本實(shí)用新型涉及石油行業(yè)稠油熱力開采的裝置，尤其是油田熱采蒸汽管路高溫高壓蒸汽的止回與放空裝置。

二、

背景技術(shù)：

稠油亦稱重質(zhì)原油或高粘度原油(英文名為heavy oil)，按粘度分類，把在油層溫度下粘度高于100mps的脫氣原油稱為稠油。據(jù)估計(jì)世界常規(guī)石油的總資源量為3000億噸，此外還有稠油、油砂及油頁巖等非常規(guī)石油資源，它們的儲(chǔ)量折合為石油估計(jì)有八九千億噸之多，這些將成為21世紀(jì)石油的重要來源。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，我國稠油的儲(chǔ)量在世界上居第七位，迄今已發(fā)現(xiàn)有9個(gè)大中型含油盆地和數(shù)量眾多的稠油油藏區(qū)塊。近年來，我國也加速了稠油的開發(fā)，目前稠油的產(chǎn)量已經(jīng)占全國石油年產(chǎn)量的十分之一以上。在油田的石油開采中，稠油具有特殊的高粘度和高凝固點(diǎn)特性，在開發(fā)和應(yīng)用的各個(gè)方面都遇到一些技術(shù)難題。就開采技術(shù)而言，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和長鏈?zhǔn)炘斐稍驮趦?chǔ)層和井筒中的流動(dòng)性變差，要求實(shí)施高投入的三次采油工藝方法。高粘、高凝稠油的輸送必須采用更大功率的泵送設(shè)備，并且為了達(dá)到合理的泵送排量，要求對輸送系統(tǒng)進(jìn)行加熱處理或者對原油進(jìn)行稀釋處理。熱力采油是稠油采出的主要方法。

熱力采油之所以能居于EOR中的特殊地位，是由于它具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)使用的工作介質(zhì)是到處都可以取得的水和空氣。該類方法的應(yīng)用范圍不受制備大試劑技術(shù)條件的限制。

(2)在各種不同的油田地質(zhì)埋藏條件下，熱采方法通常都可得到較高的原油采收率。

(3)熱采方其它EOR方法比較，經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。美國能源部的一份關(guān)于EOR可行性報(bào)告中指出，熱采費(fèi)用指數(shù)最低，凈附加采收率最高。

(4)常規(guī)的熱采方法(注蒸汽和火燒油層)是以消耗部分能源(燃料和電能)為代價(jià)，開采更多原由的能量密集型工藝技術(shù)。各種各樣的節(jié)能技術(shù)，如熱電聯(lián)產(chǎn)，原煤的地下煤氣化，劣質(zhì)煤的流化床燃燒技術(shù)等相繼運(yùn)用于熱采工藝，能降低熱采成本，使之更具吸引力。

注蒸汽(包括蒸汽吞吐和整齊驅(qū))和火燒油層組成熱采的兩大工藝。都是工業(yè)化的采油方法，(1)能量利用效率上，連續(xù)注蒸汽不僅有向上下蓋層的導(dǎo)熱損失，而且在進(jìn)入油層之前，還有一定數(shù)量的能量損耗在地面和井筒的輸汽過程中。

(2)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)費(fèi)用和附加采收率的高低可以衡量哪一中可采工藝更可取。技術(shù)費(fèi)用包括一般性開支和特殊性開支。一般性開支主要是鉆井和完井、注采設(shè)備、地面裝置、施工和維修費(fèi)。特殊性開支是指與所用工藝法所用的費(fèi)用，主要包括 蒸汽發(fā)生器、壓縮機(jī)和泵等設(shè)備所耗的能源及投資。在大多數(shù)的情況下，注蒸汽占有絕對的優(yōu)勢地位。

蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)，蒸汽吞吐通常的過程是：在幾周(2～4周)內(nèi)每天向該井注入一定數(shù)量的蒸汽，停注后關(guān)井?dāng)?shù)天使蒸汽凝結(jié)，浸泡油層使熱量擴(kuò)散，然后開井生產(chǎn)。待產(chǎn)量減至一定限度時(shí)，再重復(fù)上述過程，因此它又被稱為循環(huán)注蒸汽、蒸汽浸泡或蒸汽激勵(lì)。蒸汽吞吐提高產(chǎn)量的可能因素有：(1)注入蒸汽的熱量提高了油層溫度，因降粘增加原油流動(dòng)性。(2)油層流體熱膨脹。(3)溶解氣體壓縮。(4)減少殘余油飽和度。(5)井筒和近井地帶清洗解堵效應(yīng)。由原油增產(chǎn)的第一個(gè)因素(降粘)可知，該工藝特別適用于對溫度很敏感的高粘原油。從其它因素可以預(yù)計(jì)，它對輕質(zhì)原油業(yè)有增產(chǎn)效果。

蒸汽吞吐工藝的主要參數(shù)有：注入蒸汽的熱力參數(shù)(壓力或溫度和干度)，注入速率(t/h)，總注氣量(t/循環(huán))和燜井時(shí)間(d)。

(1)蒸汽熱力參數(shù)它們往往受蒸汽發(fā)生器和井深等條件限制。在上述條件許可下，盡可能注以高干度的飽和蒸汽，因?yàn)楦啥忍岣?.1相當(dāng)于溫度提高30～40℃的熱量，在蒸汽發(fā)生器無法提高干度的場合下，可在地面采用汽水分離器。

(2)注汽速率它時(shí)常受限于蒸汽發(fā)生器容量和油層吸氣能力，盡可能大的注汽速率不僅減少地面和井筒熱量損失，而且縮短油井非生產(chǎn)時(shí)間，油層高度上熱量分布也更均勻些。

(3)總注汽量對不太厚的油藏，它應(yīng)當(dāng)與油層厚度成正比，成功地蒸汽吞吐油井，每米油層的注汽量為40～100t/m。油層有效厚度大，取較低值，以使總注汽時(shí)間不超過一個(gè)月，以2～3周為宜。

(4)燜井時(shí)間燜井的作用是使注入蒸汽的熱量在油層內(nèi)充分?jǐn)U散，燜井的時(shí)間較短，開井后油井可能有幾天自噴，這部一定是好的生產(chǎn)方式，這意味著大量的蒸汽帶走熱量。但燜井的時(shí)間過長，不能利用蒸汽注入使壓力提高驅(qū)動(dòng)能量，特別對能量不足的油藏，燜井的時(shí)間應(yīng)適當(dāng)短些，以2～3d，最長不超過8d；蒸汽吞吐之所以被廣泛應(yīng)用是由于：

(1)有較高的采油速度，產(chǎn)量響應(yīng)快，注汽2～4周燜井幾天后即可投入生產(chǎn)，采油時(shí)間幾個(gè)月，甚至可高達(dá)一年。

(2)經(jīng)濟(jì)效益較高，作為成本標(biāo)志之一的油汽比高達(dá)1以上。但它只是一種激勵(lì)措施，很少增加油層驅(qū)動(dòng)能量，最高采收率不超過30％，因此為了提高油藏的最終采收率，一般在蒸汽吞吐若干次后實(shí)施蒸汽驅(qū)。

蒸汽驅(qū)：蒸汽驅(qū)是一種類似于注水的提高采收率方法，需要選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)，影響蒸汽驅(qū)效果的主要參數(shù)是：蒸汽熱力參數(shù)、注入速率、井網(wǎng)大小和幾何形狀。

(1)蒸汽熱力參數(shù)蒸汽驅(qū)通常是在吞吐已采出相當(dāng)數(shù)量的原油，油層壓力降低后進(jìn)行的，因此蒸汽壓力比吞吐小，相應(yīng)的飽和度也低，至于蒸汽干度，汽驅(qū)干度應(yīng)高些，汽驅(qū)初期宜高些，注入蒸汽體積大，接觸原油的體積也多，但氣相粘度遠(yuǎn)比水相小，使水蒸汽混合粘度降低，不利的流度比會(huì)導(dǎo)致驅(qū)替效率和波及效率變差，因 此存在著一個(gè)最佳蒸汽干度。汽驅(qū)后期，被驅(qū)替的原油后面已形成蒸汽冷凝的熱水帶，宜注干度低的蒸汽甚至可考慮注熱水或冷水，防止蒸汽在采油井的突破，減少產(chǎn)液帶走過多熱量，提高蒸汽驅(qū)的油汽比。

