于清澄（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124000）

稠油油田開發(fā)后期經(jīng)常采用注蒸汽的方式助采，這種開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，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)測量，有助于準確監(jiān)測和控制注汽管網(wǎng)的蒸汽品質(zhì)和質(zhì)量、熱量流量，實現(xiàn)注入蒸汽的精細化管理，提高熱能利用效率，實現(xiàn)油藏高效開發(fā)。

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

1 雙渦街法測蒸汽干度原理

稠油注蒸汽輸送至助采實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。

渦街流量計通常用于測量單相介質(zhì)的流量，為了能夠用于測量兩相流，可以在渦街流量計前設置混相整流器，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，就可以計算出蒸汽的干度。

渦街流量計原理是依據(jù)“卡門渦街”的特性，在流體中插入一個斷面為非流線型的柱狀物，在柱體的后部兩側(cè)會產(chǎn)生兩列交錯排列的旋渦，旋渦頻率與流體的體積流量成正比。

通常，渦街流量計只測量兩側(cè)旋渦的頻率，而忽略了旋渦的幅值信號。為了測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)兩臺渦街流量計，前一臺選用普通渦街流量流量計，通過測量旋渦頻率測出蒸汽的平均流速`v；后一臺選用升力式渦街流量計，測量出蒸汽的質(zhì)量流量qm。渦街流量計內(nèi)自帶告訴處理器，通過組合兩臺流量計信號，經(jīng)過運算汽水性質(zhì)模型，就可以得到蒸汽的平均密度ρtp、流量q和干度χ。

2 雙渦街測量裝置介紹

雙渦街聯(lián)合裝置結(jié)果簡單、安裝便捷、測量精度高，實現(xiàn)對飽和濕蒸汽的流量、干度值和熱值的測量和計算。聯(lián)合裝置所采用的技術(shù)方案是：在流量計直管段前設置混相整流器，使汽液兩相形成一個均勻的混合流。忽略兩相流重力和通過裝置時摩擦力的影響，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測量渦街的升力，得到濕蒸汽的質(zhì)量流量。渦街流量計內(nèi)自帶溫度、壓力傳感器，通過渦街流量計內(nèi)自帶的微處理器，經(jīng)過計算可以得到蒸汽流量和干度，并可以對體積流量、質(zhì)量流量、熱值進行累積。

3 現(xiàn)場應用

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%。在每口注汽井設置了1套雙渦街聯(lián)合裝置。

雙渦街測量裝置現(xiàn)場安裝后，經(jīng)過多個時間段的在線實驗，運行穩(wěn)定，實時顯示蒸汽流量和干度。與手工蒸汽干度化驗結(jié)果和鍋爐出水量比對，雙渦街法對飽和蒸汽干度值的測量結(jié)果比較理想，測量結(jié)果達到現(xiàn)場要求。在穩(wěn)定工況下兩種方法蒸汽干度值的檢測誤差在3.5%以內(nèi)。同時現(xiàn)場施工十分方便，安全性高，得到業(yè)主的認可。

4 結(jié)語

雙渦街聯(lián)合法測量高溫高壓飽和濕蒸汽的干度，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、干度測量范圍寬的特性。它既能克服人工化驗滯后、勞動力強度高等問題，滿足在線實時監(jiān)測的需求；相對于雙差壓、單差壓法等其他干度測量方法，具設備費用低、占地面積小、安裝維護便捷、設備穩(wěn)定性高、安全性高、測量精度高的優(yōu)勢，是飽和濕蒸汽干度測量的一種很好的解決辦法。

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