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[摘 要]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。对于分层汽驱注汽阀只要设计好各层配汽嘴过流面积，即可实现分层注汽。地面模拟实验，就是检验分层配汽量与配汽嘴面积、孔口前后压差、干度之间的关系。为达到更好的配注效果，必须进行地面模拟测试，掌握各层动态以调整注汽参数，达到最佳的蒸汽驱效果。
[关键词]蒸汽驱 多层稠油 实验装置
中图分类号：TE341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0286-01
1 概述
我国稠油资源丰富，约占石油总资源的20%以上，已成为世界第四大稠油生产国。我国稠油的油藏类型多、地质条件复杂、埋藏深度较深。辽河油田是我国最大的稠油生产基地，也是国内稠油油藏类型多、开发难度大、工艺最复杂的开发区。目前产量占整个油田产量的三分之一以上。加快稠油开采步伐，是提高原油产量的重要途径。
采用蒸汽驱技术时，由于注入井连续注入高干度蒸汽，注入油层中的大量热能加热油层，大大降低了原油粘度，而且注入的热流体将原油驱动至周围的生产井采出，使原油采收率增加20%-30%。然而，对于多层稠油油藏，由于各层岩石物性存在差异，以及初期开采过程中的合注合采，致使各层动用程度不均，加剧了蒸汽超覆和单层突进，使蒸汽驱纵向波及效率降低，影响了汽驱开采效果。因此，开展分层汽驱工艺技术的研究变的尤为重要。分层汽驱是减少注汽层间干扰，提高油层纵向动用程度的好方法。对于分层汽驱而言，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。而目前油田测试工艺达不到分层汽驱要求，所以需要一套试验装置在模拟地层的情况下，对分层汽驱管柱性能进行测试及配汽阀进行调试，以得到比较直观、科学的数据资料，总结出经验公式，指导现场施工。
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。地面模拟实验，就是检验分层配汽量与配汽嘴面积、孔口前后压差、干度之间的关系。在蒸汽驱的过程中，随着注汽量的增加，各个油层的参数均会发生变化，因此必须进行测试，掌握各层动态以调整注汽参数，达到最佳的蒸汽驱效果。
2 分层汽驱模拟实验目的
（1） 设计分层汽驱地面模拟实验装置，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。
（2） 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。
3 分层汽驱模拟实验装置的设计
该试验装置是国内首创的全尺寸、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分为蒸汽发生系统、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；实验装置的管柱設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。
3.1 试验的主要内容
（1） 运用等干度法对分层汽驱管柱性能进行测试；
（2） 不同的蒸汽干度对分层汽驱上下层蒸汽分配率的影响；
（3） 模拟不同地层压力下，分层汽驱管柱配汽阀喷嘴大小、形状对配注量的影响。
3.2 蒸汽发生系统的设计及参数选择
（1） 自来水软化系统
充足的自来水注入软化水罐，软化水罐内加药，通过搅拌器充分搅拌。
（2） 软化水稳定系统
经充分搅拌后的软化水进入沉降罐沉降，为锅炉提供合格的软化水。
（3） 蒸汽发生与监测系统
蒸汽发生及监测系统主要由锅炉、供油系统、安全报警系统组成。其中供油系统包括油罐、油泵、连接管线等；安全报警系统包括安全阀、压力表、温度表等。
3.3 蒸汽冷却系统的设计
（1） 蒸汽冷却系统
经过实验管柱上下层配汽喷嘴和管线的高温饱合蒸汽，分别经一级冷却系统（蒸汽冷凝器）和二级冷却系统（冷却水罐）的换热后，成为冷凝水。蒸汽冷凝器、冷却水罐均采用盘管式设计，盘管总长度达1500米，其设计冷却能力完全可以将温度300℃、压力10MPa、排量3m3/h的饱合蒸汽冷却成20℃—40℃冷凝水。
（2） 冷却水循环及喷淋系统
