隔熱油管影響因素的分析研究

王 君（渤海裝備遼河熱采機(jī)械公司，遼寧 盤錦 124010）

隔熱油管影響因素的分析研究

王 君
（渤海裝備遼河熱采機(jī)械公司，遼寧 盤錦 124010）

摘 要：隔熱油管是當(dāng)前我國稠油注蒸汽開采的重要井筒隔熱工具，在工作期間它的隔熱性能會直接影響整個熱采效果。作者根據(jù)多年的工作實踐，對影響隔熱油管隔熱性能的相關(guān)因素進(jìn)行了系統(tǒng)的分析總結(jié)。發(fā)現(xiàn)影響隔熱油管的因素主要有以下幾個方面，層間的真空度；宜隔熱油層和鋁箔之間的接觸情況；另外水蒸汽、二氧化碳等污染物的存在等因素。這幾方面的因素都可以降低隔熱油管的使用壽命。論文針對以上幾個方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，期待能給同行一個參考。

關(guān)鍵詞：隔熱油管；影響因素；隔熱層；傳熱

當(dāng)前，我國及世界其它國家都廣泛采用注汽熱采的方式進(jìn)行石油開采。特別是在稠油注蒸汽開采時的過程當(dāng)中，井筒當(dāng)中熱量的損失是影響注汽熱采的重要因素。注汽熱采過程當(dāng)中，常使用隔熱油管來減少井筒當(dāng)中的熱量損失，提高注入到油層的蒸汽干度，目的在于保護(hù)套管內(nèi)外的水泥壞避免被損壞。在我國大慶油田及相關(guān)的油田開采過程當(dāng)中，許多的稠油井都非常深，所以需要的注汽壓力都非常的高，在這種情況下，不光需要采用隔熱油管來減少熱量損失，還對隔熱油管本身的隔熱性能也增加了更高的要求。用隔熱油管注汽可以使注汽熱損失大幅度降低，大大提高可注入深度和注入油層的蒸汽質(zhì)量。隨著當(dāng)前我國稠油油田開發(fā)熱的形成，井筒隔熱技術(shù)越來越受到稠油油田開采研究工作者的重視。正是于此，所以本論文對影響隔熱油管性能的影響因素做了全面的綜述分析，給同行提供參考。

1 隔熱材料對隔熱油管性能的影響分析

一般來講，我們所認(rèn)識隔熱材料主要是指阻滯熱流傳遞的材料，又稱熱絕緣材料。但是隔熱油管上所使用的隔熱材料有其特殊性，主要是指內(nèi)外管壁所用的材料以及隔熱層選用的具有高反射率的材料。眾所周之，氣體和液體都是沒有固定形狀的流體，沒有辦法單獨(dú)固定在油管壁外，所以只能是考慮材料的特性。從保證油管具有穩(wěn)定的隔熱層尺寸和導(dǎo)熱性能來看，在可成型的條件下，希望材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小越好。在實際的工作環(huán)境當(dāng)中，蒸汽驅(qū)隔熱油管的工作環(huán)境為400攝氏度以上，這就對隔熱管材提出來更高的性能要求。所以在隔熱油管的制備過程當(dāng)中，必須加入一定量的耐高溫的合金元素。通過合金元素加入量的調(diào)解從而使隔熱油管具有良好的抗拉和蠕變性能，以及優(yōu)秀的焊接工藝性，讓其它能滿足井筒隔熱的需求。當(dāng)前常見的真空隔熱油管主要結(jié)構(gòu)是這樣的。首先是在隔熱油管內(nèi)管外壁先纏一層鋁箔，然后在鋁箔上纏一層玻璃絲布，再纏第二層鋁箔﹑第二層玻璃絲布，直到按設(shè)計要求纏到所需要的層數(shù)。在這中間有一個形成了一個隔熱層，隔熱層利用遮熱板來達(dá)到減少熱量損失的目的。這個隔熱層當(dāng)中的遮熱板所用的菜聊主要是硅酸鹽之類的材料。在對隔熱層進(jìn)行真空抽取后，再在其中充以一些惰性氣體。當(dāng)前對于高反射率的鋁箔旨再減少熱輻射，相關(guān)的研究也正在進(jìn)行當(dāng)中。

