遼河油田過(guò)熱蒸汽裝置研究

安慕華，馬華偉，陳 艷

(1.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085;2.中國(guó)石油規(guī)劃總院，北京 100083)

0 引言

目前，遼河油田開(kāi)采方式主要是注蒸汽吞吐，存在的主要問(wèn)題是注入井口的蒸汽干度低，蒸汽干度通常只有60%～70%，進(jìn)入油層的有效熱量減少，因此，對(duì)于超稠油達(dá)不到蒸汽吞吐熱采的實(shí)際效果。

國(guó)外稠油熱采的理論和實(shí)踐研究表明:提高注蒸汽干度有利于提高稠油熱采的采收率，大致注蒸汽干度每提高10%，采收率可提高3%［1－4］。因此，為提高稠油采收率，遼河油田決定在某采油廠進(jìn)行注過(guò)熱蒸汽試驗(yàn)。在現(xiàn)有的濕蒸汽發(fā)生器后增設(shè)過(guò)熱蒸汽裝置，提高進(jìn)入油層的蒸汽溫度。

雖然過(guò)熱蒸汽裝置已在哈薩克斯坦等地的油田得到成功應(yīng)用，但是，遼河油田濕蒸汽發(fā)生器采用的水源是經(jīng)過(guò)處理后的采出水，其中二氧化硅含量較高，易發(fā)生爆管事故［5－10］。為解決上述問(wèn)題，對(duì)過(guò)熱蒸汽裝置進(jìn)行優(yōu)化，研制出適合遼河油田現(xiàn)場(chǎng)情況的裝置。

1 技術(shù)分析

1.1 燃油過(guò)熱蒸汽裝置組成及工藝原理

過(guò)熱蒸汽裝置主要由蒸發(fā)段、汽水分離器、過(guò)熱段、高壓汽水混合器、燃燒器及儀表監(jiān)控、吹灰系統(tǒng)等七部分組成。

該過(guò)熱蒸汽裝置的工作原理:從濕蒸汽發(fā)生器來(lái)的濕飽和蒸汽進(jìn)入裝置對(duì)流段受熱蒸發(fā)，成為設(shè)計(jì)蒸汽干度的飽和蒸汽，飽和蒸汽攜帶高含鹽飽和水進(jìn)入汽水分離器將飽和水幾乎全部分離出來(lái)，分離出的蒸汽進(jìn)入裝置輻射段吸熱成為設(shè)計(jì)過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽，該過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽水混合器與由分離器分離出的高含鹽飽和水混合成為工藝所需要的一定過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽，注入試驗(yàn)井內(nèi)［11－12］。

1.2 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

過(guò)熱蒸汽裝置的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 過(guò)熱蒸汽裝置的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 蒸汽干度及過(guò)熱度控制技術(shù)

過(guò)熱蒸汽裝置蒸發(fā)段的蒸汽干度控制對(duì)裝置的安全運(yùn)行具有重要意義:如果蒸發(fā)段蒸汽中攜帶的高鹽份飽和水蒸發(fā)過(guò)多致使進(jìn)入汽水分離器的蒸汽干度高于92%，則勢(shì)必使部分鹽份在蒸發(fā)段即結(jié)晶析出，使?fàn)t管內(nèi)壁因積鹽導(dǎo)致熱量傳不出去而發(fā)生爆管，進(jìn)而嚴(yán)重影響裝置的安全運(yùn)行;如果在蒸發(fā)段蒸汽中攜帶的高鹽份飽和水蒸發(fā)量不足(蒸汽干度低于88%)，即進(jìn)入汽水分離器的濕飽和蒸汽攜帶水過(guò)多，則勢(shì)必將使汽水分離器液位過(guò)高、汽水分離不徹底，這樣就可能造成進(jìn)入過(guò)熱段的蒸汽攜帶一部分高含鹽飽和水，造成過(guò)熱段積鹽。因此，我們?cè)谶^(guò)熱蒸汽裝置的蒸發(fā)段和過(guò)熱段設(shè)有壁溫檢測(cè)報(bào)警點(diǎn)，當(dāng)管壁因積鹽致使壁溫急劇升高時(shí)，報(bào)警裝置會(huì)因壁溫超過(guò)設(shè)定溫度而自動(dòng)報(bào)警停爐，保證蒸發(fā)段和過(guò)熱段爐管不至于發(fā)生積鹽爆管，確保整套裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