由于高温饱合蒸汽完全变成冷凝水是通过冷却水循环系统替换蒸汽的热量来完成的，所以在蒸汽冷凝器、冷却水罐盘管长度设计时有个前提条件：冷却水水温保持在40℃以下。为了达到此标准，首先，应确保冷却水循环系统的冷却水水源充足；第二，冷却水循环系统的管道泵扬程应达到7.3米以上；第三，必须有喷淋系统，使冷却水由高向低喷洒入冷却水池，冷却水池上方可覆盖铁纱网，以便于冷却水降温。
3.4 实验注汽管柱的设计
（1） 实验管柱安装设计
为确保实验安全以及操作方便，首先，实验管柱通过固定于地面的盲板法兰垂直固定；第二，在实验管柱旁竖立一个高约7米的实验台架，实验台架有上下两层操作平台，并且实验台架上配有五套卡子，可以把实验管柱牢牢固定于台架上，增加了安全系数。台架最上端配有导链，便于实验时拆装管柱，更换汽嘴。
（2） 实验管柱结构优化设计
实验套管管柱由一个异径法兰、两根2米的7″长套管、两根1米的7″短套管及2个套管四通组成。总长度7.35米。根据实验内容不同可任意组合。
实验套管内实验管柱串由2 7/8″油管+偏心配汽阀+带密封的中间法兰+同心配汽阀组成。
（3） 实验管柱井下状态模拟设计
实验套管内实验管柱串模拟井下分层汽驱管柱，将管柱分为上下两层，层间密封。实验时蒸汽通过偏心配汽阀及同心配汽阀分别进入上下两层，在两层出口处分别装有高压调节阀、高压差迷宫式截止阀以及充填砾石的降压短接，独特的高压差迷宫式截止阀采用多直角弯头反向连接方式，通过曲折流道、多级压降、迷宫密封，实现开关的高压差低流速，便于压力的控制，与高压调节阀、降压短接共同作用实现充分模拟地层回压的目的。
（4） 试验装置参数测量设计
蒸汽发生系统锅炉入口软化水参数测量主要有三个值：软化水的温度、压力、流量；其中流量值最为重要，以此可知道锅炉产生蒸汽的水当量值。锅炉出口测量有三个值：温度、压力及蒸汽干度。
试验管柱出口蒸汽参数分上下两层测量，各成一体。管柱出口参数测量主要有三个值：蒸汽温度、压力及蒸汽干度。蒸汽经过冷却系统后，完全变为冷凝水，在放空之前需要测量四个参数值：水的温度、压力、流量及干度取样。
4 结论
该项目设计了分层汽驱地面模拟实验装置，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。该装置可优选分层汽驱压力、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，对分层蒸汽驱技术的现场应用起到了指导作用，具有显著的社会、经济效益。
[关键词]蒸汽驱 多层稠油 实验装置
中图分类号：TE341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0286-01
1 概述
我国稠油资源丰富，约占石油总资源的20%以上，已成为世界第四大稠油生产国。我国稠油的油藏类型多、地质条件复杂、埋藏深度较深。辽河油田是我国最大的稠油生产基地，也是国内稠油油藏类型多、开发难度大、工艺最复杂的开发区。目前产量占整个油田产量的三分之一以上。加快稠油开采步伐，是提高原油产量的重要途径。
采用蒸汽驱技术时，由于注入井连续注入高干度蒸汽，注入油层中的大量热能加热油层，大大降低了原油粘度，而且注入的热流体将原油驱动至周围的生产井采出，使原油采收率增加20%-30%。然而，对于多层稠油油藏，由于各层岩石物性存在差异，以及初期开采过程中的合注合采，致使各层动用程度不均，加剧了蒸汽超覆和单层突进，使蒸汽驱纵向波及效率降低，影响了汽驱开采效果。因此，开展分层汽驱工艺技术的研究变的尤为重要。分层汽驱是减少注汽层间干扰，提高油层纵向动用程度的好方法。对于分层汽驱而言，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。而目前油田测试工艺达不到分层汽驱要求，所以需要一套试验装置在模拟地层的情况下，对分层汽驱管柱性能进行测试及配汽阀进行调试，以得到比较直观、科学的数据资料，总结出经验公式，指导现场施工。
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。地面模拟实验，就是检验分层配汽量与配汽嘴面积、孔口前后压差、干度之间的关系。在蒸汽驱的过程中，随着注汽量的增加，各个油层的参数均会发生变化，因此必须进行测试，掌握各层动态以调整注汽参数，达到最佳的蒸汽驱效果。
2 分层汽驱模拟实验目的