(2)注入速率與蒸汽吞吐不同，為了消除井網(wǎng)尺寸的影響，蒸汽驅(qū)以單位油層的體積為基準(zhǔn)衡量注入速率，雖然數(shù)值模擬計(jì)算表明，注入速率對原油采收率幾乎沒有影響，不存在最佳注入速率問題，但從減少地面和井筒熱損失著眼，以較大的注入速率為宜。

(3)井網(wǎng)尺寸和幾何形狀布井方式與油藏特性有關(guān)，對于稠油油藏蒸汽驅(qū)而言，應(yīng)該遵守下列規(guī)則：

井距不宜太大，以減少上下蓋層熱損失，并能有利于防止蒸汽超覆，當(dāng)油藏較深時(shí)，采用小井距在經(jīng)濟(jì)上不可取。

高生產(chǎn)井/注水井比的井網(wǎng)將有較高的采收率，故常用反五點(diǎn)，反七點(diǎn)的布井方式。

井網(wǎng)的注入井和采油井，汽驅(qū)前都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行吞吐，或者在注入井汽驅(qū)初期采油井同時(shí)進(jìn)行吞，減小驅(qū)油通道阻力。稠油油藏開發(fā)一般可劃分為如下五個(gè)階段，即冷采、蒸汽吞吐、蒸汽吞吐加蒸汽驅(qū)、蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)。

(1)冷采階段

一般僅適合于原油粘度較低，有一定滲流能力的稠油油藏，該階段產(chǎn)量所占比重不大。而國內(nèi)遼河高升油田則占有相當(dāng)大的比例，如生產(chǎn)16年采收率達(dá)到23.2％，其中冷采采收率達(dá)13.9％，占一半以上。

(2)蒸汽吞吐階段

一般而言，蒸汽吞吐可劃分為3個(gè)小階段：

l)吞吐生產(chǎn)初期(l一3周期)，此時(shí)產(chǎn)液量增加，地下虧空增加，地層壓力降低，綜合含水低于30％；

2)吞吐生產(chǎn)中期(4一5周期)，此時(shí)產(chǎn)液量達(dá)最大，地下虧空最大，綜合含水30％～60％，地層壓力最低，處于吞吐到汽驅(qū)轉(zhuǎn)換方式的最佳時(shí)機(jī)；

3)吞吐生產(chǎn)末期(6一8周期)，此時(shí)產(chǎn)液量減少，地下存水增加，地層虧空減少，甚至不虧空，地層壓力由最低開始回升，此時(shí)單井日產(chǎn)很低，綜合含水大幅度上升，最高可達(dá)80％以上，部分井由于汽竄甚至可能100％含水。一般而言，由于蒸汽吞吐階段加熱的油藏體積有限，波及系數(shù)不高，其采收率不會(huì)高于30％。

(3)蒸汽吞吐加蒸汽驅(qū)

此階段延續(xù)時(shí)間一般在半年到一年，此時(shí)蒸汽驅(qū)井組陸續(xù)投入蒸汽驅(qū)，而采油井還在進(jìn)行蒸汽吞吐。此時(shí)注汽井連續(xù)注汽，使油層得到了連續(xù)的熱量供應(yīng)，而吞吐井繼續(xù)生產(chǎn)，則使吞吐所加熱的油藏采出液量增加，達(dá)到降低采油井地層壓力的目的，由此建立起的注采井間地層壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為下一步連續(xù)蒸汽驅(qū)創(chuàng)造了良好的條件。

(4)蒸汽驅(qū)

