摘要(yao)：針對(dui)稠油(you)開采(cai)過程(cheng)中采(cai)用人(ren)工化(hua)驗法(fa)進行(hang)🥰蒸汽(qi)💜幹度(du)測🛀量(liang)時，随(sui)機性(xing)強且(qie)穩定(ding)性差(cha)的缺(que)陷，采(cai)用V錐(zhui)流量(liang)計 結(jie)合流(liu)體體(ti)積變(bian)化法(fa)測量(liang)蒸汽(qi)幹度(du)，在線(xian)監測(ce)蒸汽(qi)幹度(du)及蒸(zheng)汽壓(ya)力等(deng)參數(shu)。通過(guo)分析(xi)蒸汽(qi)幹度(du)與蒸(zheng)汽💁壓(ya)力🌏以(yi)及V錐(zhui)流🏃量(liang)計測(ce)得的(de)壓差(cha)之間(jian)的關(guan)系，證(zheng)實蒸(zheng)汽壓(ya)力、流(liu)量和(he)壓差(cha)是影(ying)響蒸(zheng)汽幹(gan)度的(de)主要(yao)因素(su)，得出(chu)蒸汽(qi)幹度(du)與壓(ya)差值(zhi)成近(jin)似一(yi)次函(han)數關(guan)系的(de)結論(lun)。
　　稠油(you)開采(cai)已成(cheng)爲我(wo)國石(shi)油開(kai)采的(de)重要(yao)部分(fen)，目前(qian)🍉采用(yong)的注(zhu)蒸汽(qi)開采(cai)手段(duan)有蒸(zheng)汽吞(tun)吐和(he)蒸汽(qi)驅動(dong)兩種(zhong)方法(fa)［1］。油田(tian)注汽(qi)采用(yong)的是(shi)濕飽(bao)和蒸(zheng)汽，即(ji)汽、水(shui)兩相(xiang)混合(he)物，蒸(zheng)汽幹(gan)度指(zhi)單位(wei)質量(liang)内飽(bao)和蒸(zheng)汽占(zhan)濕蒸(zheng)汽的(de)質量(liang)百分(fen)數。蒸(zheng)汽幹(gan)度越(yue)高說(shuo)🈲明能(neng)量的(de)✌️利用(yong)率越(yue)高，采(cai)油效(xiao)率也(ye)相應(ying)提高(gao)。蒸汽(qi)幹度(du)過低(di)會影(ying)響熱(re)采效(xiao)🔆率，而(er)蒸汽(qi)幹度(du)🌈過高(gao)則管(guan)壁易(yi)結垢(gou)，不僅(jin)浪費(fei)熱量(liang)，影響(xiang)熱量(liang)傳遞(di)，也可(ke)⁉️能引(yin)起鍋(guo)爐爆(bao)管。注(zhu)汽鍋(guo)爐控(kong)制系(xi)統的(de)核心(xin)是蒸(zheng)汽幹(gan)度控(kong)制系(xi)統，因(yin)此對(dui)蒸汽(qi)幹度(du)的精(jing)确測(ce)量意(yi)義重(zhong)大。傳(chuan)😍統幹(gan)度測(ce)量方(fang)法通(tong)常采(cai)用人(ren)工化(hua)驗法(fa)，在油(you)田熱(re)注作(zuo)業中(zhong)被廣(guang)泛采(cai)用，該(gai)方法(fa)的測(ce)量精(jing)度較(jiao)高，但(dan)需要(yao)☎️每隔(ge)✔️幾個(ge)小時(shi)就進(jin)行一(yi)次測(ce)量，因(yin)此相(xiang)關人(ren)員的(de)勞動(dong)強度(du)較大(da)，而且(qie)測量(liang)數據(ju)的随(sui)機性(xing)較強(qiang)、穩定(ding)性差(cha)。
　　将V錐(zhui)流量(liang)計運(yun)用到(dao)稠油(you)注汽(qi)測量(liang)過程(cheng)中，在(zai)線實(shi)時檢(jian)測蒸(zheng)汽幹(gan)度及(ji)蒸汽(qi)壓力(li)等參(can)數的(de)變化(hua)，實現(xian)❗蒸汽(qi)♌幹度(du)的連(lian)續測(ce)量，以(yi)提高(gao)測量(liang)效率(lü)，及時(shi)反映(ying)🥵注汽(qi)鍋爐(lu)的運(yun)行情(qing)況，同(tong)時降(jiang)低工(gong)人⭐的(de)勞動(dong)強度(du)。
1.V錐流(liu)量計(ji)簡介(jie)
　　V錐流(liu)量計(ji)具有(you)壓力(li)損失(shi)小、可(ke)靠、精(jing)度高(gao)及對(dui)前/後(hou)管段(duan)要求(qiu)低‼️等(deng)特點(dian)，既可(ke)以測(ce)量氣(qi)體又(you)可以(yi)測量(liang)液體(ti)的體(ti)🔞積流(liu)量［2，3］。其(qi)主要(yao)組成(cheng)部分(fen)是無(wu)縫鋼(gang)管、内(nei)📱部節(jie)流錐(zhui)體以(yi)🏒及錐(zhui)體與(yu)鋼管(guan)的連(lian)接部(bu)分，錐(zhui)體前(qian)端和(he)錐體(ti)🈲最大(da)節流(liu)處各(ge)有一(yi)❤️個取(qu)壓口(kou)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，來流(liu)方向(xiang)爲高(gao)壓取(qu)壓♌口(kou)(即錐(zhui)體最(zui)尖端(duan))，另一(yi)個爲(wei)低壓(ya)取壓(ya)👨‍❤️‍👨口，試(shi)驗用(yong)V錐流(liu)🌈量計(ji)的結(jie)構如(ru)圖1所(suo)示。

