稠油热采工艺中热力的测试方法研究

王斌

摘要：稠油热采工艺是辽河油田稠油开采常用的有效开采工艺之一，其注汽温度最高可达350℃。利用液体膨胀剂在此高温下产生的体积膨胀力和饱和蒸汽压力，为热采工艺中使用的部分井下工具提供动力，实现工具的工艺动作。通常应用最广泛的这类工具就是热力封隔器，由于动力来源于热力，可实现自动坐封，减少了现场操作步骤，节约了生产成本。本文主要对其中一种热力封隔器使用的热膨胀药剂的热膨胀力进行测试和研究，以指导现场应用。

关键词：稠油热采;热膨胀力;热力封隔器;膨胀剂

0 引言

饱和蒸汽压是液体工质最基本的物性参数之一，是化工、生产、科研、设计过程中的重要基础数据，所以掌握测量饱和蒸汽压的方法具有很大的实际意义。液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：静态法，动态法和饱和气流法。动态法是指在不同外界压力下测定液体的沸点，又称沸点法。动态法与其它两种方法相比具有操作简单，结果比较准确的优点，适用于蒸汽压不太高的液体。

在封闭体系中，当液相的蒸发速度与相应汽相的凝聚速度相等时，体系达到动平衡，此时的蒸汽压为该温度下某液体工质的饱和蒸汽压。液体的饱和蒸汽压等于外界压强时的温度为液体的沸点，因此沸点是随外界压强变化的，当液体所受的压强增大时，它的沸点升高;压强减小时，沸点降低。当外界压强为标准大气压（101.325kPa）时，称之为该液体的正常沸点。

辽河油田是中国重要的稠油生产基地，有着丰富的稠油、高凝油资源，其开采方式目前多采用稠油热采工艺技术。在常规的稠油热采工艺中，注汽温度最高可达350℃，注汽压力可达17MPa。稠油注汽开采中使用的热力封隔器在设计中利用了高温下液体膨胀剂膨胀产生的热力为其提供动力，实现随温度升高自动坐封的功能，便于操作的同时也降低了生产成本。本文研究了一种热力测试方法，利用热力测试装置模拟稠油热采工艺现场进行热力测试，并将测试数据列表，为热力封隔器等井下工具的设计和生产提供参考。

1 稠油热采热膨胀力的应用

稠油热采的内部因素很有利于热膨胀力的应用。Y361的使用是热膨胀力在稠油热采中的应用典型。Y361的结构有两种形式：一种是利用一些金属在高温下具有一定的延展性，在热膨胀力的作用下，将桶状的金属密封筒膨胀成鼓形，达到密封的目的，称为金属膨胀密封结构;一种是利用液缸压缩高温弹性胶筒密封，液缸内的膨胀剂受热膨胀推动活塞压缩胶筒，达到密封的目的，称为热力压缩式结构。二者的区别在于金属密封结构是径向膨胀，而压缩式结构是轴向膨胀。

2 热膨胀力测试装置

热膨胀力测试装置采用高强度钢材加工而成，主要由顶盖、活塞、液缸、护帽、密封圈和楔块构成（图2-1）。活塞的面积为4000mm2，容积初始高度为25mm，最大容积高度可达75mm。热膨胀力测试装置与平板硫化机配合使用。本试验采用的平板硫化机的型号为XLB-D500×500/1000Ⅲ，其液缸面积为50000mm2，合模力范围为0～100t，压力表量程为0～25MPa，温度范围为20～250℃，两平板之间的行程为0～300mm。平板硫化机是橡胶加工成型中必不可少的设备，能给模具提供一定的压力和温度，可改变两平板间的行程。这些特性正好能够满足热力的测试要求。在试验前先将热膨胀力测试装置倒置，用注射器将热膨胀剂从孔道注入液缸内腔，待注满后，用铁锤将楔块钉入孔道，堆焊牢固、磨平。将装料完毕的测试装置准备待用。

3 热力测试方法的应用

水和水蒸汽由于具有容易获得、有适宜的热力性质且不污染环境等优点，是热力应用的主要工质。热力系统中用作工质的水蒸汽距液态不远，工作过程中常有集态的变化，故不宜做理想气体处理，因此在实际应用中需要从工程学的角度利用这些数据还需要做一些试验去修正所用的参数。表3-1是通过热力测试试验得出的热力测试数据，可为稠油热采工艺中井下工具的设计和施工提供参考。

4 结论

（1）热膨胀力测试装置可以测量25～250℃温度范围内各温度下膨胀剂所能够产生的最大膨胀压力。

（2）热膨胀力测试装置也可通过改变体系容积测量不同装药量下膨胀剂产生的热膨胀压力。

（3）热膨胀力测试方法安全、准确，能够为热力封隔器的设计提供设计所需参考数据。

参考文献：

[1] Willhite G P.Design Criteria for Completion of Steam Injection Wells[J].JPT，1967，19（1）5～21.

[2] Holliday G H.Calculation of Allowable Maximum Casing Temperature to Prevent Tension Failures in Thermal Wells[C].ASME Paper，1969

[3] 张允真，贾忠慧，朱翠娥，等.注蒸汽井的温度场及其套管的热应力[J].石油钻采工艺，1992，14（4）：59～63.

[4] 崔孝秉，曹玲，张宏，等.注蒸汽热采井套管损坏机理研究[J].石油大學学报（自然科学版），1997，21（3）：57～64.

[5] 孟祥玉等.胜利油田套管损坏的现状及建议.石油钻采工艺，1994;16（2）：10～14