注汽鍋爐是用于在稠油開(kāi)采過(guò)程中向稠油層注入高壓蒸汽的注蒸汽稠油熱采的關(guān)鍵設(shè)備，而蒸汽干度是檢測(cè)油田注汽鍋爐的重要指標(biāo)，直接影響稠油熱采的效果。注汽鍋爐的蒸汽干度控制影響因素中最主要的就是人為因素，對(duì)油田注汽鍋爐的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，同時(shí)，直接影響了稠油熱采的效果。因此，對(duì)油田注汽鍋爐蒸汽干度控制方法研究正向著自動(dòng)化控制的方向邁進(jìn)。本文簡(jiǎn)單介紹了油田注汽鍋爐蒸汽干度控制的現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了注汽鍋爐蒸汽干度控制的重要指標(biāo)，提出了干度控制的方法，即模糊控制方法和預(yù)測(cè)控制方法。
    我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越快，對(duì)石油資源的依賴程度也越來(lái)越高。我國(guó)大部分地區(qū)勘明的石油資源為高粘度重質(zhì)石油，也叫做稠油，顧名思義，稠油的粘度和密度都很高，這就給石油開(kāi)采技術(shù)提出了更高的要求。因此，為提高油田稠油開(kāi)采能力，必須采用注汽鍋爐往井下注入適當(dāng)干度蒸氣的方法，這樣能夠使油層加熱，原油受熱膨脹，粘度就會(huì)降低，大大提高了稠油的開(kāi)采能力，往井下注入的蒸汽必須是溫飽和蒸汽，不能是過(guò)熱的蒸汽，采用蒸汽干度來(lái)檢測(cè)蒸汽狀態(tài)。蒸汽干度指的是單位質(zhì)量濕蒸汽中含有的飽和蒸汽的質(zhì)量。只有提高蒸汽干度的控制，才能保證注汽鍋爐的蒸汽質(zhì)量。
    油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)現(xiàn)狀
    傳統(tǒng)的油田注汽鍋爐控制系統(tǒng)采用的是儀表監(jiān)控和手動(dòng)控制的方式，控制效率低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，稠油開(kāi)采效率較低。國(guó)內(nèi)外加快了對(duì)油田注汽鍋爐控制方法的研究，目前主要有：串級(jí)PID控制方法、模糊-PID雙?？刂品椒?、多變量預(yù)測(cè)控制方法等幾種控制方法。串聯(lián)PID控制方法是將蒸汽干度作為主被控變量，水流量為副被控流量，給水流量作為控制變量，組成串級(jí)控制。采用PID最優(yōu)控制算法調(diào)整給水流量，主回路控制器自動(dòng)控制蒸汽干度的控制方法。模糊-PID雙?？刂破鳎菍⒛：刂颇K與PID控制模塊相結(jié)合，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。多變量預(yù)測(cè)控制方法通過(guò)兩輸入-兩輸出的預(yù)測(cè)控制器，對(duì)蒸汽干度進(jìn)行控制。
    蒸汽干度概述
    油田注汽鍋爐控制系統(tǒng)中最重要最關(guān)鍵的部分是蒸汽干度控制系統(tǒng)，油田熱采生產(chǎn)工藝要求蒸汽干度控制在75%-80%之間，若蒸汽干度過(guò)低，將無(wú)法滿足注井的熱量要求；若蒸汽干度太大，將導(dǎo)致蒸汽中的雜質(zhì)附著在鍋爐壁上，造成鍋爐結(jié)垢，鍋爐的效率隨之降低，并且鍋爐的安全運(yùn)行受到不利影響。
    蒸汽干度指的是單位時(shí)間內(nèi)在固定蒸汽壓力和固定蒸汽溫度下蒸汽占總量的百分?jǐn)?shù)。蒸汽干度直接關(guān)系到注汽鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，且蒸汽干度的檢測(cè)產(chǎn)生的噪音很大，結(jié)果的準(zhǔn)確度低。傳統(tǒng)的蒸汽干度檢測(cè)方法有人工檢測(cè)法和濕蒸汽雙相流蒸汽干度檢測(cè)法，人工檢測(cè)法，通過(guò)人工進(jìn)行蒸汽干度的檢測(cè)工作，這種方法主觀因素大，誤差大，工作強(qiáng)度大，工作效率較低。蒸汽干度檢測(cè)方法還有一種叫做濕蒸汽雙相流蒸汽干度檢測(cè)法，這種方法在蒸汽鍋爐的輸出端加設(shè)孔板，差壓變送器檢測(cè)蒸汽流經(jīng)孔板時(shí)的濕度和蒸汽壓力的差壓信號(hào)。
