摘要
针对目前稠油多轮次蒸汽吞吐后期，井筒沿程热损失大，地层能量下降快，吞吐周期递减大，含水高，采收率低的情况，改进的技术有氮气辅助蒸汽热采技术，此技术可以降低蒸汽热损失、减少蒸汽用量、降低油井含水率、减缓底水锥进，还可以保持地层压力，提高采收率，但是增油效果有限。因此，本论文对热氮气辅助蒸汽热采技术的可行性和开采机理进行分析，并优化了注热氮气的比例，为该技术在油田的试验和推广提供理论依据。 本文首先研究了蒸汽-热氮气混合物在井筒中的流动规律，研究注入不同温度的氮气、注入不同流量的热氮气以及不同井口蒸汽干度时混合物在井筒中流动时井筒参数的变化规律。然后进行了竖直平板表面蒸汽-热氮气凝结换热的实验研究，通过在竖直平板上进行纯蒸汽、蒸汽-不同温度的氮气以及不同比例蒸汽-热氮气的凝结换热实验，研究注入氮气的温度以及注入不同比例的热氮气对水蒸气凝结换热的影响。最后进行了热氮气辅助蒸汽传热的实验研究，通过具有隔热效果的填砂模拟装置，进行蒸汽驱、氮气辅助蒸汽驱、热氮气辅助蒸汽驱实验，对沿程温度、采收率以及含水率进行对比和分析。 研究结果表明：增加氮气的温度能够增加井底的蒸汽干度，在本算例中，当氮气温度由20℃升高到400℃时，井底蒸汽干度增加了0.1。纯蒸汽的凝结换热由于液体不能润湿壁面而发生珠状凝结过程，具有较高的凝结换热系数。热氮气的存在会极大地影响水蒸汽凝结换热效果，在同一条件下，蒸汽-热氮气混合气体的凝结形态是膜状凝结。氮气温度增加能够增加混合气体的进口温度，从而使气体主流温度增加，凝结换热系数降低。且随着注入热氮比例的增加，在单位时间内凝结下来的水越来越少，所以水蒸气凝结率降低，换热系数降低。蒸汽与热氮气同注过程中，热氮气能够强化蒸汽传热，且随着热氮气注入量的增加，采收率是增加的，但是当热氮气注入量增加到一定程度，采收率反而下降。在室内实验条件下，蒸汽与热氮气混注时，存在一个最优的注热氮比，且最优热氮比在30左右。
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