2.V錐流(liu)量計(ji)的測(ce)量原(yuan)理
　　在(zai)流量(liang)計的(de)應用(yong)中，直(zhi)徑比(bi)是一(yi)個重(zhong)要參(can)數。對(dui)于V錐(zhui)流量(liang)計而(er)🔞言，流(liu)體流(liu)經的(de)空間(jian)爲一(yi)個圓(yuan)環，需(xu)将此(ci)圓環(huan)的面(mian)積等(deng)效爲(wei)圓面(mian)積，此(ci)圓面(mian)積與(yu)圓環(huan)面積(ji)相等(deng)，因此(ci)V錐㊙️流(liu)量計(ji)的直(zhi)徑比(bi)是一(yi)個等(deng)效直(zhi)徑比(bi)。設管(guan)道内(nei)徑爲(wei)D，節流(liu)錐體(ti)最大(da)節流(liu)處橫(heng)截面(mian)的🥰直(zhi)徑爲(wei)d，則等(deng)效直(zhi)徑比(bi)β的計(ji)算式(shi)爲:

式(shi)中
s1———錐(zhui)體最(zui)大節(jie)流處(chu)橫截(jie)面積(ji)，mm2;
s2———管道(dao)内橫(heng)截面(mian)積，mm2。
根(gen)據連(lian)續性(xing)方程(cheng)和伯(bo)努力(li)方程(cheng)推導(dao)出鍋(guo)爐給(gei)水量(liang)qv的計(ji)算式(shi)爲:

式(shi)中
Δp———檢(jian)測段(duan)壓差(cha)，Pa;
qv———鍋爐(lu)給水(shui)體積(ji)流量(liang)，m3/s;
ρ———節流(liu)件上(shang)遊處(chu)流體(ti)密度(du)，kg/m3。
　　由于(yu)在取(qu)壓口(kou)處測(ce)得的(de)壓差(cha)是一(yi)個瞬(shun)時值(zhi)，而式(shi)(2)中的(de)Δp是靜(jing)♊壓力(li)。考慮(lü)V錐連(lian)接部(bu)件對(dui)壓差(cha)的影(ying)響，以(yi)便對(dui)壓差(cha)進行(hang)修正(zheng);同時(shi)針對(dui)蒸汽(qi)這種(zhong)可壓(ya)縮流(liu)體引(yin)入膨(peng)脹系(xi)數ε，對(dui)密😍度(du)進行(hang)✍️修正(zheng)，經修(xiu)正後(hou)得到(dao)流體(ti)體積(ji)🌏流量(liang)的計(ji)算式(shi)爲:

