一种提高井下蒸汽干度注汽管柱及其注汽方法

摘要

本发明属于油田生产稠油热采注汽工艺领域，特别是提高井下蒸汽干度的一种注汽方法，该方法是研制一种新工艺注汽管柱，该管柱主要包括超音速在线升压器2、在线分离器5、旋流闪蒸器6、高压喷射器7，利用饱和水的热焓值随压力的升高而升高，饱和蒸汽的热焓值随压力的升高而略有降低原理，通过在线升压，提高了蒸汽的携带能量，利用井下在线分离技术，使饱和水在闪蒸器内降压闪蒸成蒸汽，从而实现提高井下蒸汽干度，加大热驱半径，提高注汽效果降低了注汽成本，节约了能源，减少浪费。

权利要求

1.一种提高井下蒸汽干度的注汽管柱，由超音速在线升压器（2）、在线分离器（5）、旋流闪蒸器（6）、高压喷射器（7）四部分构成，其特征在于：包括蒸汽喷嘴（1）、超音速在线升压器（2）、管柱过渡段（3）、分离器孔（4）、在线分离器（5）、旋流闪蒸器（6）、高压喷射器（7），蒸汽喷嘴（1）、超音速在线升压器（2）、管柱过渡段（3）、在线分离器（5）、旋流闪蒸器（6）、高压喷射器（7）顺次连接，在线分离器（5）有分离器孔（4）。

2.一种提高井下蒸汽干度的注汽方法，其特征在于：

依据超音速在线升压，利用超音速在线升压方式，结合饱和蒸汽焓值与压力变化的计算结果，把低压蒸汽升压到所需要的高压蒸汽；

对待处理的湿蒸汽进行在线分离，把湿饱和蒸汽在线分离成干饱和蒸汽和高压饱和水，依据蒸汽的流量和蒸汽干度，计算需要在线分离的级数，确定分离器的结构，保证分离效果；

对分离后的干饱和蒸汽和高压饱和水采用分流道方式，以获得较高的分离效果；

分离后的高压饱和水进行低压闪蒸，以获得低压蒸汽和低压饱和水；

把闪蒸获得的低压蒸汽和低压饱和水注入油层。

3.如权利要求2所述的提高井下蒸汽干度的注汽方法，其特征在于所述低压闪蒸方式，采用旋流式闪蒸并分离。

说明书

一种提高井下蒸汽干度注汽管柱及其注汽方法

技术领域

[0001] 本发明属于油田生产稠油热采注汽工艺领域，特别是提高井下蒸汽干度的一种注汽管柱及其注汽方法。

背景技术

[0002] 在油田稠油热采实施过程中，主要是蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD等开采方式，尤其是蒸汽吞吐和蒸汽驱，多轮次开采以后，由于地下亏空，造成地层压力下降。注汽压力大幅度下降，注汽压力低，携带的热能就少，热损失不变，造成蒸汽干度低，影响了注汽效果。增加了注汽成本，消耗了能源，造成了不必要的浪费。目前，国内外现有的注汽技术没有提高井下蒸汽干度的工艺技术。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种提高井下蒸汽干度注汽管柱及其注汽方法。发明采用一种新工艺注汽管柱。该管柱下到井下，通过在线升压、在线分离、降压闪蒸、高压喷射实现提高蒸汽干度的目的。提高注汽效果。降低了注汽成本，节约了能源，减少浪费。

[0004] 本发明的目的是这样实现的，本发明的系统由超音速在线升压器、在线分离器、旋流闪蒸器、高压喷射器四部分构成，包括蒸汽喷嘴、超音速在线升压器、管柱过渡段、分离器孔、在线分离器、旋流闪蒸器、高压喷射器组成，蒸汽喷嘴与超音速在线升压器、管柱过渡段连接，并与在线分离器、旋流闪蒸器、高压喷射器依次连接，在线分离器有分离器孔。