2 層間真空度對隔熱油管性能的影響分析

隔熱油管95%以上都是使用的真空隔熱油管，包括導(dǎo)熱和輻射換熱兩種形式，有時可能還會出現(xiàn)對流換熱，所以層間真空度對于隔熱油管的性能影響是非常大的。由于隔熱材料物性是影響不同壓力下視導(dǎo)熱系數(shù)的重要參數(shù)，大慶石油學(xué)院的王忠華等人的研究表明，在不同的隔熱材料物性值下，不同壓力下的視導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力的變化有著相似的規(guī)律：當(dāng)p＜10-1Pa 或p＞103Pa時，同壓力下的視導(dǎo)熱系數(shù)基本與壓力無關(guān)；但在p處于10-1Pa～103Pa時，不同壓力下的視導(dǎo)熱系數(shù)隨p的減小而減小。從這研究上我們可以看到，對于層間的真空度有要求，過高或是過低都會影響整個的隔熱效果。對于使隔熱油層﹑鋁箔以及相關(guān)層間之間的接觸需要適當(dāng)?shù)乃缮?，太過于嚴(yán)實，會加大輻射換熱，降低隔熱油管的性能。

3 夾層殘氣對高真空隔熱油管的影響分析

在工作過程中，高真空隔熱油管內(nèi)外管和隔熱材料在注汽過程會有相關(guān)的氣體進(jìn)行產(chǎn)生和釋放，這會降低隔熱油管隔熱層的真空度，在一定程度上會降低真空隔熱油管的使用壽命。所以需要對隔熱夾層產(chǎn)生的殘氣進(jìn)行處理。中國石油大學(xué)的王志國等人對隔熱夾層中的殘氣進(jìn)行了研究分析，通過氣質(zhì)聯(lián)用儀掃描發(fā)現(xiàn)，夾層殘氣的主要成份是水蒸汽﹑二氧化碳以及相關(guān)的碳?xì)浠衔?，正這這些成份降低了隔熱層的真空度。所以應(yīng)該考慮使用相關(guān)的除氣工藝對其進(jìn)行除去，用來提高真空隔熱油管的使用壽命。相關(guān)的研究分析表明，殘氣中75%左右為水蒸汽，水蒸汽排除一方面需要有合理的除氣工藝，另一方面還必須保證層內(nèi)表面光潔，以保證隔熱油管的隔熱性能，延長使用壽命；對于二氧化碳?xì)垰庵屑疤細(xì)浠衔铮瑧?yīng)注意碳?xì)浠衔锏姆迦?，這樣可徹底消除內(nèi)壁及隔熱材料中的油污染。

4 隔熱層厚度對于隔熱油管性能的影響

查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料表時，在小于1Pa的低壓下，隔熱層數(shù)N增加時，視導(dǎo)熱系數(shù)λ是下降的；當(dāng)高于10Pa后，層數(shù)N的增加會使得λ減少，但是當(dāng)N到6以后，達(dá)到了峰值。所以我們認(rèn)為N為6時隔熱油管的熱阻最大，隔熱效果最好。

5 隔熱保溫涂料對于隔熱油管性能的影響

當(dāng)前世界的保溫技術(shù)正在向高效﹑薄層﹑隔熱防水外護(hù)一體化方向發(fā)展，薄層隔熱保溫涂料也得到了發(fā)展，薄層隔熱保溫涂料的特點(diǎn)為，自身熱阻大﹑熱導(dǎo)率低，而且熱反射率很高，能有效地降低輻射傳熱及對流傳熱結(jié)構(gòu)，可與傳統(tǒng)多孔保溫材料復(fù)合使用，構(gòu)成低輻射傳熱結(jié)構(gòu)，提高保溫效果。

結(jié)語

本論文對稠油注蒸汽開采當(dāng)中隔熱油管的影響因素做了全面的分析和總結(jié)，認(rèn)為隔熱材料的材質(zhì)﹑隔熱層間真空度﹑夾層殘氣﹑隔熱層厚度和隔熱保溫涂料五個方面是影響隔熱油管的主要因素。本文對這五個方面進(jìn)行了定性或是定理的分析研究，使我們對于隔熱油管的影響因素有了大致的了解，以供同行參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王忠華.隔熱油管傳熱及影響因素研究[D].大慶石油學(xué)院，2009.

[2]曹喜承，王忠華，劉曉燕.真空隔熱油管傳熱性能研究[J].節(jié)能技術(shù)，2010（05）：419-423.

[3]王志國，宋明啟，張欣，賈永英，項新耀.井筒注汽過程隔熱油管傳熱性能實驗分析[J].化工學(xué)報，2014（S1）：106-110.

[4]徐長軍.影響隔熱油管隔熱性能的因素[J].油氣田地面工程，2008（07）：51+53.

中圖分類號：TE934

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A