流(liu)出系(xi)數C爲(wei)實際(ji)流量(liang)與理(li)論流(liu)量的(de)比值(zhi)，其計(ji)算🆚式(shi)爲⛱️:

3蒸(zheng)汽幹(gan)度檢(jian)測系(xi)統
　　設(she)計的(de)蒸汽(qi)幹度(du)檢測(ce)系統(tong)由V錐(zhui)流量(liang)計、 差(cha)壓變(bian)送器(qi) 、 壓力(li)變送(song)器 、 溫(wen)度傳(chuan)感器(qi) 、PLC和PC機(ji)組成(cheng)。該試(shi)驗在(zai)某采(cai)油廠(chang)熱注(zhu)站進(jin)行，将(jiang)現場(chang)♋工況(kuang)檢測(ce)所🈲得(de)數據(ju)與實(shi)驗室(shi)流量(liang)計流(liu)量标(biao)定系(xi)統标(biao)定所(suo)🐪得的(de)V錐流(liu)量計(ji)測得(de)的流(liu)量進(jin)行對(dui)比，二(er)者的(de)誤差(cha)在0．8%以(yi)内。熱(re)注站(zhan)有一(yi)台額(e)定蒸(zheng)汽流(liu)量爲(wei)23t的注(zhu)汽鍋(guo)🌍爐，其(qi)額定(ding)👈壓力(li)爲17．5MPa，由(you)于鍋(guo)爐使(shi)用年(nian)限已(yi)♊久，在(zai)實際(ji)應用(yong)中将(jiang)最高(gao)❄️蒸汽(qi)流量(liang)設爲(wei)18t/h，額定(ding)壓力(li)設爲(wei)16．5MPa。
　　給水(shui)被鍋(guo)爐加(jia)熱後(hou)成爲(wei)濕蒸(zheng)汽，其(qi)質量(liang)不變(bian)，但在(zai)出口(kou)處體(ti)積增(zeng)加，由(you)于出(chu)口處(chu)的蒸(zheng)汽幹(gan)度與(yu)蒸汽(qi)🧡體積(ji)成正(zheng)比，鍋(guo)❌爐給(gei)水流(liu)☂️量、燃(ran)料供(gong)給壓(ya)力、燃(ran)燒器(qi)🈚燃燒(shao)狀況(kuang)及蒸(zheng)汽壓(ya)力等(deng)參數(shu)均對(dui)蒸汽(qi)幹度(du)産生(sheng)💜影響(xiang)［4］。在鍋(guo)爐給(gei)水入(ru)口和(he)蒸汽(qi)出口(kou)處均(jun)安裝(zhuang)V錐流(liu)量計(ji)，通過(guo)對采(cai)油注(zhu)汽鍋(guo)爐的(de)蒸汽(qi)壓力(li)、蒸汽(qi)溫度(du)👨‍❤️‍👨、鍋爐(lu)給水(shui)溫⭐度(du)🔅、壓差(cha)和壓(ya)力這(zhe)些參(can)數的(de)測量(liang)🤞，結合(he)以上(shang)各個(ge)👉參數(shu)得到(dao)蒸汽(qi)體積(ji)膨脹(zhang)量，由(you)PLC對以(yi)上測(ce)得的(de)參數(shu)進行(hang)計算(suan)，得到(dao)注汽(qi)鍋爐(lu)的蒸(zheng)汽幹(gan)度［5］，其(qi)關系(xi)式如(ru)下：

