注熱蒸汽干度測試裝置及其干度值計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及注熱蒸汽、稠油熱采技術領域，主要應用為對注汽管道注熱蒸汽干度 進行測試，以提高油藏采收率和降低發生爆管的概率，具體為注熱蒸汽干度測試裝置及其 干度值計算方法。
【背景技術】
[0002] 我國石油資源豐富，但許多油田含瀝青質和膠質量較大，常規的采油方法很難使 大粘度、高密度性質的稠油連續的采出。目前主要采用蒸汽吞吐技術，將高溫高壓飽和蒸汽 連續的從井口注入油井，經過一段時間的燜井，蒸汽的熱量擴散到稠油油層，使得稠油的溫 度升高，粘度降低再開井開采。注汽過程中對蒸汽的狀態進行動態監測，能夠幫助油田工作 人員及時了解熱采過程中蒸汽的各種動態參數，監測蒸汽品質，分析井下各油層蒸汽的吸 收狀況，了解注汽效果，從技術和經濟方面進行評估，以便調整注汽方案，確定下一步的工 藝措施。干度在蒸汽參量的測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。傳統的測試方法增加了測量的復雜性和延遲性，確定的干度值誤差也較大，且無法實現 連續的在線測量，成本較高，可操作性較差。
【發明內容】
[0003] 針對上述技術問題，本發明提供一種注熱蒸汽干度測試裝置及計算方法，能實時 監測注汽管道的蒸汽品質，有效的提高油藏采收率和降低發生爆管的概率。
[0004] 具體技術方案為：
[0005] 注熱蒸汽干度測試裝置，包括冷凝器，注汽管道連接在冷凝器汽入口，注汽管道上 安裝流量調節閥L-01、溫度計T-01、壓力計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F-02、溫度計T-02、壓力計P-02和排空閥V-02;冷凝器冷水進口連接有冷卻水 進口管道，冷卻水進口管道上安裝有截止閥V-03、壓力計P-03、溫度計T-03和流量調節閥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F-04、溫度 計T-04、壓力計P-04和排空閥V-04。
[0006] 冷凝器為沉浸式盤管冷凝器，內部可承受高壓，便于防腐且操作管理方便，所述的 流量計為渦輪式流量計。被加熱的冷卻水及被冷卻的飽和濕蒸汽通過排空閥進行排空處 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定時間內冷卻到飽和 溫度以下。
[0008]通過注熱蒸汽干度測試裝置測得冷凝器的管路上的各物性參數值，分析計算得到 進口注熱蒸汽的干度值。
[0009]干度值計算方法為：
[0011] C4w為P4下水的定壓比熱容，kj/(kg · K);
[0012] m為冷卻水的質量流量，kg/h;
[0013] T3為冷卻水進口溫度，K;
[0014] Τ4為冷卻水出口溫度，Κ;
[0015] p2w為在Ρ2、Τ2下凝結水的密度，kg/m3;
[0016] V2w為凝結水的瞬時流量，由F-02測得，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下的凝結水的比焓，kj/kg。
[0020] 實驗測試蒸汽干度換熱過程分為飽和蒸汽冷凝和飽和水冷卻兩個過程：
[0021] (1)飽和蒸汽冷凝過程中，飽和蒸汽冷凝換熱系數較飽和液態水的換熱系數要大 得多，為滿足工程實際需要飽和蒸汽冷凝過程中的換熱系數采用飽和水的換熱系數為基 準，整個換熱過程中，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，在給熱關聯式中，應加入包括壁溫的粘度修正項，可用下式計算求得努賽爾特數：
[0023] Re>l〇〇〇〇，Pr = 〇 · 6~160，管長管徑之比L/d>50，式中：
[0025] d-管徑m，u-速度m/s，p-水密度kg/m3，y-水的動力粘度Pa · 8，μω-壁溫下水的粘度 Pa · s，Pr_水的普朗特數，其他物理性質均按流體進出口算術平均溫度取值；
[0027] α-表面傳熱系數w/(m2 · k)，λ-水導熱系數w/(m · k);
[0028] 可分別求得飽和蒸汽冷凝過程中及飽和水冷卻過程中的對流傳熱系數α;
[0029] (2)冷凝器換熱量
[0030] Q=Mhi_Mh2
