稠油熱采注汽管線新型節(jié)能保溫材料

衣懷峰 韓春雨 張建國(guó) 張犁（新疆油田公司質(zhì)量管理與節(jié)能處）

稠油熱采注汽管線新型節(jié)能保溫材料

衣懷峰 韓春雨 張建國(guó) 張犁（新疆油田公司質(zhì)量管理與節(jié)能處）

針對(duì)稠油熱采注汽管線保溫技術(shù)差,散熱損失大等問題,從影響注汽管線保溫效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手,采用先進(jìn)的保溫工藝和材料，重點(diǎn)做好管線保溫材料的優(yōu)選、保溫層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和管線支架的散熱保溫三個(gè)方面工作。通過應(yīng)用效果比較,對(duì)注汽管線保溫采用納米氣凝毯復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)和節(jié)能支架進(jìn)行技術(shù)改造,節(jié)能效果明顯。

稠油熱采 注汽管線 節(jié)能 保溫納米氣凝毯

近年來，隨著新疆油田的發(fā)展，稠油開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，稠油產(chǎn)量已占原油總產(chǎn)量的33%左右，但稠油開采能耗占油田生產(chǎn)總能耗的70%左右。根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)，今后稠油開采的能耗還將有所增加。注汽系統(tǒng)是稠油開采過程中的能耗大戶，能耗約占稠油開采總能耗的80%。

注汽系統(tǒng)主要由注汽站和注汽管網(wǎng)兩大部分組成，地面注汽工藝方面采用集中供熱、分散注汽的方式，高溫高壓蒸汽通過較長(zhǎng)的注汽管道輸送到計(jì)量配汽間，然后通過注采合一管道到井口注入井下。注汽管道輸送的濕飽和蒸汽干度為80%，管道工作壓力為6～12 MPa，工作溫度為275～324℃。

傳統(tǒng)注汽管網(wǎng)保溫技術(shù)導(dǎo)致蒸汽在輸送過程中熱損失較大。據(jù)注汽系統(tǒng)能量平衡測(cè)試結(jié)果顯示：注汽鍋爐環(huán)節(jié)能量損失占總熱損失的73.19%，注汽管線熱損失占25.19%，井口散熱損失占1.17%，使注入到油藏的蒸汽品質(zhì)（干度）降低，影響稠油開發(fā)效果，稠油開發(fā)成本升高。

因此，采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用的保溫技術(shù)對(duì)注汽管道進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，降低注汽管線熱損失，提高管線保溫效果，是需要解決的重點(diǎn)問題。

1 注汽管線保溫現(xiàn)狀及存在問題

注汽管線敷設(shè)方式為低支架架空敷設(shè)，采用水泥支墩和鋼支架支撐固定，大部分規(guī)格為DN100，注汽管道供汽半徑為0.75～2.5 km。截至2008年12月，已建注汽管線長(zhǎng)度超過700 km。

目前在用注汽管道保溫大部分采用復(fù)合硅酸鹽瓦（單層瓦或雙層瓦）和NT-2型復(fù)合硅酸鹽漿料等保溫材料，少部分仍在用珍珠巖瓦，厚度為100～160 mm，采用鍍鋅鐵皮作為外保護(hù)層。管道大部分采用水泥支墩加鋼支架支撐固定，因其散熱量占注汽管道散熱量的15%～20%，近年來開始應(yīng)用不同種類的保溫支架。

經(jīng)調(diào)查，在用注汽管道熱損失大的原因主要有：

（1）管道支架和閥門未采取保溫措施進(jìn)行保溫；

（2）管道保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)的選擇不盡合理，導(dǎo)致保溫效果達(dá)不到要求。隨著使用年限的增加和裸露在外遭受侵蝕，保溫材料老化嚴(yán)重。當(dāng)管道環(huán)境溫度變化較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)和熱應(yīng)力，采用的硬制保溫瓦（特別是彎頭、三通處）容易破裂，瓦間的接縫容易拉開，保溫層易發(fā)生損壞，導(dǎo)致保溫失效；

（3）施工過程中的人為因素造成保溫瓦之間接縫不嚴(yán)密，異形管段處理不好，使保溫工程存在一定的質(zhì)量缺陷。

2 納米氣凝毯絕熱保溫材料性能及特點(diǎn)

納米氣凝毯絕熱保溫材料是二氧化硅在溶劑中凝結(jié)成膠體后濾去溶劑，并由一種非紡織的、碳纖維和玻璃纖維棉絮加固結(jié)構(gòu)的柔性毯狀新型保溫材料。與傳統(tǒng)使用的保溫材料相比，主要有以下幾方面特點(diǎn)：

◇導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫性能優(yōu)良；

◇較強(qiáng)的抗老化能力，在高溫下不變形，且能保持良好的防水性；

◇具有柔變性能，抗?jié)B、抗裂、防水、抗壓、抗震，使用壽命長(zhǎng)；

◇更加輕巧，安裝效率高，便于施工使用。

氣凝膠與傳統(tǒng)保溫材料技術(shù)性能對(duì)比見表1。

表1 氣凝膠與傳統(tǒng)保溫材料技術(shù)性能對(duì)比

3 納米氣凝毯保溫材料在油田注汽管線保溫上的應(yīng)用

從影響注汽管道保溫效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，重點(diǎn)做好管道保溫材料的優(yōu)選、保溫層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和管道支架的散熱保溫三個(gè)方面工作。