（1） 设计分层汽驱地面模拟实验装置，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。
（2） 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。
3 分层汽驱模拟实验装置的设计
该试验装置是国内首创的全尺寸、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分为蒸汽发生系统、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；实验装置的管柱設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。
3.1 试验的主要内容
（1） 运用等干度法对分层汽驱管柱性能进行测试；
（2） 不同的蒸汽干度对分层汽驱上下层蒸汽分配率的影响；
（3） 模拟不同地层压力下，分层汽驱管柱配汽阀喷嘴大小、形状对配注量的影响。
3.2 蒸汽发生系统的设计及参数选择
（1） 自来水软化系统
充足的自来水注入软化水罐，软化水罐内加药，通过搅拌器充分搅拌。
（2） 软化水稳定系统
经充分搅拌后的软化水进入沉降罐沉降，为锅炉提供合格的软化水。
（3） 蒸汽发生与监测系统
蒸汽发生及监测系统主要由锅炉、供油系统、安全报警系统组成。其中供油系统包括油罐、油泵、连接管线等；安全报警系统包括安全阀、压力表、温度表等。
3.3 蒸汽冷却系统的设计
（1） 蒸汽冷却系统
经过实验管柱上下层配汽喷嘴和管线的高温饱合蒸汽，分别经一级冷却系统（蒸汽冷凝器）和二级冷却系统（冷却水罐）的换热后，成为冷凝水。蒸汽冷凝器、冷却水罐均采用盘管式设计，盘管总长度达1500米，其设计冷却能力完全可以将温度300℃、压力10MPa、排量3m3/h的饱合蒸汽冷却成20℃—40℃冷凝水。
（2） 冷却水循环及喷淋系统
由于高温饱合蒸汽完全变成冷凝水是通过冷却水循环系统替换蒸汽的热量来完成的，所以在蒸汽冷凝器、冷却水罐盘管长度设计时有个前提条件：冷却水水温保持在40℃以下。为了达到此标准，首先，应确保冷却水循环系统的冷却水水源充足；第二，冷却水循环系统的管道泵扬程应达到7.3米以上；第三，必须有喷淋系统，使冷却水由高向低喷洒入冷却水池，冷却水池上方可覆盖铁纱网，以便于冷却水降温。
3.4 实验注汽管柱的设计
（1） 实验管柱安装设计
为确保实验安全以及操作方便，首先，实验管柱通过固定于地面的盲板法兰垂直固定；第二，在实验管柱旁竖立一个高约7米的实验台架，实验台架有上下两层操作平台，并且实验台架上配有五套卡子，可以把实验管柱牢牢固定于台架上，增加了安全系数。台架最上端配有导链，便于实验时拆装管柱，更换汽嘴。
（2） 实验管柱结构优化设计
实验套管管柱由一个异径法兰、两根2米的7″长套管、两根1米的7″短套管及2个套管四通组成。总长度7.35米。根据实验内容不同可任意组合。
实验套管内实验管柱串由2 7/8″油管+偏心配汽阀+带密封的中间法兰+同心配汽阀组成。
（3） 实验管柱井下状态模拟设计
实验套管内实验管柱串模拟井下分层汽驱管柱，将管柱分为上下两层，层间密封。实验时蒸汽通过偏心配汽阀及同心配汽阀分别进入上下两层，在两层出口处分别装有高压调节阀、高压差迷宫式截止阀以及充填砾石的降压短接，独特的高压差迷宫式截止阀采用多直角弯头反向连接方式，通过曲折流道、多级压降、迷宫密封，实现开关的高压差低流速，便于压力的控制，与高压调节阀、降压短接共同作用实现充分模拟地层回压的目的。
（4） 试验装置参数测量设计
蒸汽发生系统锅炉入口软化水参数测量主要有三个值：软化水的温度、压力、流量；其中流量值最为重要，以此可知道锅炉产生蒸汽的水当量值。锅炉出口测量有三个值：温度、压力及蒸汽干度。
试验管柱出口蒸汽参数分上下两层测量，各成一体。管柱出口参数测量主要有三个值：蒸汽温度、压力及蒸汽干度。蒸汽经过冷却系统后，完全变为冷凝水，在放空之前需要测量四个参数值：水的温度、压力、流量及干度取样。
4 结论
该项目设计了分层汽驱地面模拟实验装置，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。该装置可优选分层汽驱压力、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，对分层蒸汽驱技术的现场应用起到了指导作用，具有显著的社会、经济效益。