[0005] 利用超音速升压原理，通过在线升压，把注汽压力提高到15.0-20.0MPa范围内，提高了蒸汽的携带能量，单位体积内蒸汽携带的热量增加13-20%，利用井下在线分离技术，高压高温饱和蒸汽进入在线分离器1-3，通过三级在线汽水分离，高温高压饱和蒸汽分成两路，一路为高干度蒸汽，高干度蒸汽直接进入油层，实现高干度注汽，并提高了蒸汽的推进速度。另一路为高温高压饱和水，高温高压饱和水进入闪蒸器，通过降压、实现闪蒸，使高温高压饱和水，闪蒸成低压饱和蒸汽，再进入油层。

[0006] 本发明由于采用超音速在线升压器、在线分离器、旋流闪蒸器、高压喷射器，利用饱和水的热焓值随压力的升高而升高，饱和蒸汽的热焓值随压力的升高而略有降低这一原理，提高井下蒸汽干度把高温水作为热能的载体，到井下通过不同的方式再释放出来，使部分饱和水变为饱和蒸汽，从而提高了蒸汽干度。

附图说明

[0007] 附图是本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0008] 如图所示：本发明的系统由超音速在线升压器2、在线分离器5、旋流闪蒸器6、高压喷射器7四部分构成，包括蒸汽喷嘴1、超音速在线升压器2、管柱过渡段3、分离器孔4、在线分离器5、旋流闪蒸器6、高压喷射器7组成，蒸汽喷嘴1与超音速在线升压器2、管柱过渡段3连接，并与在线分离器5、旋流闪蒸器6、高压喷射器7依次连接，在线分离器5有分离器孔4，该管柱设有三级在线分离器5，

[0009] 蒸汽喷嘴1与超音速在线升压器2连接，在超音速在线升压器2下端与管柱过渡段3连接，使升压后的高压蒸汽快速进入一级在线分离器5，高压蒸汽从分离器孔4喷出并分离，分离水进入连通管路，未分离彻底的高压蒸汽进入二级在线分离器5，高压蒸汽从分离器孔4喷出并进一步分离，分离水进入连通管路，未分离彻底的高压蒸汽继续下性，进入三级在线分离器5，分离彻底的高压蒸汽进入高压喷射器9，喷射进入油层，三次分离后的分离水进入旋流闪蒸器8，进行快速闪蒸，把分离水变成低压蒸汽和低压水，再进入油层。

[0010] 各部分的作用：

[0011] （1）超音速在线升压器：利用超音速升压方式，结合热能计算结果，确定升压幅度，保证升压效果。

[0012] （2）在线分离器：对井下注汽管柱内的是饱和蒸汽进行在线分离，有效地把湿饱和蒸汽在线分离成干饱和蒸汽和高压饱和水。

[0013] （3）旋流闪蒸器：采用旋流式闪蒸并分离，以获得较高的闪蒸效果。

[0014] （4）高压喷射器：提高整齐的推进速度，扩大正气加热半径，提高热采效果。

[0015] 本发明的工作原理：

[0016] 饱和水的热焓值随压力的升高而升高，饱和蒸汽的热焓值随压力的升高而略有降低，提高井下蒸汽干度注汽工艺技术就是利用这一原理而设计的，把高温水作为热能的载体，到井下通过不同的方式再释放出来，使部分饱和水变为饱和蒸汽，从而提高了蒸汽干度。

[0017] 根据两相流的流动特性，高温高压状态下，饱和蒸汽和饱和水是一个动态平衡，也就是说，同一时间内，饱和蒸汽变为饱和水的质量与饱和水变为饱和蒸汽的质量是相等的。这是饱和蒸汽热能的特点，高干度注汽工艺技术，针对这个特点，采用了超音速汽液两相流升压技术、管式在线分离技术、闪蒸技术，在饱和蒸汽与饱和水分离彻底的条件下，使井下蒸汽干度得到了最大限度的提升。

