稠油開采最前沿

富恒成 張博

【摘 要】隨著油田稠油開發(fā)的不斷深入，沿用注濕蒸汽的常規(guī)吞吐方法已不能滿足稠油采收率的提高和開采新技術(shù)發(fā)展的緊迫需要。稠油的高輪次開采主要是依靠蒸汽汽化潛熱加溫原油，蒸汽中的水分對產(chǎn)出無益，反而增加占據(jù)地層的孔隙體積，使采出液含水率上升，原油產(chǎn)量降低。為了大幅度提高稠油的采收率，要求注井的蒸汽品質(zhì)越高越好，當(dāng)以蒸汽過熱態(tài)為最佳。稠油開采采用過熱蒸汽吞吐技術(shù)后，采收率顯著提高，產(chǎn)量可增加3～8倍。因此，注過熱蒸汽是增加稠油產(chǎn)量的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】稠油 注蒸汽采油 蒸汽汽化 過熱蒸汽

【中圖分類號】TE934【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0025-02

1、前言

稠油是世界經(jīng)濟發(fā)展的重要資源，其儲量十分豐富。在加拿大、委內(nèi)瑞拉等國家發(fā)現(xiàn)了70多個稠油油田；我國已探明和開發(fā)的稠油區(qū)域，主要分布在遼河油田、勝利油田、新疆克拉瑪依油田和中原油田，稠油的儲量在世界上居第七位，目前稠油的產(chǎn)量已經(jīng)占全國石油年產(chǎn)量的十分之一左右。20世紀60年代，注蒸汽采油技術(shù)已經(jīng)在美國、委內(nèi)瑞拉等國廣泛應(yīng)用，不僅大大地提高了稠油產(chǎn)量、加快油田的采油速度，而且獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。我國稠油在物理性質(zhì)上與國外有著明顯的不同，主要區(qū)別是：相同密度的稠油，中國稠油的粘度相對較高。根據(jù)我國稠油的物理特點，分類為普通稠油、特稠稠油和超稠油，標準分別為：油層溫度下脫氣油粘度：普通稠油： 100 ～10000 mPa·s；特稠油10000～50000 mPa·s；超稠油（天然瀝青）：>50000 mPa·s

2、 注蒸汽采油的機理和方法

2.1 注蒸汽開采稠油的機理

所謂的注蒸汽開采稠油就是向油層注入高溫、高壓的濕飽和蒸汽加熱油層，將油層溫度提高到200攝氏度以上，此時稠油的粘度將由幾百或幾千毫帕秒下降到10 mPa.s以下，即使是瀝青也降到幾十毫帕秒，很容易開采出來。主要有蒸汽吞吐法和蒸汽驅(qū)法。

3、干蒸汽發(fā)生器簡介

3.1 結(jié)構(gòu)及主要設(shè)備

（1）結(jié)構(gòu)形式

其結(jié)構(gòu)是在濕蒸汽發(fā)生器的基礎(chǔ)上多了球形汽水分離器、過熱段及噴水減溫器等部分。

過熱段是由單光管水平往復(fù)組成的矩形結(jié)構(gòu)，位于高溫?zé)煔鈪^(qū)域，其功能是將分離出的干飽和蒸汽繼續(xù)加熱升溫。

球形汽水分離器位于輻射段出口和過熱段入口之間，其功能是將濕蒸汽中的汽水進行徹底分離。分離效率達到99%以上，可滿足過熱器安全運運行的要求。

噴水減溫器位于過熱器出口與汽水分離器飽和水出口混合處，其功能是將飽和水得以汽化、高過熱度蒸汽得以降溫。飽和水通過噴嘴以霧狀方式噴到過熱蒸汽中，與過熱蒸汽充分混合。

（2）主要設(shè)備

a）燃燒器選用分體式燃氣燃燒機 。

b）給水泵及變頻裝置

給水泵選用容積式往復(fù)柱塞泵，最大給水流量和壓力滿足負荷運行并有裕量；柱塞泵配套變頻裝置實現(xiàn)軟啟動，流量控制采用變頻調(diào)節(jié)，穩(wěn)定、波動小。

3.2 汽水流程

生水經(jīng)過濕蒸汽發(fā)生器同樣流程加熱汽化后達到70～80%的蒸汽干度，然后進入到球形汽水分離器進行汽水分離，分離出的干蒸汽（干度99%以上）再進入到過熱段加熱，溫度達到460℃左右進入噴水減溫器，與分離出的飽和水充分混合，經(jīng)混合后的蒸汽溫度降低到約330～360℃，最后注入井下。

3.3 自動控制要素

（1）硬件組成

硬件系統(tǒng)組成為：壓力變送器、溫度傳感器等測量與檢測儀表，電氣動力設(shè)備及變頻等執(zhí)行機構(gòu)，可編程控制器PLC、觸摸屏嵌入式HMI及遠程IPC等組成的中央控制系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)軟件

