新型保溫托架在注汽管線中的應(yīng)用

王陽

引言

蒸汽熱力降粘是稠油熱采最重要的機(jī)理，因此反映熱量大小的蒸汽熱焓是熱采過程中最重要的參數(shù)。減少熱損失，提高井底干度，就能提高熱采效果。

油田注蒸汽系統(tǒng)主要包括蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、地面管線和注汽井筒。地面蒸汽發(fā)生器（注汽鍋爐）所產(chǎn)生的熱流體處于高溫、高壓狀態(tài)，熱流體流經(jīng)地面管線到達(dá)井口，然后流經(jīng)井筒注汽管柱到達(dá)井底。由于熱損失的存在，熱流體的沿程管線壓力、蒸汽干度發(fā)生變化，最終影響井底熱流體參數(shù)。在由蒸汽發(fā)生器注入到井底加熱原油的過程中，熱損失主要發(fā)生在地面注汽管線和注汽井筒，提高管線及附件隔熱保溫效果是保障輸送蒸汽質(zhì)量、降低熱量損失節(jié)約能源最直接有效的途徑。

一、熱采注汽管線托架的現(xiàn)狀及存在問題

1、老式丁字托立板、底板由于完全暴露在空氣中，造成部分熱量損失。雖然普通保溫托架在底板加了隔熱板，但它的立板暴露在空氣中，仍有部分熱量損耗。

2、由于兩種管托都有暴露在空氣中部分，而注汽管線敷設(shè)方式是采用低支架架空敷設(shè)，輸送高溫高壓的蒸汽，勢(shì)必存在安全隱患。

3、兩種管托由于下料、焊接時(shí)存在誤差，加上管墩制做的誤差，造成注汽管線很難調(diào)直、調(diào)正，有的支架甚至懸空，從而影響管線正常收縮時(shí)的滑動(dòng)，存在安全隱患。

4.普通保溫管托雖然有一定的隔熱性能，但它的制做是用兩塊隔熱板夾住丁字托，由于丁字托的底板常年沉浸在潮濕環(huán)境中，勢(shì)必加快底板的腐蝕，縮減使用壽命，同時(shí)影響管線滑動(dòng)，存在安全隱患。

正是由于現(xiàn)有管托存在這些問題和隱患，我們研制了新型保溫管托。

二、新型保溫托架的研制及使用效果

（一）輸汽熱力管道保溫及附件在注汽過程中的重要性

在稠油開采過程中，通過向油井注入高溫蒸汽的方式來提高地層壓力和降低原油粘度，如果注入地層單位體積蒸汽所攜帶的能量較少，不僅不能有效降低原油混合液的粘度，還會(huì)增加抽油機(jī)的有效載荷、降低地層原油的采收率。因此，注汽質(zhì)量直接關(guān)系到油井的產(chǎn)量和噸油能耗的高低，是稠油熱采中最為重要的一環(huán)。而注汽質(zhì)量除與鍋爐出口的蒸汽質(zhì)量有關(guān)外，還和注汽管線保溫及附件效果的好壞有直接關(guān)系。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，注汽鍋爐出口至井口，熱量損失分別由固定注汽管網(wǎng)、補(bǔ)償器、閥門、支架、活動(dòng)管線、熱采井口組成，其中管網(wǎng)支架的熱量損失占到10%。通過在注汽管道使用新型保溫管托，可有效降低熱量損失，從而提升注入井蒸汽質(zhì)量。

（二）新型保溫托架的結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理

新型保溫托架是適用于油田蒸汽管道附件的一項(xiàng)新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)，它是由外部普通鋼材作為支撐，內(nèi)部由特種鈦陶瓷纖維、納米閉腔孔輕質(zhì)陶瓷顆粒及空心微粉、納米級(jí)反輻射材料作為主材，采用深度復(fù)合工藝，形成高效節(jié)能環(huán)保的高品質(zhì)的陶瓷隔熱材料組合而成，革新了傳統(tǒng)托架及普通保溫托架的生產(chǎn)工藝和安裝工藝。它里面陶瓷保溫材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低，熱阻大，熱反射功能強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.新型保溫管托保溫技術(shù)原理

