SAGD開發(fā)中提高蒸汽熱效率研究與應(yīng)用

摘要：SAGD（蒸汽輔助重力泄油）已在加拿大及國(guó)內(nèi)的遼河、新疆油田規(guī)模實(shí)施，目前遼河SAGD年產(chǎn)量達(dá)到100萬(wàn)噸以上，是一種高效的稠油熱采開發(fā)方式。SAGD技術(shù)主要利用蒸汽的汽化潛熱加熱油藏，整個(gè)生產(chǎn)過程中處于高溫高壓狀態(tài)，熱能消耗較大，因此如何提高蒸汽的熱效率，充分利用SAGD開發(fā)中的熱能是提高SAGD開發(fā)效果的關(guān)鍵因素。本文針對(duì)這一問題開展熱利用率分析，通過理論計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析出SAGD注蒸汽各階段蒸汽的熱量損失，明確了熱量損失的原因，為此制定了一系列技術(shù)措施，降低各階段的蒸汽的熱損失，保證了超稠油油藏SAGD開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：蒸汽輔助重力泄油;超稠油;熱效率;蒸汽;遼河油田

分類號(hào)：P631.4;TE34

一、SAGD開發(fā)過程熱量損失分析

SAGD開發(fā)過程中需要消耗燃料向地層中注入大量高干度蒸汽，且整個(gè)過程（注汽、舉升、集輸、油水處理）均處于高溫狀態(tài)，向井筒及環(huán)境散熱導(dǎo)致熱損失大。蒸汽的熱損失主要分布在六個(gè)方面：①注汽鍋爐的熱損失;②高溫分離水?dāng)y帶熱量;③注汽管線散熱;④注汽及生產(chǎn)井筒散熱;⑤地層吸熱;⑥產(chǎn)出液熱量損失。為減少蒸汽的熱損失，需要確定每一部分的熱損失量（圖1）。

二、提高熱效率措施

1.鍋爐及管網(wǎng)熱效率提升

鍋爐熱損失的主要因素是： 排煙熱損失和注汽鍋爐爐體散熱損失。降低排煙溫度可以明顯地提高加熱爐的熱效率，排煙溫度每降低50℃，排煙熱損失可降低2%～3%，相應(yīng)地鍋爐效率可增加2%～3%[6]。為此，開展了停運(yùn)爐前換熱器，在加熱煙管尾部設(shè)置空氣預(yù)熱器，采用熱管式空氣預(yù)熱器加熱空氣，可使加熱爐的煙氣溫度由230℃降低到170℃左右，達(dá)到了較為理想的效果;調(diào)節(jié)風(fēng)門，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)優(yōu)化控制，使送風(fēng)量和燃料量相匹配，鍋爐熱效率可提高2%以上。在管網(wǎng)熱損耗中，影響管網(wǎng)熱效率的主要因素為管線的保溫，針對(duì)這種情況， 在提高管網(wǎng)熱能利用率，降低管網(wǎng)熱損失方面可使用氣凝膠+陶瓷纖維氈的保溫結(jié)構(gòu)，降低管線的熱損失。

2.汽包鍋爐與MVC水處理技術(shù)

將目前的直流鍋爐+汽水分離器組合改成汽包鍋爐+MVC水處理組合，可以減少蒸汽在汽水分離器中的熱量損失，并且采用MVC水處理可將 SAGD 產(chǎn)出污水通過垂直薄膜蒸發(fā)技術(shù)處理成汽包爐可以用的蒸餾水，提高鍋爐發(fā)生蒸汽干度及產(chǎn)汽率，降低產(chǎn)廢水率，提高整個(gè)SAGD注汽及其供水系統(tǒng)熱效率[11]。