雖然過(guò)熱段蒸汽出口溫度提高有利于提高汽水混合器之后的過(guò)熱蒸汽溫度，有利于提高注入油藏內(nèi)的蒸汽有效熱量，提高稠油產(chǎn)量，但是溫度過(guò)高將會(huì)對(duì)汽水混合器、注汽管道及井下設(shè)施的材料提出更高的耐溫要求和運(yùn)行操作方面的安全要求，因此，我們?cè)谶^(guò)熱蒸汽裝置的過(guò)熱段設(shè)有超溫報(bào)警點(diǎn)，當(dāng)蒸汽實(shí)際溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警停爐，保證爐管、注汽管道及井下設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，為精確控制過(guò)熱蒸汽裝置出口蒸汽溫度，在汽水混合器出口設(shè)置雙支熱電阻，一路信號(hào)接入燃燒器比例調(diào)節(jié)儀，另一路接入控制系統(tǒng)，既便于燃燒器根據(jù)混合段出口溫度進(jìn)行大小火調(diào)節(jié)，又便于在控制系統(tǒng)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 過(guò)熱蒸汽裝置積鹽監(jiān)測(cè)及應(yīng)對(duì)技術(shù)

過(guò)熱蒸汽裝置的給水為處理后的稠油采出水，水質(zhì)雖經(jīng)處理仍未達(dá)到熱采鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，取遼河油田過(guò)熱蒸汽裝置給水及冷凝水水樣進(jìn)行檢測(cè)，具體如表2所示。

表2 遼河油田過(guò)熱蒸汽裝置給水及冷凝水水樣分析

對(duì)于熱采鍋爐的水質(zhì)要求，SY/T 0097－2000《稠油油田采出水用于蒸汽發(fā)生器給水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中已有明確規(guī)定，具體如表3所示。

表3 熱采鍋爐給水水質(zhì)條件

對(duì)比表2和表3可看出:過(guò)熱蒸汽裝置給水的SiO2、鐵和懸浮物含量偏高，易形成硅酸鹽等影響裝置的運(yùn)行，易在裝置的過(guò)熱段和高壓汽水混合器形成積鹽，現(xiàn)對(duì)其形成原因進(jìn)行分析并提出解決措施。

從過(guò)熱蒸汽裝置蒸發(fā)段出來(lái)的濕飽和蒸汽雖可通過(guò)高壓汽水分離器進(jìn)行分離得到高干度飽和蒸汽，但隨著飽和蒸汽壓的提高，汽水密度差將越來(lái)越小，這樣勢(shì)必造成汽水分離不徹底，使得進(jìn)入過(guò)熱段內(nèi)的飽和蒸汽仍攜帶一定數(shù)量的高鹽份飽和水，而且飽和蒸汽本身也具有一定的溶鹽能力，因此，在過(guò)熱段勢(shì)必有鹽分析出。另一個(gè)較易積鹽的敏感部位是高壓汽水混合器，高鹽分飽和水與過(guò)熱段出來(lái)的過(guò)熱蒸汽在此充分混合成為過(guò)熱蒸汽的過(guò)程中，勢(shì)必有鹽分析出并堵塞飽和水噴孔。

為避免高含鹽飽和水在爐管內(nèi)積鹽爆管、混合器積鹽堵塞，我們?cè)谘b置蒸發(fā)段、過(guò)熱段、混合器的進(jìn)出口之間各設(shè)一臺(tái)差壓變送器，自動(dòng)監(jiān)測(cè)進(jìn)出口壓差，通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備的壓降是否超過(guò)設(shè)計(jì)壓降值來(lái)判斷積鹽情況，當(dāng)壓差大于設(shè)定值時(shí)，可通過(guò)控制燃燒器實(shí)現(xiàn)裝置轉(zhuǎn)小火運(yùn)行，通過(guò)攜帶有一定數(shù)量飽和水的濕飽和蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置管路系統(tǒng)的全自動(dòng)沖洗，使沉積在裝置管路的積鹽溶解于濕飽和蒸汽所攜帶的飽和水中而被帶走，從而保證裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行［13－15］。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

