蒯澤明

摘要：正常注汽時(shí)，注汽管柱內(nèi)溫度在300℃度以上，按正常注汽時(shí)隔熱管外溫度260℃計(jì)算，一根9.5米Φ114光管在注汽過(guò)程中的熱損失達(dá)3711533（KJ/h），每注汽一井次，一根Φ114光管熱損失燃油當(dāng)量達(dá)9.28噸。研制和使用具有隔熱功能的井下補(bǔ)償器，可以降低由此造成的熱損失，當(dāng)具有隔熱功能的井下補(bǔ)償器導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到或超過(guò)使用的隔熱管標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可以完全避免這部分熱損失?；谝陨戏治鲈O(shè)計(jì)出的JRBG井下隔熱補(bǔ)償裝置。外管為預(yù)應(yīng)力真空隔熱管，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到SY/T5324-94隔熱管標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)管為Φ60高強(qiáng)度油管，補(bǔ)償器抗拉強(qiáng)度大于40噸。有效避免了傳統(tǒng)伸縮管與Φ114光管配合使用造成的大量熱損失。

關(guān)鍵詞：稠油注汽 井下 隔熱補(bǔ)償裝置 研究

1 概述

油田井下注蒸汽用隔熱管為D級(jí)管，視導(dǎo)熱系數(shù)λ（0.02～0.006），注汽管柱中的井下補(bǔ)償器以及與之配合使用的1根Φ114光油管沒(méi)有采取隔熱措施。據(jù)試驗(yàn)計(jì)算，井筒內(nèi)散熱損失主要來(lái)自于井下補(bǔ)償器及與其相連接的1根Φ114光油管，在稠油井注汽過(guò)程中，沒(méi)有采取隔熱措施的井下補(bǔ)償器以及與之配合使用的光油管產(chǎn)生大量的散熱損失，一方面降低了注蒸汽能效，另一方面，井筒內(nèi)損失熱量又導(dǎo)致套管過(guò)熱，以致產(chǎn)生變形損壞。有關(guān)研究結(jié)論認(rèn)為：最大熱應(yīng)力都發(fā)生在套管內(nèi)壁，且超過(guò)了N80套管的熱彈性屈服極限；當(dāng)套管周圍掏空時(shí)，其熱應(yīng)變達(dá)到了2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)材料彈性極限應(yīng)變值（0.3%），這是導(dǎo)致熱采井套管變形損壞的主要原因。

2 原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)原理 正常注汽時(shí)，注汽管柱內(nèi)溫度在300℃度以上，按正常注汽時(shí)隔熱管外溫度260℃（根據(jù)西南石油大學(xué)井筒熱應(yīng)力研究室數(shù)模計(jì)算得出）計(jì)算，一根9.5米Φ114光管在注汽過(guò)程中的熱損失，由單壁導(dǎo)熱的熱量公式：Q=λH（tb1- tb2）/δ

式中：H——受熱面積（平方米）；λ——導(dǎo)熱系數(shù)，KJ/m·h·℃；tb——相應(yīng)的壁溫，℃；Q——傳熱量，KJ/h；δ——管壁厚度（米）。

當(dāng)：tb1=300℃ tb2=260℃ δ=0.007m λ=191（0.5%碳鋼查表?yè)Q算） Φ114光管按9.5m計(jì)算，則Φ114光管傳熱量Q1=λH（tb1- tb2）/δ

=191×3.14×0.114×9.5（300-260）÷0.007

=3711533（KJ/h）

按熱注燃油熱值40000KJ/kg，單井注汽2000立方米，注汽速度為每小時(shí)20立方米計(jì)算，每注汽一井次，僅一根Φ114光管熱損失燃油當(dāng)量達(dá)9.28噸。而研制和使用具有隔熱功能的井下補(bǔ)償器，則可以降低由此造成的熱損失。

