勝利油田注汽系統(tǒng)用能現(xiàn)狀

郭土 孫東 楊秀麗 鄭煒博

摘? ? ? 要：在稠油生產(chǎn)過(guò)程中，注汽系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均存在不同程度的能量損失。為了分析評(píng)價(jià)注汽系統(tǒng)的用能狀況，找出用能薄弱環(huán)節(jié)，為改善稠油注汽系統(tǒng)的熱能利用率提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、降低熱采成本和提高經(jīng)濟(jì)效益提供技術(shù)支持，開(kāi)展了稠油生產(chǎn)注汽系統(tǒng)的能耗測(cè)試工作，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析找到油田注汽系統(tǒng)用能的薄弱環(huán)節(jié)，為注汽系統(tǒng)提高用能水平提供理論指導(dǎo)。

關(guān)? 鍵? 詞：稠油;注汽系統(tǒng);熱能

中圖分類號(hào)：TQ 054? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）10-2370-04

Abstract： In the process of heavy oil production， there is the energy loss in different links of steam injection system. The energy use status of steam injection system was analyzed and evaluated to find out the weak links of energy use， providing basic data for improving the thermal energy utilization rate of heavy oil steam injection system and providing technical support for reducing the cost of thermal recovery and improving economic benefits. The energy consumption test of heavy oil production injection system was carried out. By analyzing the test data， the weak links of the steam injection system were found， which could provide theoretical guidance for the steam injection system to improve the energy use level.

Key words： Heavy oil; Steam injection system; Thermal energy

在采油中，原油按照黏度大小分為稀油、稠油。稠油黏性大，無(wú)法用常規(guī)的開(kāi)采方法[1]。稠油熱采技術(shù)中注蒸汽熱采是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的開(kāi)采稠油、超稠油的方法。該方法是向油層中注入高溫高壓的蒸汽，一方面可以提高油層溫度、降低稠油的黏度，另一方面可提高油層壓力，增加驅(qū)油能力。在稠油的開(kāi)采過(guò)程中，因?yàn)槌碛宛ざ却?、流?dòng)性差，需要額外的熱量來(lái)降低其黏度并增加其流動(dòng)性，使稠油油田開(kāi)采和輸送環(huán)節(jié)的能耗明顯高于常規(guī)油田[2]。

注汽鍋爐的主要功能是制取蒸汽，是稠油熱采開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中最核心的設(shè)備，在稠油熱采中起著舉足輕重的作用，直接關(guān)系到稠油熱采效率，注汽鍋爐是油田熱采中的主要耗能設(shè)備之一，其能耗占稠油開(kāi)采總能耗的70%以上[3，4]，注汽鍋爐是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行直接影響油田稠油熱采注汽系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。影響注汽系統(tǒng)能耗的因素較多，而且各因素之間存在復(fù)雜的相互作用，很難對(duì)注汽系統(tǒng)的能耗影響規(guī)律進(jìn)行定量分析，需要用科學(xué)、有效的能耗分析手段，建立系統(tǒng)用能分析模型[5-8]。本文以勝利油田六個(gè)采油廠日常運(yùn)行的30個(gè)稠油熱采注汽系統(tǒng)作為研究目標(biāo)，進(jìn)行了能耗測(cè)試及平衡計(jì)算，找到注汽系統(tǒng)用能的薄弱環(huán)節(jié)，為提高勝利油田注汽系統(tǒng)整體用能水平提供技術(shù)指導(dǎo)。

1? 整體測(cè)試情況及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

1.1? 整體測(cè)試情況簡(jiǎn)介

對(duì)目前勝利油田下屬六個(gè)采油廠正常運(yùn)行的30個(gè)稠油熱采注汽系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，其中燃油注汽鍋爐23臺(tái)，燃?xì)庾⑵仩t7臺(tái)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，分別對(duì)在用的30臺(tái)注汽鍋爐以及32條注汽管線進(jìn)行了能耗測(cè)試。

根據(jù)能耗測(cè)試結(jié)果進(jìn)行鍋爐正、反熱平衡計(jì)算，結(jié)果顯示30個(gè)注汽系統(tǒng)的平均鍋爐反平衡效率為89.05%，平均鍋爐正平衡效率為88.94%，平均注汽量為10.81 t/h，平均注汽壓力為11.1 MPa，平均注汽干度為71.53%，平均綜合能耗為86.23 kgce/t。

1.2? 測(cè)試評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)

GB/T10180-2003 《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》。

GB/T15910-2009 《熱力輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)》。

SY/T6835-2011 《稠油熱采蒸汽發(fā)生器節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》。