過(guò)熱蒸汽裝置研制成功后于2009年4月開(kāi)始在遼河油田進(jìn)行注過(guò)熱蒸汽吞吐試驗(yàn)，承擔(dān)著近60口井的生產(chǎn)注汽任務(wù)。試驗(yàn)中，針對(duì)裝置的運(yùn)行性能及各種安全控制檢測(cè)功能進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明:所檢測(cè)敏感部位爐管的壁厚及焊縫質(zhì)量良好，沒(méi)有發(fā)生腐蝕及爆管等現(xiàn)象，說(shuō)明該裝置的安全可靠性已經(jīng)經(jīng)受住實(shí)踐的考驗(yàn)，完全可以滿足稠油熱采試驗(yàn)的要求。

過(guò)熱蒸汽裝置的運(yùn)行參數(shù)為:進(jìn)入裝置的蒸汽干度為60% ～70%，蒸發(fā)段入口壓力為11～13 MPa;進(jìn)出口壓差在0.2～0.4 MPa之間變化，且壓差的變化幅度比較小;裝置混合器出口溫度在340～360℃，過(guò)熱度在20℃以上。

從注過(guò)熱蒸汽試驗(yàn)井的采油日?qǐng)?bào)可比較看出，4口試驗(yàn)井注過(guò)熱蒸汽后，與上輪注濕蒸汽時(shí)的采油情況對(duì)照分析顯現(xiàn)了較好效果，產(chǎn)液量增加較多、產(chǎn)油量上升、含水下降。采油效果對(duì)比分析見(jiàn)表4。

表4 注過(guò)熱蒸汽前后采油對(duì)比情況表

從表中數(shù)據(jù)分析看出:注過(guò)熱蒸汽后采油效果最明顯的是 D813－4760井、D813－4362井、D813－4059井，此三口井的產(chǎn)液量、采油量都有較大幅度提高，且D813－4760井、D813－4362井的平均含水都有所下降。D813－4760井與同期采油數(shù)據(jù)相比，產(chǎn)液量提高了 221.9 t，采油量提高了242.3 t，油量增產(chǎn)了46.8%，平均含水由原來(lái)的70.2%下降為61.3%;D813－4362井與同期采油數(shù)據(jù)相比，產(chǎn)液量提高了28 t，采油量提高了142.5 t，油量增產(chǎn)了168.8%，平均含水由原來(lái)的94.4%下降為85%;D813－4059井與同期采油數(shù)據(jù)相比，產(chǎn)液量提高了52.6 t，采油量提高了19.4 t，油量增產(chǎn)了47.4%，平均含水由原來(lái)的 96.3%下降為94.8%。

總的來(lái)說(shuō)，注過(guò)熱蒸汽后由于蒸汽熱焓大大增加，使地層滲流變好，稠油可順利從油藏中流向井筒，增加了采出量，顯現(xiàn)出較好的采油效果。

4 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況表明:研制的過(guò)熱蒸汽裝置能夠適應(yīng)遼河油田稠油熱采的需要，可以安全可靠連續(xù)運(yùn)行并生產(chǎn)出工藝所需要參數(shù)的過(guò)熱蒸汽。

過(guò)熱蒸汽裝置關(guān)鍵環(huán)節(jié)(蒸汽干度、過(guò)熱度、積鹽)，采用超常規(guī)的跟蹤自控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了裝置在線自動(dòng)檢測(cè)與實(shí)時(shí)控制，確保了裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。該設(shè)備的研制成功，實(shí)現(xiàn)了將處理后稠油采出水產(chǎn)生的濕飽和蒸汽直接過(guò)熱，用于超稠油油田的注過(guò)熱蒸汽吞吐開(kāi)采，并在遼河油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中產(chǎn)生了比常規(guī)濕飽和蒸汽熱采更好的采油效果。

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