式(shi)中
p———濕(shi)蒸汽(qi)壓力(li)，MPa;
T———濕蒸(zheng)汽溫(wen)度，K;
χ———蒸(zheng)汽幹(gan)度，%。
4試(shi)驗過(guo)程
　　稠(chou)油開(kai)采注(zhu)汽鍋(guo)爐蒸(zheng)汽幹(gan)度檢(jian)測系(xi)統的(de)試驗(yan)裝❤️置(zhi)由注(zhu)汽鍋(guo)爐、V錐(zhui)流量(liang)計(檢(jian)測段(duan))、差壓(ya)變送(song)器、壓(ya)力變(bian)送器(qi)、溫度(du)傳感(gan)器、PLC及(ji)PC機等(deng)組成(cheng)［6］。檢測(ce)段爲(wei)V錐流(liu)量計(ji)(内徑(jing)73mm，等效(xiao)直徑(jing)比0．72)，内(nei)部V錐(zhui)是☂️節(jie)流裝(zhuang)置，整(zheng)個檢(jian)測段(duan)安裝(zhuang)在注(zhu)汽鍋(guo)爐的(de)蒸汽(qi)出口(kou)處，與(yu)蒸汽(qi)管線(xian)串🔴聯(lian)，檢測(ce)段共(gong)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻兩個(ge)引壓(ya)口🌈，來(lai)流方(fang)向爲(wei)💛高壓(ya)取壓(ya)端，另(ling)一個(ge)爲低(di)✂️壓取(qu)壓端(duan)，蒸汽(qi)流經(jing)檢測(ce)段，壓(ya)力由(you)檢測(ce)段引(yin)壓🤞口(kou)導出(chu)⛹🏻‍♀️。壓力(li)變送(song)器連(lian)接🔆到(dao)檢測(ce)段高(gao)壓引(yin)💛壓口(kou)上，差(cha)壓變(bian)送器(qi)連接(jie)到兩(liang)個引(yin)壓口(kou)上，得(de)到高(gao)壓取(qu)壓口(kou)與低(di)壓取(qu)壓口(kou)的壓(ya)力差(cha)。連接(jie)過程(cheng)需要(yao)注意(yi)高、低(di)壓引(yin)🌏壓端(duan)的連(lian)接方(fang)向，溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)在檢(jian)測段(duan)前端(duan)管線(xian)處，壓(ya)力變(bian)送器(qi)、差壓(ya)變送(song)器、溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)分别(bie)與PLC和(he)PC機💯連(lian)接，将(jiang)測得(de)的信(xin)号輸(shu)入PLC，檢(jian)測段(duan)參數(shu)在程(cheng)序中(zhong)設置(zhi)好，蒸(zheng)汽體(ti)🈲積流(liu)量由(you)式(1)、(4)求(qiu)出，将(jiang)鍋爐(lu)給🌈水(shui)流量(liang)、溫度(du)、蒸汽(qi)壓力(li)和檢(jian)測段(duan)壓差(cha)作爲(wei)輸入(ru)量，以(yi)蒸汽(qi)幹度(du)作💋爲(wei)輸出(chu)量。
　　注(zhu)汽鍋(guo)爐産(chan)生的(de)蒸汽(qi)經過(guo)鍋爐(lu)出口(kou)管線(xian)流經(jing)檢🌂測(ce)段，在(zai)檢測(ce)段處(chu)通過(guo)壓力(li)變送(song)器和(he)差壓(ya)變送(song)器得(de)到壓(ya)力與(yu)壓😍差(cha)，溫度(du)由📱熱(re)電偶(ou)測得(de)。試驗(yan)所用(yong)鍋🎯爐(lu)的蒸(zheng)汽流(liu)量☀️爲(wei)18t/h，試驗(yan)過程(cheng)中分(fen)别調(diao)節蒸(zheng)汽流(liu)量爲(wei)15、16、17、18t/h，油田(tian)爲🔅了(le)提高(gao)采油(you)效率(lü)，蒸汽(qi)幹度(du)一🍓般(ban)控制(zhi)在75%;試(shi)驗過(guo)程中(zhong)🌍蒸汽(qi)幹度(du)由60%升(sheng)至80%，每(mei)間隔(ge)約5%作(zuo)爲一(yi)個🌈幹(gan)度監(jian)測點(dian)💋，由V錐(zhui)流量(liang)計在(zai)取壓(ya)口測(ce)得對(dui)應幹(gan)度下(xia)的壓(ya)力和(he)溫度(du)［7，8］。
人工(gong)化驗(yan)法檢(jian)測蒸(zheng)汽幹(gan)度χ的(de)計算(suan)式爲(wei):

