注熱蒸汽干度測(cè)試裝置及其干度值計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及注熱蒸汽、稠油熱采技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用為對(duì)注汽管道注熱蒸汽干度 進(jìn)行測(cè)試，以提高油藏采收率和降低發(fā)生爆管的概率，具體為注熱蒸汽干度測(cè)試裝置及其 干度值計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)石油資源豐富，但許多油田含瀝青質(zhì)和膠質(zhì)量較大，常規(guī)的采油方法很難使 大粘度、高密度性質(zhì)的稠油連續(xù)的采出。目前主要采用蒸汽吞吐技術(shù)，將高溫高壓飽和蒸汽 連續(xù)的從井口注入油井，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的燜井，蒸汽的熱量擴(kuò)散到稠油油層，使得稠油的溫 度升高，粘度降低再開(kāi)井開(kāi)采。注汽過(guò)程中對(duì)蒸汽的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能夠幫助油田工作 人員及時(shí)了解熱采過(guò)程中蒸汽的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)，監(jiān)測(cè)蒸汽品質(zhì)，分析井下各油層蒸汽的吸 收狀況，了解注汽效果，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行評(píng)估，以便調(diào)整注汽方案，確定下一步的工 藝措施。干度在蒸汽參量的測(cè)量中占有重要的地位，它反映了蒸汽在濕飽和階段的特征品 質(zhì)。傳統(tǒng)的測(cè)試方法增加了測(cè)量的復(fù)雜性和延遲性，確定的干度值誤差也較大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn) 連續(xù)的在線測(cè)量，成本較高，可操作性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種注熱蒸汽干度測(cè)試裝置及計(jì)算方法，能實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)注汽管道的蒸汽品質(zhì)，有效的提高油藏采收率和降低發(fā)生爆管的概率。
[0004] 具體技術(shù)方案為：
[0005] 注熱蒸汽干度測(cè)試裝置，包括冷凝器，注汽管道連接在冷凝器汽入口，注汽管道上 安裝流量調(diào)節(jié)閥L-01、溫度計(jì)T-01、壓力計(jì)P-01，冷凝器汽出口連接排汽管道，排汽管道上 安裝有流量計(jì)F-02、溫度計(jì)T-02、壓力計(jì)P-02和排空閥V-02;冷凝器冷水進(jìn)口連接有冷卻水 進(jìn)口管道，冷卻水進(jìn)口管道上安裝有截止閥V-03、壓力計(jì)P-03、溫度計(jì)T-03和流量調(diào)節(jié)閥L-03;冷凝器冷卻水出口連接有冷卻水出口管道，冷卻水出口管道上安裝有流量計(jì)F-04、溫度 計(jì)T-04、壓力計(jì)P-04和排空閥V-04。
[0006] 冷凝器為沉浸式盤(pán)管冷凝器，內(nèi)部可承受高壓，便于防腐且操作管理方便，所述的 流量計(jì)為渦輪式流量計(jì)。被加熱的冷卻水及被冷卻的飽和濕蒸汽通過(guò)排空閥進(jìn)行排空處 理。
[0007] 注入冷凝器的冷卻水可將注汽管道注入的飽和濕蒸汽在規(guī)定時(shí)間內(nèi)冷卻到飽和 溫度以下。
[0008]通過(guò)注熱蒸汽干度測(cè)試裝置測(cè)得冷凝器的管路上的各物性參數(shù)值，分析計(jì)算得到 進(jìn)口注熱蒸汽的干度值。