蒸汽驅(qū)使稠油油藏提高采收率的主要手段，根據(jù)新疆油田分公司蒸汽驅(qū)的情況分析，蒸汽驅(qū)可以劃分為4個(gè)小的階段：

l)蒸汽驅(qū)初期升壓階段。此階段由于吞吐期間地層虧空，油層壓力低，注入蒸汽一方面為油層連續(xù)提供熱量，更主要的是向地層補(bǔ)充能量，提高地層壓力，生產(chǎn)井因油層部分壓力上升，驅(qū)動(dòng)壓差增大，使井筒附近液體向井滲流。因此該階段表現(xiàn)為壓力上升很快，含水大幅度上升，最高可達(dá)95％以上，液量上升不大，產(chǎn)油量低，是熱采生產(chǎn)的低谷期，延續(xù)時(shí)間半年到一年左右，生產(chǎn)方式主要以熱水驅(qū)加部分蒸汽驅(qū)為主。

2)蒸汽驅(qū)中期穩(wěn)壓階段。此階段由于注入大量高溫高壓蒸汽，注汽井周圍油層溫度大幅度上升，地層壓力也上升到接近注入壓力，并由此形成注汽并與采油井間的驅(qū)替壓力梯度，加上吞吐期間的預(yù)熱油藏作用，使得吞吐期間波及不夠或未波及到的井間區(qū)域開始受到蒸汽驅(qū)的作用，采油井產(chǎn)油量開始上升并達(dá)到峰值，地層壓力上升到一定值后保持穩(wěn)定。此階段延續(xù)時(shí)間為半年到兩年左右，生產(chǎn)方式以蒸汽驅(qū)為主。

3)蒸汽驅(qū)后期突破竄進(jìn)階段。此階段主要表現(xiàn)為壓力達(dá)到一定值后發(fā)生蒸汽突破，此時(shí)產(chǎn)液量迅速上升，產(chǎn)油量迅速降低，綜合含水高達(dá)98％。此階段的出現(xiàn)，標(biāo)志著蒸汽驅(qū)已接近晚期，當(dāng)然也有因蒸汽推進(jìn)不均勻而發(fā)生竄進(jìn)，致使采油井水淹的現(xiàn)象，就需要進(jìn)行調(diào)整，此階段延續(xù)時(shí)間極短，一般1～2個(gè)月，表現(xiàn)為熱水竄進(jìn)。

4)蒸汽驅(qū)調(diào)整增產(chǎn)階段。此階段是在出現(xiàn)大量水竄的情況下進(jìn)行的，此時(shí)可采取注汽井間注、采油井連續(xù)生產(chǎn)或降低注汽強(qiáng)度、控關(guān)高含水井、封堵汽竄層、投球選注、分層注汽等調(diào)整措施，可使汽驅(qū)產(chǎn)量維持在蒸汽驅(qū)中期的水平。本階段持續(xù)時(shí)間一般1一2年，其驅(qū)替方式以蒸汽驅(qū)為主體。

(5)熱水驅(qū)根據(jù)有關(guān)計(jì)算，在飽和流體的儲(chǔ)層中，注入蒸汽熱量的64％是用于加熱巖石的，僅有36％是用來加熱流體的，因此通過蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)生產(chǎn)后，仍有高達(dá)2/3的熱量是儲(chǔ)存在巖石骨架中的，地層采收率一般為30％～45％，地層尚有剩余油存在。因此，可改蒸汽驅(qū)為熱水驅(qū)方式，充分利用這部分熱量。美國克恩河油田所進(jìn)行的熱水驅(qū)可提高采收率5％以上。