新型保溫管托的保溫一是主要摒棄以往管托的與注汽管線直接焊接的工藝，使得管箍內(nèi)部形成與管線一樣的相對(duì)密閉的腔體。二是管箍內(nèi)的鈦陶瓷隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，且相對(duì)穩(wěn)定，是一種節(jié)能型新型保溫材料。其優(yōu)異的隔熱保溫效果主要緣于零對(duì)流效應(yīng)、無窮多折板效應(yīng)及無窮長路效應(yīng)等原理。絕熱材料中的氣孔都為小于50nm的理想封閉氣孔，能使幾乎所有的空氣分子失去運(yùn)動(dòng)遷移的能力，因而失去熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)和對(duì)流傳熱的能力；另外，在鈦陶瓷隔熱材料中，由于六鈦酸鉀晶須會(huì)在內(nèi)部形成反射層結(jié)構(gòu)，使得熱輻射射線穿過六鈦酸鉀晶須界面時(shí)都會(huì)發(fā)生反射、吸收、透射和再輻射，相當(dāng)于在熱輻射傳播途徑上設(shè)置了近似無窮多的遮熱板，無窮多次的反射作用，使得熱輻射的傳播能力迅速衰減，最后大部分被吸收在納米孔絕熱材料上的靠近熱面一側(cè)的表層，然后再以輻射的方式返回原有的發(fā)射體，從而達(dá)到保溫的目的；再者，本隔熱材料中鈦酸鉀的應(yīng)用大大增加了固體熱傳導(dǎo)路徑的延長。與現(xiàn)有的隔熱材料相比，絕熱保溫性能得到了顯著提升。

（三）新型保溫托架技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.技術(shù)特點(diǎn)

（1）優(yōu)越的保溫隔熱性能。由于新型保溫托架安裝方式是將帶有保溫層的管殼包裹注汽管線，常溫下（25℃）這種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)是0.039w/m.k，從而徹底切斷了金屬導(dǎo)熱的途徑。

（2）所用的保溫材料具有良好的耐溫和防水性能。本材料耐受溫度760℃的高溫，完全憎水。

（3）所用保溫材料具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。可長期耐受除氫氟酸、強(qiáng)堿外的大部分酸堿環(huán)境，不分解不變質(zhì)，可長期耐受各種熱輻射（紫外光，紅外光，可見光）及電磁輻射，性能不退化，在常規(guī)使用環(huán)境下，具有極長的壽命，無需更換維護(hù)。

（4）所用保溫材料環(huán)保無毒。主要成分為自然界最常見礦物質(zhì)——石英，不含苯類、酚類有毒致癌物質(zhì)。

2 使用特點(diǎn)

（1）安裝簡單，操作方便，縫隙處采用軟質(zhì)保溫材料密封。

（2）可通過修整保溫材料調(diào)整管線，簡單易行。

（3）注汽管線在保溫殼中自由收縮，不會(huì)出現(xiàn)支架脫墩現(xiàn)象。

（4）使用壽命為現(xiàn)有托架的2-3倍。

綜上所述，新型保溫托架技術(shù)優(yōu)勢(shì)及使用特點(diǎn)較以往托架形成一個(gè)質(zhì)的突破，所產(chǎn)生的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益非常可觀，能源效應(yīng)更具重大意義。

三、效益評(píng)價(jià)及前景

（一）消除隱患，安全、節(jié)能、環(huán)保生產(chǎn)

目前，國家倡導(dǎo)節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)企業(yè)的安全生產(chǎn)。消除各種隱患，保證安全生產(chǎn)已放到重要議事日程。為適應(yīng)油田發(fā)展需要，逐步淘汰高耗能、存在安全隱患產(chǎn)品。新型保溫托架不但消除了現(xiàn)有支架存在各種安全隱患，同時(shí)又能最大限度降低蒸汽管線輸送蒸汽時(shí)熱量損耗，從而節(jié)約能源，保護(hù)了環(huán)境。

（二）降低熱量損失，提高了蒸汽注汽質(zhì)量

稠油的高輪次開采主要是依靠蒸汽汽化潛熱加溫原油，蒸汽中的水不僅對(duì)生產(chǎn)毫無幫助，反而會(huì)增加占據(jù)地層孔隙體積，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，要求注入蒸汽干度越高越好。新型保溫托架有效降低了管網(wǎng)熱量損失，注入井注汽干度得到進(jìn)一步保障，對(duì)于稠油井注汽生產(chǎn)具有重要意義。

（三）推廣前景

新型保溫托架克服以往托架所有的弊端和安全隱患，相信在未來十三五規(guī)劃中，隨著大規(guī)模汽驅(qū)及稠油產(chǎn)能區(qū)塊的地面配套都將用到新型保溫托架技術(shù)。

四、結(jié)束語

孤島油田的稠油開發(fā)已走過了20年的歷程，已進(jìn)入深度開發(fā)和精細(xì)開發(fā)的階段，穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大，效益風(fēng)險(xiǎn)越來越大。如何實(shí)現(xiàn)稠油的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，如何提高稠油開發(fā)的效益，不僅是擺在全廠科技人員面前的一個(gè)重大課題，也是地面工程施工管理的重大課題。而稠油生產(chǎn)又是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及油藏、工藝、地面配套、生產(chǎn)運(yùn)行與管理等多個(gè)環(huán)節(jié)，稠油的增產(chǎn)增效需要多方共同研究、協(xié)同配合。

通過全廠上下的共同努力，解決了稠油熱采領(lǐng)域多項(xiàng)技術(shù)難題，形成了適合孤島油田的稠油增產(chǎn)增效綜合配套技術(shù)，同時(shí)地面工程配套也做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，為采油廠的原油穩(wěn)產(chǎn)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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