[0031] Μ-質量流量初始狀態的比焓kj/kg，h2-終了狀態的比焓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] 盤管的長度：
[0039] 可分別求得飽和蒸汽冷凝及飽和水冷卻過程中所需的換熱盤管總長度。
[0040] 本發明提供的注熱蒸汽干度測試裝置及其干度值計算方法，能夠對注汽過程中蒸 汽的狀態進行動態實時監測，測試裝置結構簡單，緊湊，能實現干度的在線連續測量，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生爆管的概率。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發明的結構示意圖。
[0042] 圖2是本發明所述的冷凝器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0043 ]結合【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。
[0044] 如圖1所示，注熱蒸汽干度測試裝置，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上安裝流量調節閥L-01、溫度計T-01、壓力計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F-02(10)、溫度計T-02、壓力計P-02和排空閥 V-02(8);冷凝器14冷水進口連接有冷卻水進口管道12，冷卻水進口管道12上安裝有截止閥 V-03 (11)、壓力計P-03、溫度計T-03和流量調節閥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F-04、溫度計T-04、壓力計P-04和排空閥 V-04〇
[0045] 干度值計算方法為：
[0047] C4w為P4下水的定壓比熱容，kj/(kg · K);
[0048] m為冷卻水的質量流量，kg/h;
[0049] T3為冷卻水進口溫度，K;
[0050] Τ4為冷卻水出口溫度，Κ;
[00511 P2w為在Ρ2、Τ2下凝結水的密度，kg/m3;
[0052] V2w為凝結水的瞬時流量，由F-02測得，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下的凝結水的比焓，kj/kg。
[0056] 實驗測試蒸汽干度換熱過程分為飽和蒸汽冷凝和飽和水冷卻兩個過程：
[0057] (1)飽和蒸汽冷凝過程中，飽和蒸汽冷凝換熱系數較飽和液態水的換熱系數要大 得多，為滿足工程實際需要飽和蒸汽冷凝過程中的換熱系數采用飽和水的換熱系數為基 準，整個換熱過程中，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，在給熱關聯式中，應加入包括壁溫的粘度修正項，可用下式計算求得努賽爾特數：
[0059] Re>l〇〇〇〇，Pr = 〇 · 6~160，管長管徑之比L/d>50，式中：
[0061] d-管徑m，u-速度m/s，p-水密度kg/m3，y-水的動力粘度Pa · 8，μω-壁溫下水的粘度 Pa · s，Pr_水的普朗特數，其他物理性質均按流體進出口算術平均溫度取值；
[0063] α-表面傳熱系數w/(m2 · k)，λ-水導熱系數w/(m · k);
[0064] 可分別求得飽和蒸汽冷凝過程中及飽和水冷卻過程中的對流傳熱系數α;
[0065] (2)冷凝器換熱量
[0066] Q=Mhi_Mh2
[0067] Μ-質量流量初始狀態的比焓kj/kg，h2-終了狀態的比焓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] 盤管的長度：
[0075]可分別求得飽和蒸汽冷凝及飽和水冷卻過程中所需的換熱盤管總長度。
[0076]根據稠油熱采中的工程經驗，飽和蒸汽的最高壓力17.2Mpa，進口飽和蒸汽353.25 °C，出口冷卻液體60 °C，進口蒸汽流量50Kg/h，冷卻水進口溫度20 °C，出口溫度40 °C，冷凝管 010mm X 2的工況下，對冷凝器內的沉浸式盤管換熱結構進行了相關設計，設計過程中假 設進口狀態干度為1，即全為飽和干蒸汽，計算過程為：
[0077] (1)飽和蒸汽冷凝過程中，采用同溫度下飽和水的