稠油熱采的新工藝包括：1、注蒸汽加溶劑或聚合物，在注蒸汽之前先注入高濃度的聚合物溶液或溶劑，聚合物在很長一段時(shí)間內(nèi)，作用于高滲透性層帶，而低滲透性層帶不受影響，因此該法能提高波及系數(shù)。2、注熱堿水，注熱堿水是采用熱化學(xué)的方法之一，其主要的原理是：采用層內(nèi)干蒸汽形成加熱帶，使熱作用和化學(xué)作用結(jié)合起來，為空隙介質(zhì)中驅(qū)替原油創(chuàng)造優(yōu)越的條件。3、蒸汽—?dú)怏w循環(huán)法，可保證處于開采后期的稠油藏具有良好的工藝效果，可持續(xù)11——33個(gè)月提高油井開采的技術(shù)指標(biāo)。4、水平井與注熱水結(jié)合進(jìn)行，試驗(yàn)表明，水平井與注熱水綜合利用可提高油井采收率。5、注熱水和空氣，通過注熱水和空氣而在地層中生成蒸汽，采用該法可克服單一方法的缺點(diǎn)。依靠地層內(nèi)低溫液相氧化反應(yīng)使熱水轉(zhuǎn)化為蒸汽，在地層內(nèi)直接建立蒸汽段賽與燃燒源，形成層內(nèi)燃燒，這是一種有前途的方法。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是，提出一種控制蒸汽方向回流和放空的裝置，可同時(shí)應(yīng)用于蒸汽吞吐和汽驅(qū)階段，適用于高壓蒸汽與中低壓蒸汽的要求。本實(shí)用新型目的還在于，解決鍋爐停注瞬間井內(nèi)的蒸汽與原油混合物反串至注汽管道，腐蝕注汽管道，縮短注汽管道的壽命，帶來安全隱患。本實(shí)用新型還設(shè)有放空功能，使整套注汽流程的維修變得簡易。本實(shí)用新型調(diào)適用壓力范圍大，適用于各種的稠油的熱采工況條件。

本實(shí)用新型技術(shù)方案是：高溫高壓蒸汽止回放空裝置，包括第一連接卡箍1、第二連接卡箍2、蒸汽放空閥3、蒸汽止回閥4、主管體5、副管體6；蒸汽止回閥4與主管體5串聯(lián)，副管體并聯(lián)在主管體上，副管體串聯(lián)蒸汽放空閥3。主管體5的端部設(shè)有第一連接卡箍與第二連接卡箍。副管體6為放空管。

進(jìn)一步的，裝置中的蒸汽止回閥的閥體與閥蓋之間采用自緊式密封結(jié)構(gòu)(即伍德密封結(jié)構(gòu))，設(shè)有排放功能：若注汽管線中有需修理的情況，鍋爐停止注汽后，開啟本裝置的放空閥即可。使整套注汽流程的維修變得簡易。本裝置采用活動(dòng)連接方式，安裝或拆卸方便。

本實(shí)用新型的有益效果：

1、本實(shí)用新型具有止回功能：解決鍋爐停注瞬間井內(nèi)的蒸汽與原油混合物反串至注汽管道，腐蝕注汽管道，縮短注汽管道的壽命，帶來安全隱患。

2、本實(shí)用新型具有放空功能，使整套注汽流程的維修變得簡易。

3、安裝、拆卸使用方便，受到試用油田的極好評價(jià)。

四、附圖說明

圖1高溫高壓蒸汽止回放空裝置結(jié)構(gòu)圖。

五、具體實(shí)施方式

如圖所示，圖1高溫高壓蒸汽止回放空裝置結(jié)構(gòu)圖中，包括第一連接卡箍1、第二連接卡箍2、蒸汽放空閥3、蒸汽止回閥4、主管體5、副管體6(放空管)；蒸汽止回閥4與主管體5串聯(lián)，副管體并聯(lián)在主管體(蒸汽止回閥的進(jìn)口管)上，副管體串聯(lián)蒸汽放空閥3。主管體5的端部設(shè)有連接卡箍2。將第一連接卡箍1與進(jìn)汽管道連接、第二連接卡箍2與下游管道連接即可。在整套注汽官網(wǎng)需要維護(hù)或修理時(shí)，打開蒸汽放空閥3即可。

本裝置的閥門組件、管體等材料均經(jīng)過防腐蝕，能有效防止高礦化度含量原油與蒸汽混合物的腐蝕。

本裝置的密封性能極佳，壓力越高密封性能越好；閥瓣與閥座密封面材料采用耐腐蝕、耐高溫、耐撞擊、耐擦傷的硬質(zhì)合金。