0．8%以(yǐ)内。熱注站有一(yī)🚶台額定蒸汽流(liú)量爲23t的注汽鍋(guo)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(liang)不變，但在出口(kǒu)處體🈲積增加，由(you)于出口處的蒸(zheng)汽幹度與蒸汽(qi)體積成正比，鍋(guo)爐給水流量、燃(rán)料供給壓力、燃(ran)燒器燃燒狀況(kuang)及蒸㊙️汽壓力等(děng)參數均對蒸汽(qì)幹度産生影響(xiǎng)［4］。在鍋爐給水入(rù)🔅口和蒸汽出口(kou)處均安裝V錐流(liú)量計，通過對采(cǎi)油注汽鍋🆚爐的(de)蒸汽壓力、蒸汽(qì)溫度💛、鍋爐給水(shui)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(hang)計算，得到注汽(qì)鍋爐的蒸汽幹(gàn)度［5］，其關系式如(rú)下：

式中
p———濕蒸汽(qi)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(ya)力變送器、溫🚩度(dù)傳感器、PLC及PC機等(děng)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(duàn)安裝在注汽鍋(guō)爐的蒸汽出口(kou)處，與蒸汽管線(xiàn)串聯，檢測段共(gong)兩個引壓口😄，來(lai)流方向爲高壓(ya)取壓端，另一個(gè)爲低壓取壓端(duān)，蒸汽流經檢測(ce)段，壓力🐉由檢測(ce)段引壓口導出(chū)。壓力變送器連(lian)接👌到檢測段高(gāo)壓引壓口上，差(chà)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(yào)注意高、低壓引(yǐn)🤞壓端的連接方(fāng)向，溫度🐕傳感器(qì)安裝在檢測段(duàn)前端管線處，壓(ya)🈲力變送器、差壓(ya)變送器、溫度🏃🏻‍♂️傳(chuán)感器分别與PLC和(hé)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(zheng)汽體積流量由(yóu)式(1)、(4)求出，将鍋爐(lu)給水流量、溫度(du)、蒸汽壓💁力和檢(jian)測段壓⭐差作爲(wei)輸入量，以蒸汽(qi)幹度作爲輸出(chu)量。
　　注汽鍋爐産(chǎn)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(guò)壓力變送器和(hé)差壓變送器得(de)到壓力與壓📞差(chà)，溫度由熱電偶(ou)測得。試驗所用(yong)鍋爐的蒸汽流(liu)量爲18t/h，試驗過程(cheng)中分别調節蒸(zhēng)汽流量💘爲15、16、17、18t/h，油田(tián)爲了提高采油(you)效率，蒸汽幹度(du)一✍️般控制在⭐75%;試(shi)驗過程中㊙️蒸汽(qì)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(zài)取♋壓口測得對(dui)應幹度下的壓(ya)力和溫度🥰［7，8］。
人工(gōng)化驗法檢測蒸(zheng)汽幹度χ的計算(suan)式爲:

式中a、b———爐水(shuǐ)與生水消耗硫(liu)酸的體積，mL。
　　人工(gong)化驗方法連續(xu)檢測得到的蒸(zhēng)汽幹度作爲參(cān)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(zuo)對比，具體的對(dui)比曲線如圖2所(suǒ)示，可以看出通(tōng)過V錐流量計檢(jian)測♍系統測得的(de)蒸汽幹度具有(yǒu)較好的正确性(xìng)，其誤✍️差在3%以内(nei)，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(ji)時反映蒸汽幹(gàn)度的變化情況(kuàng)和對應的蒸汽(qì)壓力。

　　注汽鍋爐出(chu)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(cún)在一個蒸汽壓(ya)力，在低于該壓(ya)力值的情🐕況下(xia)，蒸汽幹度随蒸(zhēng)汽壓力的升高(gao)變化不大，超過(guo)此壓力值時🧑🏾‍🤝‍🧑🏼蒸(zheng)汽幹度随蒸汽(qi)壓力的升高增(zeng)加很快。由于蒸(zhēng)汽👄幹度較低時(shí)‼️壓力也很低，幹(gan)度對蒸汽的影(ying)響不明顯，曲線(xian)出現交叉;随着(zhe)時間的推移⛷️，油(yóu)井注汽量逐漸(jiàn)增大，井壓也随(sui)之🐕變化，導緻不(bú)同蒸汽👌流量在(zài)相同壓力下具(ju)有相同的‼️蒸汽(qì)幹度。

　　蒸汽流(liu)量對蒸汽幹度(du)的影響也很大(da)，在相同壓力㊙️時(shi)，蒸汽流量越大(da)蒸汽幹度越低(di)。當蒸汽幹度相(xiàng)同時，對于不同(tong)的蒸汽🔞流量，需(xū)要的蒸汽壓力(lì)也不相同;對于(yú)同一蒸汽幹度(du)，蒸汽壓力随蒸(zheng)汽流量的升高(gao)而升高🍉，注汽鍋(guo)爐的額定壓力(lì)決定了蒸汽流(liú)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(ya)差形成的曲線(xian)爲近似平行直(zhí)線。将蒸汽幹度(du)以5%爲間隔，從60%調(diào)節到80%，蒸汽壓差(cha)的變化範圍爲(wèi)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(xì)對💜于估計蒸汽(qì)幹㊙️度能💞提供一(yi)定的參考⚽。

5結束語(yǔ)
　　設計的稠油開(kai)采注汽鍋爐蒸(zheng)汽幹度V錐流量(liang)計檢測系統💁已(yǐ)投入實際應用(yong)，能夠對注汽鍋(guo)爐的給水量和(hé)出口蒸汽🌐流量(liang)進行實時、正确(què)測量;對影響蒸(zheng)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(zhi)計算，通過🈚調節(jie)參數，對于單一(yī)油井蒸汽幹度(du)實現了正确測(ce)量。蒸汽幹度與(yu)V錐👄流量計測得(dé)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(zhong)對其壓♻️力及壓(ya)差等參數進行(háng)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(háng)具有重🐉要意義(yi)。

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