淺析分層蒸汽驅的工藝技術

摘要：蒸汽驅是指應用在稠油油藏蒸汽吞吐開采的中后期，能夠進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)已進入了吞吐中后期，轉換開發(fā)方式的需求顯得愈發(fā)重要，因此，開展分層蒸汽驅工藝技術的研究勢在必行。

關鍵詞：分層蒸汽驅 配汽流量設計與調整 分層汽驅管柱 地面模擬實驗

中圖分類號：TE357文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0089-01

同普通蒸汽驅相比，分層蒸汽驅不僅需要解決蒸汽驅長期連續(xù)注汽過程中管柱的錨定與座封、油套環(huán)空的長效密封與隔熱以及長期注汽后整體管柱的解封，同時分層蒸汽驅需要根據(jù)油藏各層段層間差異及其動用程度確定各層段的合理配注量，并設計相應的配注結構及其配汽孔徑的合理調整方式，依據(jù)測試結果最終實現(xiàn)層間配注量的動態(tài)調整。

1 分層蒸汽驅工藝管柱及其配套工具的研制

1.1 分層蒸汽驅注汽管柱

1.1.1 管柱結構

分層蒸汽驅注汽管柱是由真空隔熱管（同時與其配上隔熱管接箍密封器）、壓力補償式隔熱型汽驅伸縮管、多級長效汽驅密封器、Y441-152強制解封汽驅封隔器、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。

（1）液壓座封上提分級解封，下井和提出一趟管柱完成，可實現(xiàn)分層汽驅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密封，雙向錨定，管柱自身調節(jié)伸縮補償。（4）可實現(xiàn)分層汽驅注汽過程中，各層段配汽量的動態(tài)調節(jié)。（5）申請6項國家專利，其中壓力補償式隔熱伸縮管、隔熱管接箍密封器、強制解封蒸汽驅封隔器等已獲4項實用新型專利授權。

1.2 配套工具的研制

1.2.1 Y441強制解封蒸汽驅封隔器

采用投球或球桿的水力座封方式座封，卡瓦雙向錨定。設計有多自由度的座封和解封結構，并設計有下錐體強制解封機構，從而可確保長期注汽后的管柱可靠解封。

1.2.2 多級長效蒸汽驅密封器

多級長效蒸汽驅密封器采用了多腔體軟金屬密封，在高溫和擠壓的作用下，特殊材質的支撐環(huán)會隨之發(fā)生變形，這樣可以隨時補償多級膨脹腔對油套環(huán)空密封的不足，以此來提高整體管柱的長效密封效果和解封性能。

1.2.3 壓力補償式隔熱型

在結構上增加了除垢裝置，以減少密封件的磨損；伸縮管如果采用壓力密封補償方式，則補償密封件的損耗發(fā)生變化，這樣就可以保證伸縮管的活動密封效果；隔熱型外管設計的優(yōu)勢是可以是大限度地減少注汽過程中伸縮管部分的熱損失，以此來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)隔熱管端口的結構特點，要想實現(xiàn)隔熱管接箍處的二次密封則需要采用特殊結構的設計，用以減少接箍處蒸汽繞流、減壓對蒸汽流動的影響，如此一來，隔熱管接箍處的熱點損失就會大大降低。

1.2.5 偏心分層汽驅配汽裝置的研究

（1）偏心分層汽驅配汽裝置的結構與配套工具

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

（2）偏心分層汽驅配汽裝置的功能

偏心分層汽驅配汽閥的優(yōu)勢在于：首先，它能夠實現(xiàn)多級分層注汽。當分層汽驅管柱在把不同層位的油套環(huán)空分隔開來時，如果將每個層位安裝一套偏心分層汽驅配汽閥，即可實現(xiàn)分層注汽，從而可以實現(xiàn)多級注汽。其次，能夠實現(xiàn)汽驅間的分層測試，管柱最小內通徑為50 mm時，就能夠順利通過測試工具，也就是說已經實現(xiàn)了分層測試。再次，它能夠實現(xiàn)蒸汽驅稠油過程中各層注汽量的調整。由于偏心分層汽驅配汽閥的堵塞配汽器能夠實現(xiàn)汽驅期間的投放和打撈，配汽嘴過流面調整范圍是0～491 mm，根據(jù)測試結果來調整配汽嘴過流面積。

2 地面模擬實驗

2.1 配汽噴嘴投撈實驗

在進行蒸汽驅配汽試驗過程中，噴嘴的更換投撈均采用鋼絲投撈。試驗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投撈成功率。試驗投送和打撈共56次，均獲得成功。

2.2 分層蒸汽驅配汽噴嘴計算面積與配注量關系的修正與標定

為了檢驗配汽噴嘴的原設計與實際應用年的準確度，我們特意為此進行了兩組配汽噴嘴、模擬上、下層配注油層的地面模擬實驗，即時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21萬多個數(shù)據(jù)，通過這些實際測量的數(shù)據(jù)，我們可以對此進行配汽噴嘴計算面積與配注量關系的修正與標定。

通過理論計算模型，上、下配汽孔同時配汽時的理論計算公式和修正后的計算公式為：

對于10 mm孔徑的上配汽孔而言，應用修正后的公式相對誤差百分比由原來的35.97%降為-0.49%。對于15 mm孔徑的下配汽孔，相對誤差百分比則由原來的170.94%降為7.63%。

3 結語

（1）研制了分層蒸汽驅模擬計算與配汽孔徑設計軟件，并通過地面模擬實驗進行了修正與標定。

（2）研制了分層蒸汽驅工藝管柱，該管柱耐溫350 ℃、耐壓17 MPa，可實現(xiàn)分層蒸汽驅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，可實現(xiàn)汽驅注汽過程中配汽量動態(tài)調節(jié)。

（4）申報6項專利，已授權4項。其中：①壓力補償式隔熱型伸縮管、隔熱管接箍密封器、多級長效汽驅密封器、強制解封蒸汽驅封隔器已獲實用新型專利授權。②蒸汽驅分層配汽系統(tǒng)及其配汽方法已申請國家發(fā)明專利申請?zhí)枺?00510077728.5。③稠油分層蒸汽驅過程中的偏心分層配汽裝置已申請實用新型專利申請?zhí)枺?00420118899.9。

參考文獻

[1]張銳.稠油熱采技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[2]萬人溥，羅英俊.采油技術手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，1982.

[3]劉文章.熱采稠油油藏開發(fā)模式[M].北京：石油工業(yè)出版社，1988.

[4]田紅，鄧金根，孟艷山，等.渤海稠油油藏出砂規(guī)律室內模擬實驗研究[J].石油學報，2005，26（4）.

[5]杜殿發(fā)，侯加根，師耀利，等.基于層間熱干擾的多層稠油油藏蒸汽驅熱效率計算模型[J].中國石油大學學報（自然科學版），2012（2）.