油砂SAGD地面工程中的關鍵技術

辛敏東 王強 郭超 中國石油工程建設公司北京設計分公司

油砂SAGD地面工程中的關鍵技術

辛敏東 王強 郭超 中國石油工程建設公司北京設計分公司

SAGD是目前加拿大油砂工業(yè)應用最廣泛的開采技術。其原理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側面擴展，與油層中的原油發(fā)生熱交換；被加熱的原油黏度降低并與蒸汽冷凝水在重力作用下向下流動，從水平生產井中采出。要使油砂SAGD地面處理系統(tǒng)更經濟、可靠、環(huán)保，必須處理好油砂乳液多相集輸、脫水、除砂泥、污水處理回用熱采鍋爐、地基處理等關鍵環(huán)節(jié)的技術問題。

SAGD；油砂；降黏；分離；地基處理；污水回用

1 SAGD開采技術簡介

SAGD（蒸汽輔助重力泄油）是目前加拿大油砂工業(yè)應用最廣泛的開采技術。蒸汽輔助重力泄油是利用水平井、浮力及蒸汽來有效地開采稠油。其原理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側面擴展，與油層中的原油發(fā)生熱交換；被加熱的原油黏度降低并與蒸汽冷凝水在重力作用下向下流動，從水平生產井中采出。其蒸汽腔持續(xù)擴展，占據(jù)原油的體積。蒸汽室內壓力恒定，沒有施加壓力梯度，流動完全是重力所致。

目前，SAGD開采油砂配套的地面處理系統(tǒng)包括井場、集輸管網、集中處理站及其他附屬設施。

2 幾個關鍵的技術環(huán)節(jié)

2.1 從井口到集中處理站的油砂乳液集輸工藝技術

加拿大SAGD井口套管產出氣CO2含量很高，如采用分輸方案，輸送過程中腐蝕現(xiàn)象比較嚴重。考慮到人工成本昂貴，管線和設備維護費用高等特點，故采用油氣混輸方案。主要流程為：井口采出油砂瀝青乳液經計量后通過流量調節(jié)閥控制，與井口套管產出氣混合（在混合輸送中瀝青乳液所占比例需不低于4%，以確保多相混輸泵的最低工作要求），氣液混合物經過空冷器冷卻至一定溫度，經多相泵增壓，再經接收器穩(wěn)定后進入外輸管線。建議利用軟件進行油砂多相流動的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)模擬，模擬流體在管道內的流動狀態(tài)、腐蝕規(guī)律等，為工程設計提供參考。

2.2 稀釋瀝青降黏技術

國內對于摻入稀油方面的研究也見于各類期刊，早期文獻對稠油中摻入稀油后的混合物黏度的計算進行了研究，通過將稀油摻入稠油的降黏實驗，總結分析了混合液黏度的有關計算公式及曲線，并推薦使用雙對數(shù)公式。劉文勝等人對稠油管輸技術及其方法進行了介紹，并就采用每種方法的可行性進行了論述，提出了建議，其中有關稀釋輸送的章節(jié)，探討了加入稀油后混合外輸?shù)膬?yōu)缺點。雷西娟等人也對稠油摻稀輸送方法進行了列表比較分析。

結合加拿大油砂瀝青實際工程項目，總結出以下經驗：①要根據(jù)目標對象的實際物性，選擇適合的稀油品種；②根據(jù)實際可以獲取到的稀油源，選擇最優(yōu)方案；③要考慮生產上可行并且綜合成本最低；④要符合業(yè)主要求，同時遵守項目所在地的法律法規(guī)。

2.3 瀝青乳液脫水工藝技術及優(yōu)化

在進行脫水前需要加入破乳劑和稀釋劑，以保證最終從電脫水器出來的稀釋瀝青的沉淀固體及水的含量少于0.5%。稀釋劑和破乳劑的添加方案及用量均會對分離效率產生影響，因此必須對脫水工藝進行整體設計與優(yōu)化，以提高其效率及經濟性。

國內對于類似的重油分離也有一些研究，例如采用熱化學沉降脫水、摻稀釋劑脫水及電法脫水對超稠油進行脫水試驗研究，通過大量試驗比對，解決超稠油脫水難題，提出了超稠油脫水最佳工藝參數(shù)，以滿足生產需要。

2.4 除砂設備的研究及設計

錐底罐是除砂系統(tǒng)的關鍵設備，其結構尺寸（直徑、高度）很大。因此，在錐底罐的設計中，首先在工藝結構上要滿足脫除油砂的基本要求，其次在結構強度上還要考慮罐體沉降、抗風、抗震等要求，最終設計出錐底罐的合理結構。

錐底罐作為油砂處理用的新型罐體結構，其錐底部分設計已經超出了API650的適用范圍。目前，國內在尺寸較大（超過500 m3）、大錐角（超過30°）的油砂處理用錐底罐的理論性研究還處于空白階段。建議開展這方面的研究，優(yōu)化結構和支撐設計，推導相應的計算方法。

2.5 污水處理回用熱采鍋爐技術

近幾年，一種新型處理油田污水并用于鍋爐生產蒸汽的技術---機械壓縮法（MVC水處理系統(tǒng)）已被廣泛使用。與傳統(tǒng)工藝相比，該技術的優(yōu)點是：①流程大大縮短；②實現(xiàn)SAGD高溫產出水循環(huán)利用，節(jié)約了清水資源；③能實現(xiàn)了高溫污水的熱能利用，節(jié)約了汽包鍋爐燃料；④可以實現(xiàn)高礦化度稠油污水回用；⑤MVC技術對廢水的要求不高，只對少數(shù)指標敏感（如硅含量、堿度）。

2.6 特殊條件下的地基處理技術

加拿大寒冷地區(qū)的建筑結構物當采用樁基礎時，常因地基土凍脹而使基樁上拔，地基設計需考慮土體體積力和土體凍結相變產生的凍脹力會造成上部結構物的破壞。

分析土的凍結過程是研究高寒地區(qū)地基處理方法的一個重要環(huán)節(jié)，而土的物理性質對凍脹性的影響作用剖析是凍結過程分析的重要內容。因此，有必要通過對比，研究國內外凍脹土條件下的樁基礎實例和技術規(guī)范，形成一套在加拿大凍脹土條件下樁基的設計計算方法，包括經驗參數(shù)的選取，為將來在同類條件下的工程設計提供技術參考。

3 結語

要使油砂SAGD地面處理系統(tǒng)更經濟、可靠、環(huán)保，必須處理好油砂乳液多相集輸、脫水、除砂泥、污水處理回用熱采鍋爐、地基處理等關鍵環(huán)節(jié)的技術問題。并且在解決這些問題時應注意：①經系統(tǒng)外排的油泥（砂）必須滿足當?shù)氐呐欧艠藴?，同時盡量降低外排泥砂的油含量，從而減少油損耗；②經系統(tǒng)處理后的油要達到管輸標準，盡量減少加稀釋劑和摻稀油的量，以達到經濟指標要求；③經系統(tǒng)排入到下游污水深度處理單元的污水的處理指標要盡量高，以減輕下游處理的負擔；④在系統(tǒng)中加入的各種藥劑，不應改變系統(tǒng)原有的酸值和含氮量等，避免給下游煉制帶來難度；⑤提高水循環(huán)利用率，減少水資源消耗。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.011