[0018] 技术指标：

[0019] 根据申请人的实验，采用本发明可以实现下列优化指标：

[0020] （1）蒸汽压力： 18.0MPa

[0021] （2）工作温度： 350℃

[0022] （3）干度提升幅度： ＞10%

[0023] （4）增加蒸汽热能: 13-20%

[0024] 本发明的主要技术优点：

[0025] （1）提高了井下蒸汽干度

[0026] 正常时，井下的注汽干度一般在50%以下。通过闪蒸，经计算，20.0MPa的高温高压水，闪蒸到7.0MPa，将有40%的饱和水变成干蒸汽，因此，井下的蒸汽干度将有大幅度的提高。

[0027] （2）增加了蒸汽的热能

[0028] 5.0MPa时，饱和水和饱和蒸汽焓分别为274.7calk/kg和667.6kcal/kg，17.0MPa时，饱和水和饱和蒸汽的焓分别为404.1kcal/kg和610.9kcal/kg，单位体积（每kg）的饱和蒸汽增加了近100kcal，如一井次注入量为2000吨，则多携带1.0×108kcal的热量。

[0029] （3）提高了稠油开采效果

[0030] 由于提高了蒸汽压力，蒸汽的推进速度将有明显的提高。蒸汽干度和蒸汽热能的增加，加大了油层的加热半径，扩大了原油的流动范围，从而进一步提高了吞吐效果。

[0031] （1）闪蒸率计算模型

[0032] 根据能量守恒定律，在汽水转换过程中，总的能量是不变的，只是存在形式的变化。由此得出：

[0033] igw·Q=idw·Qw+idq·Qq

[0034] =idw(Q-Qq)+idq·Qq

[0035] =idw·Q-idw·Qq+idq·Qq

[0036] (igw-idw)·Q=(idq-idw)·Qq

[0037]

[0038] 其中：

[0039] igw：高温饱和水焓值

[0040] idw：低温饱和水焓值

[0041] idq：低温蒸汽焓值

[0042] Qw：饱和水质量

[0043] Qq：闪蒸饱和蒸汽质量

[0044] Q：分离水质量

[0045] n：闪蒸率

[0046] （2）提高井下干度注汽管柱优化

[0047] 根据闪蒸率计算公式，结合具体注汽井的实际，优化出最大闪蒸率和最佳提升压力。根据注汽工艺和注汽参数，优化设计闪蒸级数。依据优化参数，设计提高井下干度注汽管柱。

[0048] （3）建立提高井下蒸汽干度计算模型

[0049] 根据蒸汽干度计算公式：

[0050]

[0051] 和干度的定义，得出：

[0052]

[0053] 其中：

[0054] X1:提升后的蒸汽干度；

[0055] X0:提升前的蒸汽干度；

[0056] n:闪蒸率。窗体顶端

[0057] 由计算公式可以看出，蒸汽干度在原来的基础上，增加了n(1-x),也就是说，提高井下干度注汽管柱，能够提高蒸汽干度n(1-x)%。

[0058] 本发明的技术方案是：通过在线升压，提高了蒸汽的携带能量，利用井下在线分离技术，使饱和水在闪蒸器内降压闪蒸成蒸汽。

[0059] 由于大部分油井油层注汽压力下降到3.0-7.0MPa范围内，通过理论计算，利用超音速升压原理，把注汽压力提高到15.0-20.0MPa范围内，单位体积内蒸汽携带的热量增加13-20%，高压高温饱和蒸汽进入在线分离器1-3，通过三级在线汽水分离，高温高压饱和蒸汽分成两路，一路为高干度蒸汽，高干度蒸汽直接进入油层，实现高干度注汽，并提高了蒸汽的推进速度。另一路为高温高压饱和水，高温高压饱和水进入闪蒸器，通过降压、实现闪蒸，使高温高压饱和水，闪蒸成低压饱和蒸汽，再进入油层。