式中(zhong)a、b———爐水(shui)與生(sheng)水消(xiao)耗硫(liu)酸的(de)體積(ji)，mL。
　　人工(gong)化驗(yan)方法(fa)連續(xu)檢測(ce)得到(dao)的蒸(zheng)汽幹(gan)度作(zuo)爲參(can)🐕照，将(jiang)參照(zhao)值🚶‍♀️與(yu)設計(ji)的V錐(zhui)流量(liang)計檢(jian)測系(xi)統得(de)到的(de)幹度(du)㊙️值作(zuo)對比(bi)，具體(ti)🔞的對(dui)比曲(qu)線如(ru)圖2所(suo)示，可(ke)以看(kan)出通(tong)過V錐(zhui)流量(liang)計檢(jian)測系(xi)統測(ce)得的(de)蒸汽(qi)幹度(du)具有(you)較好(hao)的正(zheng)确性(xing)，其誤(wu)差在(zai)3%以内(nei)🐪，可以(yi)實現(xian)較爲(wei)正确(que)的在(zai)線測(ce)量，得(de)到蒸(zheng)汽幹(gan)度與(yu)蒸汽(qi)壓力(li)的連(lian)續關(guan)系，及(ji)時反(fan)映蒸(zheng)汽幹(gan)度的(de)變化(hua)情況(kuang)和對(dui)應的(de)蒸汽(qi)壓力(li)。

　　注(zhu)汽鍋(guo)爐出(chu)口蒸(zheng)汽幹(gan)度與(yu)壓力(li)的關(guan)系如(ru)圖3所(suo)示，蒸(zheng)汽☀️壓(ya)☎️力對(dui)蒸汽(qi)幹度(du)的影(ying)響很(hen)大，蒸(zheng)汽幹(gan)度随(sui)着壓(ya)力的(de)升🏃‍♂️高(gao)而增(zeng)大，對(dui)于不(bu)同的(de)蒸汽(qi)流量(liang)都存(cun)在一(yi)個蒸(zheng)汽壓(ya)力，在(zai)低于(yu)該壓(ya)力💋值(zhi)的情(qing)況下(xia)，蒸汽(qi)幹度(du)随蒸(zheng)汽壓(ya)力的(de)升📱高(gao)變化(hua)不大(da)，超過(guo)此🚩壓(ya)力值(zhi)時🌈蒸(zheng)汽幹(gan)度随(sui)蒸汽(qi)壓力(li)的升(sheng)高增(zeng)加很(hen)快。由(you)于蒸(zheng)汽幹(gan)度較(jiao)低時(shi)壓力(li)也很(hen)低，幹(gan)度對(dui)蒸汽(qi)的影(ying)響不(bu)明顯(xian)，曲線(xian)出現(xian)交叉(cha)👣;随着(zhe)時💯間(jian)的推(tui)移，油(you)井注(zhu)汽量(liang)逐漸(jian)增大(da)，井壓(ya)也随(sui)之變(bian)化，導(dao)緻不(bu)同蒸(zheng)汽流(liu)量在(zai)相♈同(tong)壓力(li)下具(ju)有相(xiang)同的(de)蒸汽(qi)幹度(du)。

