淺析分層蒸汽驅(qū)的工藝技術(shù)

摘要：蒸汽驅(qū)是指應(yīng)用在稠油油藏蒸汽吞吐開(kāi)采的中后期，能夠進(jìn)一步提高原油采收率的重要手段。迄今為止，大部分稠油區(qū)已進(jìn)入了吞吐中后期，轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)方式的需求顯得愈發(fā)重要，因此，開(kāi)展分層蒸汽驅(qū)工藝技術(shù)的研究勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：分層蒸汽驅(qū) 配汽流量設(shè)計(jì)與調(diào)整 分層汽驅(qū)管柱 地面模擬實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE357文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0089-01

同普通蒸汽驅(qū)相比，分層蒸汽驅(qū)不僅需要解決蒸汽驅(qū)長(zhǎng)期連續(xù)注汽過(guò)程中管柱的錨定與座封、油套環(huán)空的長(zhǎng)效密封與隔熱以及長(zhǎng)期注汽后整體管柱的解封，同時(shí)分層蒸汽驅(qū)需要根據(jù)油藏各層段層間差異及其動(dòng)用程度確定各層段的合理配注量，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的配注結(jié)構(gòu)及其配汽孔徑的合理調(diào)整方式，依據(jù)測(cè)試結(jié)果最終實(shí)現(xiàn)層間配注量的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

1 分層蒸汽驅(qū)工藝管柱及其配套工具的研制

1.1 分層蒸汽驅(qū)注汽管柱

1.1.1 管柱結(jié)構(gòu)

分層蒸汽驅(qū)注汽管柱是由真空隔熱管（同時(shí)與其配上隔熱管接箍密封器）、壓力補(bǔ)償式隔熱型汽驅(qū)伸縮管、多級(jí)長(zhǎng)效汽驅(qū)密封器、Y441-152強(qiáng)制解封汽驅(qū)封隔器、層間配汽裝置、以及層間密封器等工具組成。

1.1.2 管柱工藝特點(diǎn)。

（1）液壓座封上提分級(jí)解封，下井和提出一趟管柱完成，可實(shí)現(xiàn)分層汽驅(qū)2-3層段的分層配汽。（2）管柱耐溫350 ℃、耐壓17 MPa，使用壽命3年以上。（3）管柱采用金屬和非金屬雙級(jí)密封，雙向錨定，管柱自身調(diào)節(jié)伸縮補(bǔ)償。（4）可實(shí)現(xiàn)分層汽驅(qū)注汽過(guò)程中，各層段配汽量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。（5）申請(qǐng)6項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利，其中壓力補(bǔ)償式隔熱伸縮管、隔熱管接箍密封器、強(qiáng)制解封蒸汽驅(qū)封隔器等已獲4項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)。

1.2 配套工具的研制

1.2.1 Y441強(qiáng)制解封蒸汽驅(qū)封隔器

采用投球或球桿的水力座封方式座封，卡瓦雙向錨定。設(shè)計(jì)有多自由度的座封和解封結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)有下錐體強(qiáng)制解封機(jī)構(gòu)，從而可確保長(zhǎng)期注汽后的管柱可靠解封。

1.2.2 多級(jí)長(zhǎng)效蒸汽驅(qū)密封器

多級(jí)長(zhǎng)效蒸汽驅(qū)密封器采用了多腔體軟金屬密封，在高溫和擠壓的作用下，特殊材質(zhì)的支撐環(huán)會(huì)隨之發(fā)生變形，這樣可以隨時(shí)補(bǔ)償多級(jí)膨脹腔對(duì)油套環(huán)空密封的不足，以此來(lái)提高整體管柱的長(zhǎng)效密封效果和解封性能。

1.2.3 壓力補(bǔ)償式隔熱型

在結(jié)構(gòu)上增加了除垢裝置，以減少密封件的磨損；伸縮管如果采用壓力密封補(bǔ)償方式，則補(bǔ)償密封件的損耗發(fā)生變化，這樣就可以保證伸縮管的活動(dòng)密封效果；隔熱型外管設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是可以是大限度地減少注汽過(guò)程中伸縮管部分的熱損失，以此來(lái)確保注汽管柱的整體隔熱效果。

1.2.4 隔熱管接箍密封器

根據(jù)隔熱管端口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要想實(shí)現(xiàn)隔熱管接箍處的二次密封則需要采用特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，用以減少接箍處蒸汽繞流、減壓對(duì)蒸汽流動(dòng)的影響，如此一來(lái)，隔熱管接箍處的熱點(diǎn)損失就會(huì)大大降低。