[0009]干度值計(jì)算方法為：
[0011] C4w為P4下水的定壓比熱容，kj/(kg · K);
[0012] m為冷卻水的質(zhì)量流量，kg/h;
[0013] T3為冷卻水進(jìn)口溫度，K;
[0014] Τ4為冷卻水出口溫度，Κ;
[0015] p2w為在Ρ2、Τ2下凝結(jié)水的密度，kg/m3;
[0016] V2w為凝結(jié)水的瞬時(shí)流量，由F-02測(cè)得，m3/h;
[0017 ] hlv為在P1、T1下干飽和蒸汽的比焓，k J/kg;
[0018] hlw為在P1、T1下的水的比焓，k J/kg;
[0019] h2w為在P2、T2下的凝結(jié)水的比焓，kj/kg。
[0020] 實(shí)驗(yàn)測(cè)試蒸汽干度換熱過(guò)程分為飽和蒸汽冷凝和飽和水冷卻兩個(gè)過(guò)程：
[0021] (1)飽和蒸汽冷凝過(guò)程中，飽和蒸汽冷凝換熱系數(shù)較飽和液態(tài)水的換熱系數(shù)要大 得多，為滿足工程實(shí)際需要飽和蒸汽冷凝過(guò)程中的換熱系數(shù)采用飽和水的換熱系數(shù)為基 準(zhǔn)，整個(gè)換熱過(guò)程中，壁溫與流體主體溫度間的溫差較大，近壁面與管中心的流體粘度相差 較大，在給熱關(guān)聯(lián)式中，應(yīng)加入包括壁溫的粘度修正項(xiàng)，可用下式計(jì)算求得努賽爾特?cái)?shù)：
[0023] Re>l〇〇〇〇，Pr = 〇 · 6~160，管長(zhǎng)管徑之比L/d>50，式中：
[0025] d-管徑m，u-速度m/s，p-水密度kg/m3，y-水的動(dòng)力粘度Pa · 8，μω-壁溫下水的粘度 Pa · s，Pr_水的普朗特?cái)?shù)，其他物理性質(zhì)均按流體進(jìn)出口算術(shù)平均溫度取值；
[0027] α-表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w/(m2 · k)，λ-水導(dǎo)熱系數(shù)w/(m · k);
[0028] 可分別求得飽和蒸汽冷凝過(guò)程中及飽和水冷卻過(guò)程中的對(duì)流傳熱系數(shù)α;
[0029] (2)冷凝器換熱量
[0030] Q=Mhi_Mh2
[0031] Μ-質(zhì)量流量初始狀態(tài)的比焓kj/kg，h2-終了狀態(tài)的比焓kj/kg;
[0032] 平均傳熱溫差由下式表示：
[0034] Λ Λ t2分別為冷凝器兩端冷熱流體的溫差；
[0035]估算換熱面積：
[0037] 盤(pán)管的長(zhǎng)度：
[0039] 可分別求得飽和蒸汽冷凝及飽和水冷卻過(guò)程中所需的換熱盤(pán)管總長(zhǎng)度。
[0040] 本發(fā)明提供的注熱蒸汽干度測(cè)試裝置及其干度值計(jì)算方法，能夠?qū)ψ⑵^(guò)程中蒸 汽的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，能實(shí)現(xiàn)干度的在線連續(xù)測(cè)量，可靠 性高，精度較好，能有效的提高油藏采收率和降低鍋爐發(fā)生爆管的概率。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖2是本發(fā)明所述的冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043 ]結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0044] 如圖1所示，注熱蒸汽干度測(cè)試裝置，包括冷凝器（14)，注汽管道1連接在冷凝器 (14)汽入口，注汽管道1上安裝流量調(diào)節(jié)閥L-01、溫度計(jì)T-01、壓力計(jì)P-01，冷凝器（14)汽出 口連接排汽管道9,排汽管道9上安裝有流量計(jì)F-02(10)、溫度計(jì)T-02、壓力計(jì)P-02和排空閥 V-02(8);冷凝器14冷水進(jìn)口連接有冷卻水進(jìn)口管道12，冷卻水進(jìn)口管道12上安裝有截止閥 V-03 (11)、壓力計(jì)P-03、溫度計(jì)T-03和流量調(diào)節(jié)閥L-03 (13);冷凝器14冷卻水出口連接有冷 卻水出口管道6,冷卻水出口管道6上安裝有流量計(jì)F-04、溫度計(jì)T-04、壓力計(jì)P-04和排空閥 V-04〇