    蒸汽干度的影響因素很多，要實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽干度的控制，必須掌握影響蒸汽干度的主要因素。給水流量、天然氣流量、蒸汽壓力、鍋爐熱效率、飽和水焓、汽化潛熱、給水焓和天然氣低位發(fā)熱量等都關(guān)系到注汽鍋爐的蒸汽干度。鍋爐熱效率、飽和水焓、汽化潛熱、給水焓和天然氣低位發(fā)熱量這幾項(xiàng)因素的波動(dòng)不會(huì)引起蒸汽干度的劇烈變化，因此，要實(shí)現(xiàn)蒸汽干度的控制，需要關(guān)注給水流量、天然氣流量和蒸汽壓力的變化，因?yàn)樗鼈儠?huì)使蒸汽干度出現(xiàn)時(shí)滯特性。而在蒸汽壓力穩(wěn)定時(shí)，蒸汽干度只受給水流量和天然氣流量的影響。
    基于模糊預(yù)測(cè)控制的蒸汽干度控制方法
    要實(shí)現(xiàn)對(duì)油田注汽鍋爐的有效控制，必須保證蒸汽壓力和蒸汽干度的穩(wěn)定，一方面用蒸汽壓力的參數(shù)調(diào)節(jié)給水流量，另一方面用蒸汽干度的參數(shù)調(diào)節(jié)天然氣流量，兩者共同構(gòu)成蒸汽干度的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油田注汽鍋爐蒸汽干度自動(dòng)化控制。
    3.1.蒸汽壓力的控制
    油田注汽鍋爐的重要參數(shù)之一就是蒸汽壓力，在往井下注入蒸汽時(shí)，對(duì)蒸汽壓力的要求不是特別的高，可以允許的可波動(dòng)范圍較大，另外調(diào)節(jié)給水流量實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽壓力的控制，這一控制過(guò)程的時(shí)滯時(shí)間較小，因此影響蒸汽壓力的因素較少，我們可以采用單回路的蒸汽壓力模糊控制器，控制給水流量，就能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽壓力控制，我們將蒸汽壓力誤差及其變化率來(lái)調(diào)節(jié)給水流量，模糊控制器的輸入語(yǔ)言變量為蒸汽壓力誤差及變化率，模糊控制器的輸出語(yǔ)言變量采用變頻器頻率增量。
    3.2.模糊前饋-反饋控制
    由蒸汽干度的影響因素可知，給水流量、天然氣流量為主要影響因素，因此，我們將蒸汽干度作為主被控變量, 天然氣流量為副被控變量，形成串級(jí)控制回路，在串級(jí)控制回路中我們采用模糊預(yù)測(cè)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)串級(jí)回路的控制。蒸汽干度控制系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：非線性跟蹤-微分器、前饋模糊控制器、模糊預(yù)測(cè)控制器、乘法計(jì)算器等組成，采用模糊控制方法能夠在注汽鍋爐運(yùn)行參數(shù)發(fā)生波動(dòng)時(shí)穩(wěn)定蒸汽壓力，我們將給水流量及其變化率作為前饋控制量，與串級(jí)回路構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)。通過(guò)給水流量的控制量與回路控制量相乘，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)給水流量的自動(dòng)監(jiān)控，另外，在模糊預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)中加入非線性跟蹤-微分器來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，蒸汽干度控制系統(tǒng)的最終控制量是由前饋模糊控制器輸出量與模糊預(yù)測(cè)控制器輸出量通過(guò)乘法計(jì)算器進(jìn)行乘積后的值來(lái)確定的。

    通過(guò)以上分析和研究，基于模糊預(yù)測(cè)控制的蒸汽干度控制方法，是通過(guò)模糊前饋-后饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)在預(yù)測(cè)控制原理和模糊控制原理的基礎(chǔ)上形成的，將前饋模糊控制器、模糊預(yù)測(cè)控制器、非線性跟蹤-微分器、計(jì)算器等部分組成，該控制方法同構(gòu)對(duì)給水流量、天然氣流量、蒸汽壓力的有效控制，實(shí)現(xiàn)了蒸汽干度的有效控制，能夠大大降低噪聲的干擾，具備較強(qiáng)的抗干擾能力， 實(shí)現(xiàn)了油田注汽鍋爐蒸汽干度的自動(dòng)化控制。