由嵌入式HMI（人機界面）程序、PLC控制程序和IPC遠程監(jiān)控程序三部分軟件組成。

（3）主要功能

a）蒸汽干度和過熱度在線顯示

b）PID全程運轉(zhuǎn)自動控制

c）安全警報

d）系統(tǒng)先進性

3.4關(guān)鍵及核心技術(shù)

（1）汽水分離是基礎(chǔ)

球形汽水分離器性能優(yōu)良，高效分離，分離效率達到99.9%，是過熱器安全運行的必要基礎(chǔ)。

具有一定干度的飽和蒸汽通過汽水分離，從汽水混合物中分離出干蒸汽，將干蒸汽送入過熱器中加熱，使蒸汽溫度提高從而轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。

安全可靠性是第一品質(zhì)，過熱段管束及彎頭材料設(shè)計選用12Cr1MoVG材質(zhì)，耐溫565℃。

（2）析鹽處理是關(guān)鍵

在蒸汽發(fā)生器中導(dǎo)致受熱管結(jié)垢有二種情況：一種是由Ca+、Mg+形成的非溶解垢，一種是由Na+ 、K+等形成的可溶解垢。鍋爐給水已完全祛除Ca+、Mg+等，剩存在水中的Na+ 、K+等在蒸汽干度過高或過熱的工況下才會析出并結(jié)在受熱管內(nèi)壁上，其原因是受熱管管壁的溫度遠大于蒸汽介質(zhì)的溫度。而飽和水與高過熱度的蒸汽在噴水減溫器中噴霧汽化再轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽的過程中，鹽分以微小固態(tài)顆粒狀析出，但不會粘附在輸送管道的內(nèi)壁上。其原因是管道壁不受熱，蒸汽介質(zhì)的溫度大于管壁的溫度，管壁對鹽分不具有吸附力。

強制循環(huán)蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的飽和濕蒸汽經(jīng)過分離將干蒸汽再過熱，避開受熱區(qū)析鹽，高過熱度的干蒸汽再與分離出的飽和水通過噴水減溫器，內(nèi)置的霧化噴嘴對飽和水進行壓力霧化，使飽和水分散于高溫蒸汽汽流中混合，飽和水在混合瞬間汽化后析出的微小固態(tài)顆粒被高速的蒸汽汽流帶走。

（3）程控技術(shù)是核心

過熱注汽鍋爐從啟動、點火、運行實現(xiàn)了全過程自動控制，兼容二種狀態(tài)三種工況，可隨時根據(jù)需要選擇運行方式。程控全過程包括從啟動點火、水火跟蹤、輻射段出口蒸汽干度檢測、球型汽水分離器適時分離、液位保持、干度恒定、汽水混合等，實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)的全程在線，整機系統(tǒng)具備了過程監(jiān)測與控制、故障報警、故障診斷、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史故障查詢、數(shù)據(jù)報表自動生成 。

4、結(jié)論

提高采收率的關(guān)鍵是提高注入油層的蒸汽品質(zhì)，蒸汽溫度越高，單位質(zhì)量的蒸汽所攜帶的熱量越多，注入地層的有效熱量增多，產(chǎn)量和采收率就能夠提高。若以高壓過熱蒸汽注入油層進行熱采，采收率可達到50%～70%，單井產(chǎn)量有效提高。相對于注濕蒸汽發(fā)生器，主要具備以下優(yōu)勢：

1）運行平穩(wěn)，安全可靠，故障率低；

2）模塊化設(shè)計，搬遷靈活，適應(yīng)性強；

3）用低成本軟化水生產(chǎn)過熱蒸汽，經(jīng)濟效益高；

4） 工藝流程新穎，運行實現(xiàn)零排放，節(jié)能環(huán)保；

5） 操作系統(tǒng)人性化，人機界面直觀友好，操作簡潔易懂；

6） 燃燒火焰可換擋調(diào)節(jié)，保證良好的燃燒工況；

7） 干度自動檢測，無需人工化驗，實現(xiàn)自動化控制；

8） 數(shù)據(jù)管理功能強大，系統(tǒng)功能豐富。

綜上，注過熱蒸汽是增加稠油產(chǎn)量的有效途徑。干蒸汽發(fā)生器在注蒸汽開采稠油領(lǐng)域是完全可行的。

參考文獻

[1] 趙文英 蓋軼 申海燕 熱注運行工讀本.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[2] 中油八建 過熱蒸汽技術(shù).遼寧：中油八建 2009.

[3] 沈平平 張義堂等 熱力采油-提高采收率技術(shù).北京：石油工業(yè)出版社 2006.

[4] 劉繼和 孫素鳳.注汽鍋爐（第三版）.北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[5] 吳為民 化工機械.甘肅：化工機械雜志社2005.