注热蒸汽干度测试装置及其干度值计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及注热蒸汽、稠油热采技术领域，主要应用为对注汽管道注热蒸汽干度 进行测试，以提高油藏采收率和降低发生爆管的概率，具体为注热蒸汽干度测试装置及其 干度值计算方法。
【背景技术】
[0002] 我国石油资源丰富，但许多油田含沥青质和胶质量较大，常规的采油方法很难使 大粘度、高密度性质的稠油连续的采出。目前主要采用蒸汽吞吐技术，将高温高压饱和蒸汽 连续的从井口注入油井，经过一段时间的焖井，蒸汽的热量扩散到稠油油层，使得稠油的温 度升高，粘度降低再开井开采。注汽过程中对蒸汽的状态进行动态监测，能够帮助油田工作 人员及时了解热采过程中蒸汽的各种动态参数，监测蒸汽品质，分析井下各油层蒸汽的吸 收状况，了解注汽效果，从技术和经济方面进行评估，以便调整注汽方案，确定下一步的工 艺措施。干度在蒸汽参量的测量中占有重要的地位，它反映了蒸汽在湿饱和阶段的特征品 质。传统的测试方法增加了测量的复杂性和延迟性，确定的干度值误差也较大，且无法实现 连续的在线测量，成本较高，可操作性较差。
【发明内容】
[0003] 针对上述技术问题，本发明提供一种注热蒸汽干度测试装置及计算方法，能实时 监测注汽管道的蒸汽品质，有效的提高油藏采收率和降低发生爆管的概率。
[0004] 具体技术方案为：
[0005] 注热蒸汽干度测试装置，包括冷凝器，注汽管道连接在冷凝器汽入口，注汽管道上 安装流量调节阀L-01、温度计T-01、压力计P-01，冷凝器汽出口连接排汽管道，排汽管道上 安装有流量计F-02、温度计T-02、压力计P-02和排空阀V-02;冷凝器冷水进口连接有冷却水 进口管道，冷却水进口管道上安装有截止阀V-03、压力计P-03、温度计T-03和流量调节阀L-03;冷凝器冷却水出口连接有冷却水出口管道，冷却水出口管道上安装有流量计F-04、温度 计T-04、压力计P-04和排空阀V-04。
[0006] 冷凝器为沉浸式盘管冷凝器，内部可承受高压，便于防腐且操作管理方便，所述的 流量计为涡轮式流量计。被加热的冷却水及被冷却的饱和湿蒸汽通过排空阀进行排空处 理。
[0007] 注入冷凝器的冷却水可将注汽管道注入的饱和湿蒸汽在规定时间内冷却到饱和 温度以下。
[0008]通过注热蒸汽干度测试装置测得冷凝器的管路上的各物性参数值，分析计算得到 进口注热蒸汽的干度值。
[0009]干度值计算方法为：
[0011] C4w为P4下水的定压比热容，kj/(kg · K);
[0012] m为冷却水的质量流量，kg/h;
[0013] T3为冷却水进口温度，K;
[0014] Τ4为冷却水出口温度，Κ;
[0015] p2w为在Ρ2、Τ2下凝结水的密度，kg/m3;
[0016] V2w为凝结水的瞬时流量，由F-02测得，m3/h;
[0017 ] hlv为在P1、T1下干饱和蒸汽的比焓，k J/kg;
[0018] hlw为在P1、T1下的水的比焓，k J/kg;
[0019] h2w为在P2、T2下的凝结水的比焓，kj/kg。
[0020] 实验测试蒸汽干度换热过程分为饱和蒸汽冷凝和饱和水冷却两个过程：
[0021] (1)饱和蒸汽冷凝过程中，饱和蒸汽冷凝换热系数较饱和液态水的换热系数要大 得多，为满足工程实际需要饱和蒸汽冷凝过程中的换热系数采用饱和水的换热系数为基 准，整个换热过程中，壁温与流体主体温度间的温差较大，近壁面与管中心的流体粘度相差 较大，在给热关联式中，应加入包括壁温的粘度修正项，可用下式计算求得努赛尔特数：
[0023] Re>l〇〇〇〇，Pr = 〇 · 6~160，管长管径之比L/d>50，式中：
[0025] d-管径m，u-速度m/s，p-水密度kg/m3，y-水的动力粘度Pa · 8，μω-壁温下水的粘度 Pa · s，Pr_水的普朗特数，其他物理性质均按流体进出口算术平均温度取值；
[0027] α-表面传热系数w/(m2 · k)，λ-水导热系数w/(m · k);
[0028] 可分别求得饱和蒸汽冷凝过程中及饱和水冷却过程中的对流传热系数α;
[0029] (2)冷凝器换热量
[0030] Q=Mhi_Mh2
