王斌

摘要：稠油熱采工藝是遼河油田稠油開采常用的有效開采工藝之一，其注汽溫度最高可達(dá)350℃。利用液體膨脹劑在此高溫下產(chǎn)生的體積膨脹力和飽和蒸汽壓力，為熱采工藝中使用的部分井下工具提供動力，實(shí)現(xiàn)工具的工藝動作。通常應(yīng)用最廣泛的這類工具就是熱力封隔器，由于動力來源于熱力，可實(shí)現(xiàn)自動坐封，減少了現(xiàn)場操作步驟，節(jié)約了生產(chǎn)成本。本文主要對其中一種熱力封隔器使用的熱膨脹藥劑的熱膨脹力進(jìn)行測試和研究，以指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：稠油熱采;熱膨脹力;熱力封隔器;膨脹劑

0 引言

飽和蒸汽壓是液體工質(zhì)最基本的物性參數(shù)之一，是化工、生產(chǎn)、科研、設(shè)計過程中的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以掌握測量飽和蒸汽壓的方法具有很大的實(shí)際意義。液體飽和蒸汽壓的測量方法主要有三種：靜態(tài)法，動態(tài)法和飽和氣流法。動態(tài)法是指在不同外界壓力下測定液體的沸點(diǎn)，又稱沸點(diǎn)法。動態(tài)法與其它兩種方法相比具有操作簡單，結(jié)果比較準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，適用于蒸汽壓不太高的液體。

在封閉體系中，當(dāng)液相的蒸發(fā)速度與相應(yīng)汽相的凝聚速度相等時，體系達(dá)到動平衡，此時的蒸汽壓為該溫度下某液體工質(zhì)的飽和蒸汽壓。液體的飽和蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)時的溫度為液體的沸點(diǎn)，因此沸點(diǎn)是隨外界壓強(qiáng)變化的，當(dāng)液體所受的壓強(qiáng)增大時，它的沸點(diǎn)升高;壓強(qiáng)減小時，沸點(diǎn)降低。當(dāng)外界壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa）時，稱之為該液體的正常沸點(diǎn)。

遼河油田是中國重要的稠油生產(chǎn)基地，有著豐富的稠油、高凝油資源，其開采方式目前多采用稠油熱采工藝技術(shù)。在常規(guī)的稠油熱采工藝中，注汽溫度最高可達(dá)350℃，注汽壓力可達(dá)17MPa。稠油注汽開采中使用的熱力封隔器在設(shè)計中利用了高溫下液體膨脹劑膨脹產(chǎn)生的熱力為其提供動力，實(shí)現(xiàn)隨溫度升高自動坐封的功能，便于操作的同時也降低了生產(chǎn)成本。本文研究了一種熱力測試方法，利用熱力測試裝置模擬稠油熱采工藝現(xiàn)場進(jìn)行熱力測試，并將測試數(shù)據(jù)列表，為熱力封隔器等井下工具的設(shè)計和生產(chǎn)提供參考。

1 稠油熱采熱膨脹力的應(yīng)用

稠油熱采的內(nèi)部因素很有利于熱膨脹力的應(yīng)用。Y361的使用是熱膨脹力在稠油熱采中的應(yīng)用典型。Y361的結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是利用一些金屬在高溫下具有一定的延展性，在熱膨脹力的作用下，將桶狀的金屬密封筒膨脹成鼓形，達(dá)到密封的目的，稱為金屬膨脹密封結(jié)構(gòu);一種是利用液缸壓縮高溫彈性膠筒密封，液缸內(nèi)的膨脹劑受熱膨脹推動活塞壓縮膠筒，達(dá)到密封的目的，稱為熱力壓縮式結(jié)構(gòu)。二者的區(qū)別在于金屬密封結(jié)構(gòu)是徑向膨脹，而壓縮式結(jié)構(gòu)是軸向膨脹。

2 熱膨脹力測試裝置

熱膨脹力測試裝置采用高強(qiáng)度鋼材加工而成，主要由頂蓋、活塞、液缸、護(hù)帽、密封圈和楔塊構(gòu)成（圖2-1）。活塞的面積為4000mm2，容積初始高度為25mm，最大容積高度可達(dá)75mm。熱膨脹力測試裝置與平板硫化機(jī)配合使用。本試驗(yàn)采用的平板硫化機(jī)的型號為XLB-D500×500/1000Ⅲ，其液缸面積為50000mm2，合模力范圍為0～100t，壓力表量程為0～25MPa，溫度范圍為20～250℃，兩平板之間的行程為0～300mm。平板硫化機(jī)是橡膠加工成型中必不可少的設(shè)備，能給模具提供一定的壓力和溫度，可改變兩平板間的行程。這些特性正好能夠滿足熱力的測試要求。在試驗(yàn)前先將熱膨脹力測試裝置倒置，用注射器將熱膨脹劑從孔道注入液缸內(nèi)腔，待注滿后，用鐵錘將楔塊釘入孔道，堆焊牢固、磨平。將裝料完畢的測試裝置準(zhǔn)備待用。

3 熱力測試方法的應(yīng)用

水和水蒸汽由于具有容易獲得、有適宜的熱力性質(zhì)且不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是熱力應(yīng)用的主要工質(zhì)。熱力系統(tǒng)中用作工質(zhì)的水蒸汽距液態(tài)不遠(yuǎn)，工作過程中常有集態(tài)的變化，故不宜做理想氣體處理，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要從工程學(xué)的角度利用這些數(shù)據(jù)還需要做一些試驗(yàn)去修正所用的參數(shù)。表3-1是通過熱力測試試驗(yàn)得出的熱力測試數(shù)據(jù)，可為稠油熱采工藝中井下工具的設(shè)計和施工提供參考。

4 結(jié)論

（1）熱膨脹力測試裝置可以測量25～250℃溫度范圍內(nèi)各溫度下膨脹劑所能夠產(chǎn)生的最大膨脹壓力。

（2）熱膨脹力測試裝置也可通過改變體系容積測量不同裝藥量下膨脹劑產(chǎn)生的熱膨脹壓力。

（3）熱膨脹力測試方法安全、準(zhǔn)確，能夠?yàn)闊崃Ψ飧羝鞯脑O(shè)計提供設(shè)計所需參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[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] 張允真，賈忠慧，朱翠娥，等.注蒸汽井的溫度場及其套管的熱應(yīng)力[J].石油鉆采工藝，1992，14（4）：59～63.

[4] 崔孝秉，曹玲，張宏，等.注蒸汽熱采井套管損壞機(jī)理研究[J].石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1997，21（3）：57～64.

[5] 孟祥玉等.勝利油田套管損壞的現(xiàn)狀及建議.石油鉆采工藝，1994;16（2）：10～14