1.2.5 偏心分層汽驅(qū)配汽裝置的研究

（1）偏心分層汽驅(qū)配汽裝置的結(jié)構(gòu)與配套工具

偏心分層汽驅(qū)配汽閥主要由兩部分組成：偏心配汽筒與堵塞配汽器。偏心分層汽驅(qū)配汽閥主要配套工具為投撈器。

（2）偏心分層汽驅(qū)配汽裝置的功能

偏心分層汽驅(qū)配汽閥的優(yōu)勢(shì)在于：首先，它能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)分層注汽。當(dāng)分層汽驅(qū)管柱在把不同層位的油套環(huán)空分隔開(kāi)來(lái)時(shí)，如果將每個(gè)層位安裝一套偏心分層汽驅(qū)配汽閥，即可實(shí)現(xiàn)分層注汽，從而可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)注汽。其次，能夠?qū)崿F(xiàn)汽驅(qū)間的分層測(cè)試，管柱最小內(nèi)通徑為50 mm時(shí)，就能夠順利通過(guò)測(cè)試工具，也就是說(shuō)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了分層測(cè)試。再次，它能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽驅(qū)稠油過(guò)程中各層注汽量的調(diào)整。由于偏心分層汽驅(qū)配汽閥的堵塞配汽器能夠?qū)崿F(xiàn)汽驅(qū)期間的投放和打撈，配汽嘴過(guò)流面調(diào)整范圍是0～491 mm，根據(jù)測(cè)試結(jié)果來(lái)調(diào)整配汽嘴過(guò)流面積。

2 地面模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 配汽噴嘴投撈實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行蒸汽驅(qū)配汽試驗(yàn)過(guò)程中，噴嘴的更換投撈均采用鋼絲投撈。試驗(yàn)管柱井口安裝防噴管，投撈器分別安裝投送頭和打撈頭，在高溫蒸汽條件下試驗(yàn)投撈成功率。試驗(yàn)投送和打撈共56次，均獲得成功。

2.2 分層蒸汽驅(qū)配汽噴嘴計(jì)算面積與配注量關(guān)系的修正與標(biāo)定

為了檢驗(yàn)配汽噴嘴的原設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用年的準(zhǔn)確度，我們特意為此進(jìn)行了兩組配汽噴嘴、模擬上、下層配注油層的地面模擬實(shí)驗(yàn)，即時(shí)性地采集了鍋爐流量在1.5 t/h、2.0 t/h、2.5 t/h、3.0 t/h與蒸汽干度在30%、40%、50%、60%狀態(tài)下的21萬(wàn)多個(gè)數(shù)據(jù)，通過(guò)這些實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)，我們可以對(duì)此進(jìn)行配汽噴嘴計(jì)算面積與配注量關(guān)系的修正與標(biāo)定。

通過(guò)理論計(jì)算模型，上、下配汽孔同時(shí)配汽時(shí)的理論計(jì)算公式和修正后的計(jì)算公式為：

對(duì)于10 mm孔徑的上配汽孔而言，應(yīng)用修正后的公式相對(duì)誤差百分比由原來(lái)的35.97%降為-0.49%。對(duì)于15 mm孔徑的下配汽孔，相對(duì)誤差百分比則由原來(lái)的170.94%降為7.63%。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）研制了分層蒸汽驅(qū)模擬計(jì)算與配汽孔徑設(shè)計(jì)軟件，并通過(guò)地面模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了修正與標(biāo)定。

（2）研制了分層蒸汽驅(qū)工藝管柱，該管柱耐溫350 ℃、耐壓17 MPa，可實(shí)現(xiàn)分層蒸汽驅(qū)2～3層段的分層配汽，使用壽命3年以上。

（3）研制了偏心配汽裝置，可實(shí)現(xiàn)汽驅(qū)注汽過(guò)程中配汽量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

（4）申報(bào)6項(xiàng)專(zhuān)利，已授權(quán)4項(xiàng)。其中：①壓力補(bǔ)償式隔熱型伸縮管、隔熱管接箍密封器、多級(jí)長(zhǎng)效汽驅(qū)密封器、強(qiáng)制解封蒸汽驅(qū)封隔器已獲實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)。②蒸汽驅(qū)分層配汽系統(tǒng)及其配汽方法已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?00510077728.5。③稠油分層蒸汽驅(qū)過(guò)程中的偏心分層配汽裝置已申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?00420118899.9。

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