在保溫材料選擇上，選用導(dǎo)熱系數(shù)低、絕熱性能好的保溫材料，篩選確定了納米氣凝毯類和復(fù)合硅酸鹽板為保溫材料。納米氣凝毯是一種輕質(zhì)二氧化硅非晶態(tài)材料，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.035 W/（m·K），溫度范圍為-200～650℃，具有“透氣不透水”特性，憎水性好，阻燃性能優(yōu)良，質(zhì)地柔軟，彈性好。復(fù)合硅酸鹽板為高溫發(fā)泡而成的柔性保溫材料，具有良好的彈性、耐溫性（800℃)，導(dǎo)熱系數(shù)低［0.044 W/（m·K）］，適應(yīng)性強(qiáng)。

圖1 硅酸鹽板復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)示意圖

在保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面，為提高保溫結(jié)構(gòu)密封性能和減小輻射傳熱，采用了復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)（圖1、圖2）。多層復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)選用復(fù)合硅酸鹽板或納米氣凝毯為主體保溫材料，復(fù)合鋁箔作熱反射層，外包橡塑發(fā)泡材料。通過保溫材料的優(yōu)選和保溫工藝的優(yōu)化可最大限度地確保保溫結(jié)構(gòu)的完整和密封性能，有效隔絕熱能傳遞；同時(shí)新材料對(duì)彎頭、三通等異型件保溫的薄弱環(huán)節(jié)也有較好的適應(yīng)性。

在管道支架保溫方面，選用分別適用于固定式和活動(dòng)式支架的保溫支架，將注汽管道與金屬支架間的熱傳遞隔絕。隔熱板采用絕熱性能較好、耐高溫高壓的XB450橡膠石棉板[導(dǎo)熱系數(shù)為0.1743 W/（m·K），333 K]，工作溫度≤400℃，老化系數(shù)為0.9，耐壓≤6 MPa。

表2 硅酸鹽板復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)熱損失測(cè)試結(jié)果

表3 三種保溫結(jié)構(gòu)的對(duì)比

圖2 納米氣凝毯復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)示意圖

4 應(yīng)用效果分析

2007—2009年，新疆油田公司主要采用硅酸鹽板復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)、納米氣凝毯復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)及NT-2漿料保溫結(jié)構(gòu)對(duì)稠油區(qū)塊90 km注汽管線進(jìn)行了節(jié)能改造，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司西北油田節(jié)能監(jiān)測(cè)中心對(duì)應(yīng)用情況的對(duì)比測(cè)試表明，節(jié)能效果明顯。

硅酸鹽板復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)熱損失測(cè)試結(jié)果見表2。由測(cè)試結(jié)果可以得出，硅酸鹽板復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)散熱損失比雙層硅酸鹽瓦保溫結(jié)構(gòu)散熱損失降低了64.3%，納米氣凝毯復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)散熱損失比硅酸鹽板復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)散熱損失降低了29.9%。

綜合比較表2和表3，采用納米氣凝毯復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)與其他保溫結(jié)構(gòu)相比，應(yīng)用效果最好。已改造的注汽管道，產(chǎn)生了較大的節(jié)能效益，有效提高了注汽質(zhì)量，提高了稠油開發(fā)效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）稠油熱采注汽管線保溫采用納米氣凝毯復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用節(jié)能支架和隔熱材料對(duì)管道支架進(jìn)行保溫，從整體上考慮管線保溫，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的，節(jié)能效果顯著。

（2）隨著稠油注汽工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)根據(jù)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)基本原理，通過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩種方式，確定架空注汽管道的最佳管徑和最佳保溫層厚度，特別是針對(duì)復(fù)合反射式保溫結(jié)構(gòu)，應(yīng)確定每種保溫材料的最佳厚度，在節(jié)能的前提下，使注汽管道的運(yùn)行費(fèi)用和投資成本達(dá)到最佳平衡點(diǎn)。

（3）應(yīng)加強(qiáng)保溫施工質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，減少施工過程中人為因素帶來的質(zhì)量缺陷，確保注汽管道的保溫質(zhì)量。

[1]《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：648-649.

The New Type Energy-Saving Heat Insulation Materials for Steam-Injecting Pipeline Used in the Heavy Oil Thermal Recovery

Yi Huaifeng,Han Chunyu and Zhang Jianguo et al.

Heavy oil thermal recovery，Steam injection pipeline，Energy-saving，Thermal InsulationAspen aerogels material

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.006

2010-12-25）

衣懷峰，1982年畢業(yè)于華東石油學(xué)院，高級(jí)工程師，中國(guó)科學(xué)院博士研究生，國(guó)家973項(xiàng)目課題長(zhǎng)，中國(guó)石油大學(xué)節(jié)能減排培訓(xùn)專家，國(guó)家節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，長(zhǎng)期從事油氣田生產(chǎn)運(yùn)行和節(jié)能減排技術(shù)及管理工作。

In view of bad thermal insulation technology and lots of heat loss of the steam-injecting pipeline in the heavy oil thermal recovery,start with the key link that affect steam-injecting pipeline thermal insulation，try to use advanced thermal insulation technology and materials,focusing on optimization of pipe insulation materials and insulation structure and the thermal insulation of pileline support，through the comparison of application effect,we can increase the thermal insulation of steam-injecting pileline by adopting nano thermal insulation structure and energy-saving support.