　　蒸(zheng)汽流(liu)量對(dui)蒸汽(qi)幹度(du)的影(ying)響也(ye)很大(da)，在相(xiang)同壓(ya)力時(shi)，蒸🚶汽(qi)🏃🏻‍♂️流量(liang)越大(da)蒸汽(qi)幹度(du)越低(di)。當蒸(zheng)汽幹(gan)度相(xiang)同時(shi)，對于(yu)不同(tong)的蒸(zheng)汽流(liu)量，需(xu)要的(de)蒸汽(qi)壓力(li)也不(bu)相同(tong);對于(yu)同一(yi)蒸汽(qi)幹度(du)，蒸汽(qi)壓力(li)随蒸(zheng)汽流(liu)量的(de)升高(gao)而升(sheng)高，注(zhu)汽鍋(guo)爐的(de)額定(ding)壓力(li)決定(ding)了蒸(zheng)汽流(liu)量🤟。
由(you)圖4可(ke)以看(kan)出，在(zai)同一(yi)蒸汽(qi)流量(liang)下蒸(zheng)汽幹(gan)度與(yu)壓差(cha)成♍近(jin)似一(yi)次函(han)數關(guan)系，蒸(zheng)汽幹(gan)度随(sui)檢測(ce)段壓(ya)差的(de)增大(da)而增(zeng)大💛，不(bu)同蒸(zheng)汽‼️流(liu)量下(xia)蒸汽(qi)幹度(du)與壓(ya)差形(xing)成的(de)曲線(xian)爲近(jin)似平(ping)⛷️行直(zhi)線。将(jiang)蒸汽(qi)幹度(du)以5%爲(wei)間隔(ge)，從60%調(diao)節到(dao)80%，蒸汽(qi)壓差(cha)的變(bian)化🤩範(fan)圍爲(wei)7．08～12．04kPa，蒸汽(qi)流量(liang)每👣提(ti)高1t/h，在(zai)達到(dao)相同(tong)幹度(du)的情(qing)況下(xia)壓差(cha)變化(hua)相近(jin)。壓差(cha)與幹(gan)度的(de)這🐇種(zhong)對應(ying)關系(xi)對于(yu)估計(ji)蒸汽(qi)幹度(du)能提(ti)供一(yi)定的(de)參考(kao)。

5結(jie)束語(yu)
　　設計(ji)的稠(chou)油開(kai)采注(zhu)汽鍋(guo)爐蒸(zheng)汽幹(gan)度V錐(zhui)流量(liang)計檢(jian)測系(xi)統已(yi)投入(ru)實際(ji)應用(yong)，能夠(gou)對注(zhu)汽鍋(guo)爐的(de)給水(shui)量和(he)出口(kou)蒸汽(qi)流量(liang)進行(hang)實時(shi)、正确(que)測量(liang);對影(ying)響蒸(zheng)汽幹(gan)度的(de)蒸汽(qi)壓力(li)、蒸汽(qi)流量(liang)及壓(ya)差等(deng)重要(yao)參數(shu)進行(hang)數值(zhi)⚽計算(suan)，通過(guo)調節(jie)參數(shu)，對于(yu)單一(yi)油井(jing)蒸汽(qi)幹度(du)實現(xian)了正(zheng)确測(ce)量。蒸(zheng)👈汽幹(gan)度與(yu)V錐流(liu)量計(ji)測得(de)的壓(ya)差具(ju)有近(jin)似的(de)一次(ci)函數(shu)關系(xi)，在注(zhu)汽鍋(guo)🏃🏻爐運(yun)行過(guo)程中(zhong)對其(qi)壓力(li)及壓(ya)差等(deng)參數(shu)進行(hang)實時(shi)監測(ce)🐉與調(diao)節，保(bao)障注(zhu)汽鍋(guo)爐的(de)安全(quan)運行(hang)，對稠(chou)油開(kai)采的(de)持續(xu)、穩定(ding)進行(hang)具有(you)重要(yao)意義(yi)。

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