2.2 工作原理 在稠油井注汽過(guò)程中，隨高溫蒸氣進(jìn)入注汽隔熱管柱，隔熱管柱隨溫度升高而伸長(zhǎng)，在井底溫度升至200℃前，熱采封隔器隨管柱下移，當(dāng)熱采封隔器溫度升至200℃以上達(dá)到座封溫度，封隔器開(kāi)始座封，此時(shí)井下溫度繼續(xù)升高，隔熱管柱也隨之伸長(zhǎng)，補(bǔ)償器移動(dòng)內(nèi)管開(kāi)始工作，隨隔熱管柱伸長(zhǎng)而進(jìn)入特制的隔熱管內(nèi)，到300℃左右時(shí)內(nèi)管全部移動(dòng)進(jìn)入特制的隔熱管內(nèi)，由此保證在正常注汽時(shí)補(bǔ)償器完全起到隔熱作用。

停止注汽后，井下溫度逐漸降低，注汽管柱收縮，補(bǔ)償器可移動(dòng)內(nèi)管開(kāi)始工作起到補(bǔ)償作用，直到溫度降至200℃以下，熱采封隔器解封。

2.3 連接方法 JRBG隔熱井下補(bǔ)償器連接在注汽隔熱管柱下部。補(bǔ)償器上接頭連接隔熱管，其下接頭連接8～10根隔熱管，隔熱管下端連接熱采封隔器連接。

2.4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能 基于以上分析設(shè)計(jì)的稠油注汽井下隔熱補(bǔ)償裝置具備以下特性及功能。

①JRBG隔熱井下補(bǔ)償器外管為預(yù)應(yīng)力真空隔熱管，經(jīng)測(cè)試，JRBG隔熱井下補(bǔ)償器導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到SY/T5324-

94隔熱管標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)管為Φ60高強(qiáng)度油管，補(bǔ)償器抗拉強(qiáng)度大于40噸。②JRBG隔熱井下補(bǔ)償器導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到常規(guī)隔熱管標(biāo)準(zhǔn)，避免了傳統(tǒng)伸縮與Φ114光管配合使用造成的大量熱損失，可提高注汽效果。③避免了大量散熱造成的高溫，減輕套管因高溫變形造成的損壞。④普通井下補(bǔ)償器一般連接在注汽管柱中部，承受的拉力較大，JRBG隔熱井下補(bǔ)償器連接在注汽管柱下端，承受的拉力相對(duì)較小，可避免補(bǔ)償器使用過(guò)程中在井下發(fā)生斷裂。⑤JRBG隔熱井下補(bǔ)償器具有倒扣功能，在其下部管柱或封隔器遇卡時(shí)，可采用倒扣方式提出井內(nèi)管柱。

3 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

JRBG隔熱井下補(bǔ)償器8800元/根，周轉(zhuǎn)使用15次報(bào)廢，周轉(zhuǎn)期間修復(fù)14次；使用隔熱井下補(bǔ)償器替代了一根隔熱管（5000元），折算平均每注汽井次隔熱井下補(bǔ)償器使用成本為2260元。以前的普通補(bǔ)償器使用3次報(bào)廢，周轉(zhuǎn)期間修復(fù)2次，平均每注汽井次使用成本約為2000元。每注汽井次使用費(fèi)用兩者相差260元。使用隔熱井下補(bǔ)償器每注汽井次可避免熱損失燃油當(dāng)量9.28噸，燃油按3000元/噸計(jì)算，每注汽井次可減少能量損失價(jià)值27840元。由此計(jì)算，使用JRBG隔熱井下補(bǔ)償器每注汽井次可減少能量損失價(jià)值：27840元-260元=27580元。

4 現(xiàn)場(chǎng)使用推廣情況

隔熱井下補(bǔ)償器2007年取得遼河油田分公司井下工具許可證，證書編號(hào)為2006021；產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)可證編號(hào)為L(zhǎng)YGSRK-S2007006；2009年開(kāi)始在錦州采油廠試驗(yàn)使用90井次，實(shí)際使用效果良好，未出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題。目前隔熱井下補(bǔ)償器在遼河油田已經(jīng)廣泛推廣使用，累計(jì)使用達(dá)600井次以上。

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