雙渦街法測(cè)量蒸汽干度的研究與應(yīng)用

于清澄（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124000）

稠油油田開(kāi)發(fā)后期經(jīng)常采用注蒸汽的方式助采，這種開(kāi)采方式的效率直接取決于注入蒸汽的干度。目前常用的熱采注汽鍋爐出口蒸汽經(jīng)汽水分離器，再輸送到井口時(shí)，隨著熱量和壓力的損失，干度大約降至85%-95%。飽和濕蒸汽中干度的大小直接決定載熱量的大小，注入蒸汽的熱量流量影響采收率和油汽采出比。單井注入蒸汽流量和干度的精確、連續(xù)測(cè)量，有助于準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和控制注汽管網(wǎng)的蒸汽品質(zhì)和質(zhì)量、熱量流量，實(shí)現(xiàn)注入蒸汽的精細(xì)化管理，提高熱能利用效率，實(shí)現(xiàn)油藏高效開(kāi)發(fā)。

目前常用的飽和濕蒸汽流量、干度測(cè)量方法主要有：汽水分離法、雙差壓法、單差壓噪音法、雙渦街法等。汽水分離法測(cè)量裝置體積大、價(jià)格高，不太適用于單井蒸汽測(cè)量；雙差壓和單差壓的節(jié)流差壓法，蒸汽壓損較大、泄露點(diǎn)多、有一定安全隱患，計(jì)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都不高。雙渦街法原理簡(jiǎn)單，安裝快捷，受待測(cè)蒸汽介質(zhì)影響小，性能穩(wěn)定可靠，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的測(cè)量蒸汽干度。

1 雙渦街法測(cè)蒸汽干度原理

稠油注蒸汽輸送至助采實(shí)際注入的高溫高壓蒸汽并不是理想的干飽和蒸汽，是氣相、液相并存的兩相流濕蒸汽。

渦街流量計(jì)通常用于測(cè)量單相介質(zhì)的流量，為了能夠用于測(cè)量?jī)上嗔鳎梢栽跍u街流量計(jì)前設(shè)置混相整流器，使高溫高壓飽和濕蒸汽中氣相和液相均勻混合，溫度相同、處于飽和狀態(tài)并且混合均勻的兩相流體可以視為均相流。

根據(jù)均相流的理論模型，氣相和液相分布均勻，并且流速相同。均相流質(zhì)量流量W為液相質(zhì)量流量Wg和氣相質(zhì)量流量Wl之和。

W=Wg+Wl

飽和濕蒸汽χ為蒸汽中氣相的質(zhì)量流量，則有：

式中：ρ—飽和濕蒸汽的平均密度；

ρg—飽和蒸汽的密度；

ρl—飽和水的密度；

χ—飽和蒸汽的干度。

飽和濕蒸汽在某一溫度或壓力下飽和蒸汽、飽和水的密度可以根據(jù)最新的通用汽水性質(zhì)模型IAPWS-IF97公式得到。這樣只需要得到飽和濕蒸汽的平均密度，就可以計(jì)算出蒸汽的干度。

渦街流量計(jì)原理是依據(jù)“卡門(mén)渦街”的特性，在流體中插入一個(gè)斷面為非流線型的柱狀物，在柱體的后部?jī)蓚?cè)會(huì)產(chǎn)生兩列交錯(cuò)排列的旋渦，旋渦頻率與流體的體積流量成正比。

通常，渦街流量計(jì)只測(cè)量?jī)蓚?cè)旋渦的頻率，而忽略了旋渦的幅值信號(hào)。為了測(cè)量旋渦的頻率和幅值兩種特征量，提出了雙渦街聯(lián)合法。串聯(lián)兩臺(tái)渦街流量計(jì)，前一臺(tái)選用普通渦街流量流量計(jì)，通過(guò)測(cè)量旋渦頻率測(cè)出蒸汽的平均流速`v；后一臺(tái)選用升力式渦街流量計(jì)，測(cè)量出蒸汽的質(zhì)量流量qm。渦街流量計(jì)內(nèi)自帶告訴處理器，通過(guò)組合兩臺(tái)流量計(jì)信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算汽水性質(zhì)模型，就可以得到蒸汽的平均密度ρtp、流量q和干度χ。

2 雙渦街測(cè)量裝置介紹

雙渦街聯(lián)合裝置結(jié)果簡(jiǎn)單、安裝便捷、測(cè)量精度高，實(shí)現(xiàn)對(duì)飽和濕蒸汽的流量、干度值和熱值的測(cè)量和計(jì)算。聯(lián)合裝置所采用的技術(shù)方案是：在流量計(jì)直管段前設(shè)置混相整流器，使汽液兩相形成一個(gè)均勻的混合流。忽略兩相流重力和通過(guò)裝置時(shí)摩擦力的影響，這是高溫高壓下具有相同溫度且處于飽和狀態(tài)的兩相流可以視為單相流體。利用渦街傳感器I測(cè)量流體的平均流速，得到濕蒸汽的體積流量；利用渦街傳感器Ⅱ測(cè)量渦街的升力，得到濕蒸汽的質(zhì)量流量。渦街流量計(jì)內(nèi)自帶溫度、壓力傳感器，通過(guò)渦街流量計(jì)內(nèi)自帶的微處理器，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到蒸汽流量和干度，并可以對(duì)體積流量、質(zhì)量流量、熱值進(jìn)行累積。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

遼河油田齊40區(qū)塊采用蒸汽助采，間歇注汽，每次注汽持續(xù)時(shí)間一般為7-15d。齊40站注汽鍋爐向3口注汽井注汽，注汽鍋爐出口蒸汽壓力壓力14.2-15MPa，蒸汽干度72%-80%。在每口注汽井設(shè)置了1套雙渦街聯(lián)合裝置。

雙渦街測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝后，經(jīng)過(guò)多個(gè)時(shí)間段的在線實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)顯示蒸汽流量和干度。與手工蒸汽干度化驗(yàn)結(jié)果和鍋爐出水量比對(duì)，雙渦街法對(duì)飽和蒸汽干度值的測(cè)量結(jié)果比較理想，測(cè)量結(jié)果達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)要求。在穩(wěn)定工況下兩種方法蒸汽干度值的檢測(cè)誤差在3.5%以內(nèi)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工十分方便，安全性高，得到業(yè)主的認(rèn)可。

4 結(jié)語(yǔ)

雙渦街聯(lián)合法測(cè)量高溫高壓飽和濕蒸汽的干度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、干度測(cè)量范圍寬的特性。它既能克服人工化驗(yàn)滯后、勞動(dòng)力強(qiáng)度高等問(wèn)題，滿足在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求；相對(duì)于雙差壓、單差壓法等其他干度測(cè)量方法，具設(shè)備費(fèi)用低、占地面積小、安裝維護(hù)便捷、設(shè)備穩(wěn)定性高、安全性高、測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)，是飽和濕蒸汽干度測(cè)量的一種很好的解決辦法。

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