熱采膨脹劑性能的研究

姜紅梅

摘要：針對遼河油田稠油開采，熱采工藝是非常有效的開采工藝。稠油熱采工藝中注汽溫度最高可達350，在此溫度下利用水產(chǎn)生的體積膨脹力和飽和蒸汽壓力可滿足一些封隔器的動力來源。本文通過對誰的熱膨脹力的分析和計算，指導(dǎo)水作為膨脹劑的應(yīng)用。，

關(guān)鍵詞：稠油 水 定容膨脹 定壓膨脹

當(dāng)溫度升高時，氣體和大多數(shù)液體都會有體積的膨脹。水是一種性能穩(wěn)定、安全可靠的液體，對水的熱膨脹和飽和蒸汽壓的研究已非常透徹，故本試驗中以水作為膨脹劑，從定容、變?nèi)輧煞矫嫜芯颗蛎泟┰谏郎剡^程中，膨脹劑的熱膨脹量和膨脹劑對活塞的熱膨脹力。

簡單液體的簡化狀態(tài)方程如下：

等壓體積膨脹系數(shù) 和等溫壓縮系數(shù) 都很小，在一定溫度范圍內(nèi)為常數(shù)，可通過試驗測出，也可查閱相關(guān)資料。本研究中等溫壓縮系數(shù)通過 計算，水的密度和壓強及等壓體積膨脹系數(shù)從文獻附錄七中查閱。 由充裝水時確定，取 為充裝溫度即室溫（25℃）， 是在溫度 時水的容積，即設(shè)定充裝容積。

1、定容狀態(tài)下水的熱膨脹力的分析與計算

封隔器再設(shè)計時一般會設(shè)計剪切銷釘防止在下井過程中中途坐封，通過定容狀態(tài)的分析與計算就可以解決此問題。定容狀態(tài)下，

本試驗裝置裝完膨脹劑后，活塞與液面設(shè)定為無縫隙的理想狀態(tài)，即可設(shè)定初始壓強 。帶入式（1）可得：

通過理論計算滿液狀態(tài)下，膨脹劑對活塞的壓強。圖2-1為系統(tǒng)滿液定容加熱過程T-P圖。

從圖1可以得出，滿液狀態(tài)下，系統(tǒng)容積不變的情況下，水加熱時體積發(fā)生膨脹，膨脹力在0-250之間上升緩慢，當(dāng)溫度超過250是迅速上升。

2變?nèi)轄顟B(tài)下熱膨脹時體積膨脹的計算與分析

熱膨脹力測試裝置的活塞測量填充液體的熱膨脹量，其行程是代表溫度的函數(shù)，活塞的行程變化量：

設(shè)定初始水充滿高度 mm，活塞面積 mm2，則 mm3，不同溫度下對應(yīng)的壓強值和等壓體積膨脹系數(shù)采用文獻[6]附錄七中的對應(yīng)的數(shù)值。通過計算得出圖2變?nèi)轄顟B(tài)飽和水T-△h圖。

圖2中數(shù)據(jù)表明，水定壓加熱至飽和水的過程中，水達到飽和狀態(tài)時的體積增量隨著溫度的升高而增大;同時，從式（2）中我們可以得出結(jié)論，在活塞面積一定時，活塞行程的變化量與 成正比，故隨著溫度的升高，活塞的行程變化量 也在增大。

3、干飽和蒸汽時活塞隨溫度的行程變化量

工質(zhì)水從液態(tài)全部轉(zhuǎn)化為干飽和蒸汽，系統(tǒng)滿足克拉貝龍方程[7]工程熱力學(xué)：

充裝高度 mm時，通過 （式中，M物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，單位g/mol）計算得出系統(tǒng)工質(zhì)物質(zhì)的量 =27.8mol。溫度為給定值，其它數(shù)值通過查文獻[6]附錄三和附錄十可知。將相關(guān)數(shù)值代入式（5）計算，得出不同溫度下的水蒸汽體積V通過式（2）計算活塞的行程變化量 （假定活塞行程受氣體膨脹力作用不受限制，可無限向上運動），計算結(jié)果見圖4 飽和蒸汽T-△h圖。

由圖4可以看出，干飽和蒸汽會隨著溫度的升高，系統(tǒng)的體積減小，活塞高度變小。但是高度也遠遠大于初始高度，可以滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

（1）?????? 以水為膨脹劑的封隔器初封隔溫度在230℃-350℃可提供5.3MPa5-84.67MPa的壓力。

（2）?????? 當(dāng)活塞動力小于該溫度下的飽和蒸汽壓時，封隔器的壓縮距符合飽和水的活塞移動高度，即230℃-350℃高度從3.89mm-43.68mm。

（3）?????? 當(dāng)活塞移動高度繼續(xù)增大時，系統(tǒng)壓力會增大重新達到平衡

參考文獻：

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