[0045] 干度值計(jì)算方法為：
[0047] C4w為P4下水的定壓比熱容，kj/(kg · K);
[0048] m為冷卻水的質(zhì)量流量，kg/h;
[0049] T3為冷卻水進(jìn)口溫度，K;
[0050] Τ4為冷卻水出口溫度，Κ;
[00511 P2w為在Ρ2、Τ2下凝結(jié)水的密度，kg/m3;
[0052] V2w為凝結(jié)水的瞬時(shí)流量，由F-02測(cè)得，m3/h;
[0053] hlv為在P1、T1下干飽和蒸汽的比焓，k J/kg;
[0054] hlw為在P1、T1下的水的比焓，k J/kg;
[0055] h2w為在P2、T2下的凝結(jié)水的比焓，kj/kg。
[0056] 實(shí)驗(yàn)測(cè)試蒸汽干度換熱過(guò)程分為飽和蒸汽冷凝和飽和水冷卻兩個(gè)過(guò)程：
[0057] (1)飽和蒸汽冷凝過(guò)程中，飽和蒸汽冷凝換熱系數(shù)較飽和液態(tài)水的換熱系數(shù)要大 得多，為滿足工程實(shí)際需要飽和蒸汽冷凝過(guò)程中的換熱系數(shù)采用飽和水的換熱系數(shù)為基 準(zhǔn)，整個(gè)換熱過(guò)程中，壁溫與流體主體溫度間的溫差較大，近壁面與管中心的流體粘度相差 較大，在給熱關(guān)聯(lián)式中，應(yīng)加入包括壁溫的粘度修正項(xiàng)，可用下式計(jì)算求得努賽爾特?cái)?shù)：
[0059] Re>l〇〇〇〇，Pr = 〇 · 6~160，管長(zhǎng)管徑之比L/d>50，式中：
[0061] d-管徑m，u-速度m/s，p-水密度kg/m3，y-水的動(dòng)力粘度Pa · 8，μω-壁溫下水的粘度 Pa · s，Pr_水的普朗特?cái)?shù)，其他物理性質(zhì)均按流體進(jìn)出口算術(shù)平均溫度取值；
[0063] α-表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w/(m2 · k)，λ-水導(dǎo)熱系數(shù)w/(m · k);
[0064] 可分別求得飽和蒸汽冷凝過(guò)程中及飽和水冷卻過(guò)程中的對(duì)流傳熱系數(shù)α;
[0065] (2)冷凝器換熱量
[0066] Q=Mhi_Mh2
[0067] Μ-質(zhì)量流量初始狀態(tài)的比焓kj/kg，h2-終了狀態(tài)的比焓kj/kg;
[0068] 平均傳熱溫差由下式表示：
[0070] Λ Λ t2分別為冷凝器兩端冷熱流體的溫差；
[0071] 估算換熱面積：
[0073] 盤(pán)管的長(zhǎng)度：
[0075]可分別求得飽和蒸汽冷凝及飽和水冷卻過(guò)程中所需的換熱盤(pán)管總長(zhǎng)度。
[0076]根據(jù)稠油熱采中的工程經(jīng)驗(yàn)，飽和蒸汽的最高壓力17.2Mpa，進(jìn)口飽和蒸汽353.25 °C，出口冷卻液體60 °C，進(jìn)口蒸汽流量50Kg/h，冷卻水進(jìn)口溫度20 °C，出口溫度40 °C，冷凝管 010mm X 2的工況下，對(duì)冷凝器內(nèi)的沉浸式盤(pán)管換熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中假 設(shè)進(jìn)口狀態(tài)干度為1，即全為飽和干蒸汽，計(jì)算過(guò)程為：
[0077] (1)飽和蒸汽冷凝過(guò)程中，采用同溫度下飽和水的