[0031] Μ-质量流量初始状态的比焓kj/kg，h2-终了状态的比焓kj/kg;
[0032] 平均传热温差由下式表示：
[0034] Λ Λ t2分别为冷凝器两端冷热流体的温差；
[0035]估算换热面积：
[0037] 盘管的长度：
[0039] 可分别求得饱和蒸汽冷凝及饱和水冷却过程中所需的换热盘管总长度。
[0040] 本发明提供的注热蒸汽干度测试装置及其干度值计算方法，能够对注汽过程中蒸 汽的状态进行动态实时监测，测试装置结构简单，紧凑，能实现干度的在线连续测量，可靠 性高，精度较好，能有效的提高油藏采收率和降低锅炉发生爆管的概率。
【附图说明】
[0041] 图1是本发明的结构示意图。
[0042] 图2是本发明所述的冷凝器结构示意图。
【具体实施方式】
[0043 ]结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0044] 如图1所示，注热蒸汽干度测试装置，包括冷凝器（14)，注汽管道1连接在冷凝器 (14)汽入口，注汽管道1上安装流量调节阀L-01、温度计T-01、压力计P-01，冷凝器（14)汽出 口连接排汽管道9,排汽管道9上安装有流量计F-02(10)、温度计T-02、压力计P-02和排空阀 V-02(8);冷凝器14冷水进口连接有冷却水进口管道12，冷却水进口管道12上安装有截止阀 V-03 (11)、压力计P-03、温度计T-03和流量调节阀L-03 (13);冷凝器14冷却水出口连接有冷 却水出口管道6,冷却水出口管道6上安装有流量计F-04、温度计T-04、压力计P-04和排空阀 V-04〇
[0045] 干度值计算方法为：
[0047] C4w为P4下水的定压比热容，kj/(kg · K);
[0048] m为冷却水的质量流量，kg/h;
[0049] T3为冷却水进口温度，K;
[0050] Τ4为冷却水出口温度，Κ;
[00511 P2w为在Ρ2、Τ2下凝结水的密度，kg/m3;
[0052] V2w为凝结水的瞬时流量，由F-02测得，m3/h;
[0053] hlv为在P1、T1下干饱和蒸汽的比焓，k J/kg;
[0054] hlw为在P1、T1下的水的比焓，k J/kg;
[0055] h2w为在P2、T2下的凝结水的比焓，kj/kg。
[0056] 实验测试蒸汽干度换热过程分为饱和蒸汽冷凝和饱和水冷却两个过程：
[0057] (1)饱和蒸汽冷凝过程中，饱和蒸汽冷凝换热系数较饱和液态水的换热系数要大 得多，为满足工程实际需要饱和蒸汽冷凝过程中的换热系数采用饱和水的换热系数为基 准，整个换热过程中，壁温与流体主体温度间的温差较大，近壁面与管中心的流体粘度相差 较大，在给热关联式中，应加入包括壁温的粘度修正项，可用下式计算求得努赛尔特数：
[0059] Re>l〇〇〇〇，Pr = 〇 · 6~160，管长管径之比L/d>50，式中：
[0061] d-管径m，u-速度m/s，p-水密度kg/m3，y-水的动力粘度Pa · 8，μω-壁温下水的粘度 Pa · s，Pr_水的普朗特数，其他物理性质均按流体进出口算术平均温度取值；
[0063] α-表面传热系数w/(m2 · k)，λ-水导热系数w/(m · k);
[0064] 可分别求得饱和蒸汽冷凝过程中及饱和水冷却过程中的对流传热系数α;
[0065] (2)冷凝器换热量
[0066] Q=Mhi_Mh2
[0067] Μ-质量流量初始状态的比焓kj/kg，h2-终了状态的比焓kj/kg;
[0068] 平均传热温差由下式表示：
[0070] Λ Λ t2分别为冷凝器两端冷热流体的温差；
[0071] 估算换热面积：
[0073] 盘管的长度：
[0075]可分别求得饱和蒸汽冷凝及饱和水冷却过程中所需的换热盘管总长度。
[0076]根据稠油热采中的工程经验，饱和蒸汽的最高压力17.2Mpa，进口饱和蒸汽353.25 °C，出口冷却液体60 °C，进口蒸汽流量50Kg/h，冷却水进口温度20 °C，出口温度40 °C，冷凝管 010mm X 2的工况下，对冷凝器内的沉浸式盘管换热结构进行了相关设计，设计过程中假 设进口状态干度为1，即全为饱和干蒸汽，计算过程为：
[0077] (1)饱和蒸汽冷凝过程中，采用同温度下饱和水的