我国稠油开采以注蒸汽热采为主,其产量超过稠油产量的80%。本文以注汽系统为研究对象,以增加注入到井底的蒸汽干度、提高注汽系统能量利用率为目的,开展了基础理论及现场试验研究。本文的主要研究内容包括:1.蒸汽吞吐开采机理及影响因素研究蒸汽吞吐开采包括:注汽、焖井和采油三个阶段,本文对此作了介绍。在此基础上,结合国内外有关研究成果,对蒸汽吞吐开采增产机理、影响因素及提高蒸汽吞吐开采效果的技术措施进行了探讨。2.注汽系统用能评价分析注汽系统由产汽环节、输汽环节、注汽环节和利用环节四个部分组成,各部分均存在能量损失。为了有效地降低系统及各个环节的能量损失,本文根据系统及各个环节组成特点建立了能量转换分析模型,给出了评定准则,并利用测试数据进行了分析计算。在此基础上对注汽系统及各部分的用能状况进行了分析评价,找出了用能薄弱环节及设备,并对形成原因作了分析。本项研究成果,为后续研究工作指明了方向,对同类注汽系统有指导意义。3.提高注汽锅炉运行热效率研究注汽锅炉是注汽系统的关键设备。测算分析结果表明,注汽锅炉运行热效率和火用效率均低于额定工况下的设计值,分别低4.1-8.0个百分点和4.1-6.3个百分点。热效率和火用效率达不到设计值的原因,一是排烟温度超过设计值,二是空气系数偏高。本文从降低注汽锅炉排烟温度和减少空气系数(氧气含量)两个方面开展了攻关研究。该项研究,经历了从现场调研、测试评价分析、确定改造方案、安装调试及现场试验等研究过程。提高注汽锅炉运行热效率研究,从理论分析、试验设计、实际改造运行及节能效益等方面来看,均达到了预期效果。在其它类型注汽锅炉上采取余热回收及配风调节技术,可参照本项研究成果,根据注汽锅炉实际情况进行设计。4.输汽管线保温结构优化设计及试验研究保温效果不良的输汽管线,在注汽系统中的热损率超过10%。通过节能技改研究,可使热损率降低一半以上,节能潜力很大。本项研究通过进行现场调研、测试分析,查清了管线保温存在的问题;然后从影响保温效果和使用寿命的三个主要因素:保温材料性能、保温结构和施工工艺入手, 采用室内模拟试验研究和<WP=4>工程试验相结合的方法, 进行了研究。研究内容包括,筛选优质保温材料、设计最优保温厚度、研制适合于输汽管线的保温结构等。研究过程,按照室内试验、示范试验、改进后的工程试验及扩大试验等的顺序进行。研制的“内层涂料+中间型材+外层涂料”三层复合保温结构,是输汽管线理想的保温结构。5.井筒热损模拟计算及试验对比研究运用传热学、热力学及流体力学等学科知识,对井筒传热过程进行了分析。在此基础上,建立了井筒传热综合计算模型。本文所建的井筒传热综合计算模型,借鉴了国内外已有的研究成果,又有所发展。在该模型中,把蒸汽温度、压力看作变量;考虑了不同隔热管结构;压降按两相流理论计算;模型中的各方程用分段形式来描述,适合用有限差分的计算方法来求解。鉴于模型中的计算,已有公式计算误差较大,本文回归拟合了两个精度比较高的公式。其中ln型WM拟合公式精度更高一些,建议实际计算时选用本文回归的两个公式。根据实际分析计算结果,讨论了井口注汽参数(注汽速度、注汽干度及注汽时间等)变化对注入到井底的蒸汽参数(压力、温度、干度及热损)的影响。实测注入到井底的蒸汽干度小于模拟计算结果,本文通过试验研究,分析了产生这一问题的原因,给出了一些修正办法。根据理论及试验研究结果,提出了一些改进隔热管性能的建议。