3.井筒及地層熱效率提升

在井筒熱損失方面，升級(jí)改造隔熱方式，采用真空隔熱管，降低蒸汽在井筒中的熱損失[7];在地層熱效率提升方面，通過降低操作壓力來提高蒸汽的熱效率，在SAGD開發(fā)中只能利用蒸汽的汽化潛熱加熱油層，壓力降低蒸汽的有效熱焓增加，蒸汽比容增大，將操作壓力由5.5MPa降至4.0MPa，熱效率提高6.6%;并且操作壓力降低，汽腔溫度由270℃降至251℃，巖石骨架儲(chǔ)熱向外釋放;以杜84塊館陶油層組為例，巖石骨架釋放的熱量相當(dāng)于55.3萬(wàn)噸蒸汽。

針對(duì)蒸汽腔抵達(dá)蓋層后熱效率降低的問題，實(shí)施氣體輔助SAGD，在蒸汽腔上部， 形成隔熱層， 減少蒸汽向上覆巖層的傳熱速度維持汽腔壓力，降低蒸汽用量，提高熱效率。

4.SAGD產(chǎn)出液熱能利用

SAGD產(chǎn)出液所攜帶的熱量占注入蒸汽總熱量的24.3%，產(chǎn)出液溫度高達(dá)180℃，如何利用這部分熱能不僅可以提高產(chǎn)出液的熱效率，又可以降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。目前采用三種方式對(duì)SAGD高溫產(chǎn)出液進(jìn)行余熱回收利用，一是與鍋爐供水換熱，提高供水溫度，節(jié)省燃料;二是與吞吐產(chǎn)液換熱，提高吞吐溫度;三是與伴熱系統(tǒng)換熱，用于班站板房供暖;通過以上三種方式既能高效利用 SAGD高溫產(chǎn)出液的熱量，又能將產(chǎn)出液溫度降至適合油水分離的溫度（90℃）。

通過以上措施的實(shí)施， SAGD注汽系統(tǒng)綜合熱利率有了顯著的提高， 目前注汽鍋爐系統(tǒng)熱效率已由原來的86.8%提高到88.9%。通過應(yīng)用汽包鍋爐及MVC水處理技術(shù)，提高蒸汽干度，減少熱量損失，并對(duì)注汽管線應(yīng)用新型保溫材料，加強(qiáng)注汽井筒隔熱新技術(shù)的應(yīng)用及油藏方面合理的調(diào)控，綜合熱利用率已由原來的 65%提高到82%，效果顯著。

三、結(jié)論

（1）注入蒸汽的干度及所攜帶的有效熱量在SAGD開發(fā)效果中起主要作用。

（2）結(jié)合超稠油油藏SAGD開發(fā)的特點(diǎn)，利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料并通過理論計(jì)算，分析出注汽系統(tǒng)各階段熱量損失所占比例。

（3）通過對(duì)SAGD注汽系統(tǒng)熱利用率影響的原因進(jìn)行分析，依靠技術(shù)進(jìn)步和注汽工藝的改造，綜合熱利用率提高了17%，保證了SAGD的開發(fā)效果。

（4）不斷提高蒸汽的熱利用率仍是保證SAGD后期開發(fā)的主要因素，需要在注汽、舉升和地面集輸系統(tǒng)展開充分深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文章.稠油注蒸汽熱采工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997：235-270.

[2]吳霞.蒸汽輔助重力泄油技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 特種油氣藏，2007，14（1）： 7-10.

[3]武毅，張麗萍，李曉漫，等.超稠油SAGD開發(fā)蒸汽腔形成及擴(kuò)展規(guī)律[J].特種油氣藏，2007，14（6）：40-43.

[4]張方禮，張麗萍，鮑君剛，等.蒸汽輔助重力泄油技術(shù)在超稠油開發(fā)中的應(yīng)用[J].特種油氣藏，2007，14（2）：70-72.

作者簡(jiǎn)介：王彥衛(wèi)（1984-），男，工程師，目前在遼河油田特種油開發(fā)公司地質(zhì)研究所從事超稠油開發(fā)工作。

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