浅析分层蒸汽驱的工艺技术

摘要：蒸汽驱是指应用在稠油油藏蒸汽吞吐开采的中后期，能够进一步提高原油采收率的重要手段。迄今为止，大部分稠油区已进入了吞吐中后期，转换开发方式的需求显得愈发重要，因此，开展分层蒸汽驱工艺技术的研究势在必行。

关键词：分层蒸汽驱 配汽流量设计与调整 分层汽驱管柱 地面模拟实验

中图分类号：TE357文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0089-01

同普通蒸汽驱相比，分层蒸汽驱不仅需要解决蒸汽驱长期连续注汽过程中管柱的锚定与座封、油套环空的长效密封与隔热以及长期注汽后整体管柱的解封，同时分层蒸汽驱需要根据油藏各层段层间差异及其动用程度确定各层段的合理配注量，并设计相应的配注结构及其配汽孔径的合理调整方式，依据测试结果最终实现层间配注量的动态调整。

1 分层蒸汽驱工艺管柱及其配套工具的研制

1.1 分层蒸汽驱注汽管柱

1.1.1 管柱结构

分层蒸汽驱注汽管柱是由真空隔热管（同时与其配上隔热管接箍密封器）、压力补偿式隔热型汽驱伸缩管、多级长效汽驱密封器、Y441-152强制解封汽驱封隔器、层间配汽装置、以及层间密封器等工具组成。

1.1.2 管柱工艺特点。

（1）液压座封上提分级解封，下井和提出一趟管柱完成，可实现分层汽驱2-3层段的分层配汽。（2）管柱耐温350 ℃、耐压17 MPa，使用寿命3年以上。（3）管柱采用金属和非金属双级密封，双向锚定，管柱自身调节伸缩补偿。（4）可实现分层汽驱注汽过程中，各层段配汽量的动态调节。（5）申请6项国家专利，其中压力补偿式隔热伸缩管、隔热管接箍密封器、强制解封蒸汽驱封隔器等已获4项实用新型专利授权。

1.2 配套工具的研制

1.2.1 Y441强制解封蒸汽驱封隔器

采用投球或球杆的水力座封方式座封，卡瓦双向锚定。设计有多自由度的座封和解封结构，并设计有下锥体强制解封机构，从而可确保长期注汽后的管柱可靠解封。

1.2.2 多级长效蒸汽驱密封器

多级长效蒸汽驱密封器采用了多腔体软金属密封，在高温和挤压的作用下，特殊材质的支撑环会随之发生变形，这样可以随时补偿多级膨胀腔对油套环空密封的不足，以此来提高整体管柱的长效密封效果和解封性能。

1.2.3 压力补偿式隔热型

在结构上增加了除垢装置，以减少密封件的磨损；伸缩管如果采用压力密封补偿方式，则补偿密封件的损耗发生变化，这样就可以保证伸缩管的活动密封效果；隔热型外管设计的优势是可以是大限度地减少注汽过程中伸缩管部分的热损失，以此来确保注汽管柱的整体隔热效果。

1.2.4 隔热管接箍密封器

根据隔热管端口的结构特点，要想实现隔热管接箍处的二次密封则需要采用特殊结构的设计，用以减少接箍处蒸汽绕流、减压对蒸汽流动的影响，如此一来，隔热管接箍处的热点损失就会大大降低。

1.2.5 偏心分层汽驱配汽装置的研究

（1）偏心分层汽驱配汽装置的结构与配套工具

偏心分层汽驱配汽阀主要由两部分组成：偏心配汽筒与堵塞配汽器。偏心分层汽驱配汽阀主要配套工具为投捞器。

（2）偏心分层汽驱配汽装置的功能

偏心分层汽驱配汽阀的优势在于：首先，它能够实现多级分层注汽。当分层汽驱管柱在把不同层位的油套环空分隔开来时，如果将每个层位安装一套偏心分层汽驱配汽阀，即可实现分层注汽，从而可以实现多级注汽。其次，能够实现汽驱间的分层测试，管柱最小内通径为50 mm时，就能够顺利通过测试工具，也就是说已经实现了分层测试。再次，它能够实现蒸汽驱稠油过程中各层注汽量的调整。由于偏心分层汽驱配汽阀的堵塞配汽器能够实现汽驱期间的投放和打捞，配汽嘴过流面调整范围是0～491 mm，根据测试结果来调整配汽嘴过流面积。

2 地面模拟实验

2.1 配汽喷嘴投捞实验

在进行蒸汽驱配汽试验过程中，喷嘴的更换投捞均采用钢丝投捞。试验管柱井口安装防喷管，投捞器分别安装投送头和打捞头，在高温蒸汽条件下试验投捞成功率。试验投送和打捞共56次，均获得成功。

2.2 分层蒸汽驱配汽喷嘴计算面积与配注量关系的修正与标定

为了检验配汽喷嘴的原设计与实际应用年的准确度，我们特意为此进行了两组配汽喷嘴、模拟上、下层配注油层的地面模拟实验，即时性地采集了锅炉流量在1.5 t/h、2.0 t/h、2.5 t/h、3.0 t/h与蒸汽干度在30%、40%、50%、60%状态下的21万多个数据，通过这些实际测量的数据，我们可以对此进行配汽喷嘴计算面积与配注量关系的修正与标定。

通过理论计算模型，上、下配汽孔同时配汽时的理论计算公式和修正后的计算公式为：

对于10 mm孔径的上配汽孔而言，应用修正后的公式相对误差百分比由原来的35.97%降为-0.49%。对于15 mm孔径的下配汽孔，相对误差百分比则由原来的170.94%降为7.63%。

3 结语

（1）研制了分层蒸汽驱模拟计算与配汽孔径设计软件，并通过地面模拟实验进行了修正与标定。

（2）研制了分层蒸汽驱工艺管柱，该管柱耐温350 ℃、耐压17 MPa，可实现分层蒸汽驱2～3层段的分层配汽，使用寿命3年以上。

（3）研制了偏心配汽装置，可实现汽驱注汽过程中配汽量动态调节。

（4）申报6项专利，已授权4项。其中：①压力补偿式隔热型伸缩管、隔热管接箍密封器、多级长效汽驱密封器、强制解封蒸汽驱封隔器已获实用新型专利授权。②蒸汽驱分层配汽系统及其配汽方法已申请国家发明专利申请号：200510077728.5。③稠油分层蒸汽驱过程中的偏心分层配汽装置已申请实用新型专利申请号：200420118899.9。

参考文献

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