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，指導水作為膨脹劑的應用。，

關鍵詞：稠油 水 定容膨脹 定壓膨脹

當溫度升高時，氣體和大多數液體都會有體積的膨脹。水是一種性能穩定、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、變容兩方面研究膨脹劑在升溫過程中，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方程如下：

等壓體積膨脹系數 和等溫壓縮系數 都很小，在一定溫度范圍內為常數，可通過試驗測出，也可查閱相關資料。本研究中等溫壓縮系數通過 計算，水的密度和壓強及等壓體積膨脹系數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，即設定充裝容積。

1、定容狀態下水的熱膨脹力的分析與計算

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

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

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

從圖1可以得出，滿液狀態下，系統容積不變的情況下，水加熱時體積發生膨脹，膨脹力在0-250之間上升緩慢，當溫度超過250是迅速上升。

2變容狀態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，活塞的行程變化量：

設定初始水充滿高度 mm，活塞面積 mm2，則 mm3，不同溫度下對應的壓強值和等壓體積膨脹系數采用文獻[6]附錄七中的對應的數值。通過計算得出圖2變容狀態飽和水T-△h圖。

圖2中數據表明，水定壓加熱至飽和水的過程中，水達到飽和狀態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

工質水從液態全部轉化為干飽和蒸汽，系統滿足克拉貝龍方程[7]工程熱力學：

充裝高度 mm時，通過 （式中，M物質的摩爾質量，單位g/mol）計算得出系統工質物質的量 =27.8mol。溫度為給定值，其它數值通過查文獻[6]附錄三和附錄十可知。將相關數值代入式（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，可以滿足設計要求。

4 結論

（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）?????? 當活塞移動高度繼續增大時，系統壓力會增大重新達到平衡

參考文獻：

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