开展分层汽驱工艺技术研究是减少注汽过程层间干扰，提高稠油油层纵向动用程度和蒸汽驱效果的重要方法。对于分层蒸汽驱而言，需要根据层间差异及动用程度，确定合理的注汽参数，特别是各层的配汽量，该配汽量的控制在各油层间油套环空分隔开的情况下，必须通过分层汽驱阀来实现。对于分层汽驱阀，只要设计好各层配汽嘴过流面积，即可实现分层注汽。 分层汽驱地面模拟实验研究的目的一是模拟分层汽驱上下两层在不同地层压力下，分层汽驱管柱喷嘴大小与配注量的关系，得到可靠的地面实验数据，检验、修正理论计算值，二是优选分层汽驱压力和干度等参数，进行分层配汽量设计，指导现场进行分层配汽量的调节。 我们与中科院紧密合作，自主设计了一套分层汽驱模拟实验装置。该装置为全尺寸、高温、高压、仿真模拟分层配汽实验装置。分层汽驱实验装置的工程设计包括蒸汽发生系统、蒸汽冷却系统、实验注汽管柱的工程设计三部分。其中蒸汽发生系统有成型的锅炉可供选择，只确定参数即可；蒸汽冷却系统的设计是实验装置成败与否的关健，只有饱合蒸汽完全冷却成水，实验数据才能测量准确；实验装置的管柱设计是装置工程设计的重要组成部分，不仅应确保分层汽驱实验顺利进行，而且可以进行其它功能实验。利用地面实验模拟装置，模拟不同的流态，将其规律应用到井筒中去，通过积分的方法就能得到井筒内的多相流动规律，指导现场实际应用。本文选用湿蒸汽为实验介质能够满足模拟水蒸气．水的多相流动对实验介质的要求。实验过程中是通过改变其配汽嘴过流面积的大小，模拟各层位问注汽量的调整，达到调整注汽量的目的。进行模拟实验，必须保证实型与模型间的几何相似、运动相似、动力相似、热力相似、以及物理相似，满足这些相似的充要条件就是所涉及的相似准则数全部相等。对于两相流，完全保证上述条件非常困难，因为相似准则数很多，不可能保证全部相等(有些还会相互矛盾)。实验模拟的相似准则数可以通过运动方程的无量纲化得到，也可以通过特征量之间的相似关系(π定理)得到。对于注汽井筒压降而言，本文根据π定理分析了7个实验模拟的相似关系，忽略了Weber数相等和Reynolds数相等的约束。实验时，在满足液相速度范围控制在与现场实际生产时液相的速度范围内，两相的流量比与井筒中两相的流量比相等，等重力加速度的前提下，地面模型实验能够模拟生产实际状况，根据实验结果所得的实验规律可以应用到生产实际。 在稠油注蒸汽热采过程中，压降计算是进行注汽设计的基础，对油井注汽工况的分析具有重要意义。不仅可以进行注汽参数敏感性分析，优选注汽参数、合理设计汽量，而且可为井下分层配汽器的设计提供必要的理论基础。湿蒸汽沿井筒的流动属于气液两相流动并伴随着不稳定的传热过程。目前，国内外气液两相流研究的主要问题集中在两相流流型、压降、持液率等方面。本文通过对国内外多相流研究进展调研，在气液两相流动基本理论的基础上，提出了注汽井筒中气液两相流综合压降计算模型，即针对不同流动型态，分别采用均流模型和分流模型计算压降梯度。当流动型态为分离流时，采用分流模型；当流动型态为间歇流和分散流时，采用均流模型。从压降梯度计算公式可以看出，在求得持液率和两相沿程阻力系数的相关规律后，便可计算出倾斜气液两相流动的压力梯度。对于定向井、水平井等特殊工艺井，实际的井眼轨迹不仅有倾斜井段还有弯曲井段，因此在计算弯曲井筒内压降时，把弯曲井段分成若干个斜直井段，并引入任意点井斜角的计算方法，即数值积分法计算井眼轨迹，从实际工程应用的角度来看，数值积分法已经可以“高度逼真”实际情况了。为了验证理论模型的正确性，将按理论模型计算所得的压降、干度的计算值与现场实测值进行了对比。从统计表中可以看出，压力计算的百分误差参数<15％占91.67％，干度计算的百分误差参数<15％占75％。由此可见，注蒸汽热力采油过程中，在工程误差允许的范围内，根据本文所建立的模型所计算出的井筒中的压力分布、干度分布规律是准确的。因此，可以将本计算结果作为分层注汽设计的依据，同时也可以对指导现场进行油井注汽工况的分析。 得出水和水蒸汽沿井筒的压力、温度和干度变化规律及热量损失后，可以确定出每个层系的注汽压力和干度。根据分层数量、地层压力和设计注入量的要求，通过对水一水蒸汽两相流体流经配汽孔的能量分析，得出了配汽孔截面积的计算公式。该公式是在一些假设情况下得出的，和实际情况有偏差。为此，引入了修正系数。许多研究者通过实验发现，影响修正系数值的主要因素是气液相的密度比，它是两相流动中的主要特性参数之一，表征了饱和蒸汽压力的大小。通过实验曲线回归可得修正系数。 通过对比单试上、下层配汽孔的理论计算值与实验测量值，可以看出，实际的理论计算值与实验测量值还存在一定的误差，这种误差的产生，主要是由于雷诺数的取值，配汽管道内设备插件的摩擦阻力以及实际测量点的测量位值偏差等所导致的。由于这些误差非常复杂，无法精确的从理伦上进行推导，所以我们试图通过对分层蒸汽驱地面模拟实验数据线性回归来消除其影响。对比应用修正后的上、下层配汽孔理论计算值与实验测量值，可以看出，对于10mm孔径的上配汽孔，相对误差百分比由由原来的35.97％降为-0.49％；对于15mm孔径的下配汽孔，相对误差百分比由由原来的170.94％降为7.63％，修正后的理论计算模型能较精确的对配汽流量进行计算。