SY/T6421-1999 《設(shè)備及管道散熱損失的測(cè)定》。

GB/T8174-2008 《設(shè)備及管道絕熱效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)》。

SY/T6275-2007 《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》。

GB/T2588-2000 《設(shè)備熱效率計(jì)算通則》

GB/T13468-1992 《泵類系統(tǒng)電能平衡測(cè)試與計(jì)算方法》

SY/T 5264-2006 《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》。

GB/T15913-2009《風(fēng)機(jī)機(jī)組與管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)》。

2? 注汽鍋爐能耗測(cè)試結(jié)果及分析

30臺(tái)注汽鍋爐的平均反平衡效率為89.05%，其中23臺(tái)燃油注汽鍋爐的平均反平衡效率為88.74%，7臺(tái)燃?xì)庾⑵仩t的平均反平衡效率為90.03%。按照SY/T《稠油熱采蒸汽發(fā)生器節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》的規(guī)定，燃油注汽鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1，燃?xì)庾⑵仩t節(jié)能檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表2。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可知，30臺(tái)注汽鍋爐的平均熱效率均在節(jié)能監(jiān)測(cè)限定值之上，其中有27臺(tái)注汽鍋爐的熱效率達(dá)到了節(jié)能評(píng)價(jià)值。

按照SY/T《稠油熱采蒸汽發(fā)生器節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》內(nèi)規(guī)定，將鍋爐分為額定蒸發(fā)量小于等于14.5 t/h和額定蒸發(fā)量大于14.5 t/h兩類，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，額定蒸發(fā)量大于14.5 t/h的注汽鍋爐的平均熱效率比額定蒸發(fā)量小于等于14.5 t/h的注汽鍋爐高2.23%，綜合能耗低6.25 kg ce/t。這主要是因?yàn)轭~定蒸發(fā)量大于14.5 t/h的注汽鍋爐的排煙溫度與空氣系數(shù)都較低，燃燒更為合理，更加節(jié)能。

不同燃料種類的的注汽鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，燃?xì)庾⑵仩t的平均空氣系數(shù)較大，但燃?xì)庾⑵仩t的平均熱效率比燃油注汽鍋爐的平均熱效率要高，主要是因?yàn)槿細(xì)庾⑵仩t的排煙溫度較低。

不同類型注汽鍋爐的節(jié)能監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，固定式注汽鍋爐的平均熱效率比移動(dòng)式注汽鍋爐的高，這是由于固定式移動(dòng)鍋爐的平均注汽量較高、注汽壓力較高以及平均排煙溫度較低。

對(duì)注汽鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以得出結(jié)果如下：

（1）注汽鍋爐現(xiàn)在存在的主要問(wèn)題是空氣系數(shù)超標(biāo)，其次是排煙溫度超標(biāo)，只有極少數(shù)的注汽鍋爐的爐體表面溫度超標(biāo)。

在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大部分注汽鍋爐的氧傳感器顯示誤差較大，大部分活動(dòng)式注汽鍋爐沒(méi)有配置氧傳感器，故不能準(zhǔn)確有效的調(diào)整好爐子的配風(fēng)量，容易造成空氣系數(shù)較高，增加了排煙量，使得排煙損失偏高。

對(duì)各項(xiàng)熱損失進(jìn)行分析可知，平均排煙熱損失為9.45%，平均散熱損失為1.50%，平均不完燃燒損失為0.01%，具體散熱損失比例見(jiàn)圖1。由圖中可見(jiàn)排煙熱損失是占比最大的熱損失，對(duì)注汽鍋爐的熱效率影響最大。所以提高注汽鍋爐的熱效率，就必須要從降低注汽鍋爐的排煙熱損失入手。影響注汽鍋爐排煙熱損失的主要因素是排煙溫度與過(guò)量空氣系數(shù)，因此在保證注汽鍋爐正常運(yùn)行的情況下，盡量降低注汽鍋爐的排煙溫度。盡量在注汽鍋爐煙道尾部加裝煙氣余熱回收裝置，可以有效降低排煙溫度。注汽鍋爐盡量要配備先進(jìn)的氧含量顯示裝置，以保證可以準(zhǔn)確的調(diào)整鍋爐的配風(fēng)量，降低鍋爐的空氣系數(shù)從而減少煙氣排放量及排煙損失。

（2）注汽鍋爐的注汽量與熱效率的關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2可知，注汽鍋爐的熱效率與注汽量之間存在著正相關(guān)趨勢(shì)，通常情況下注汽量越大注汽鍋爐的熱效率越高。但是也存在某些注汽鍋爐雖然注汽量較大，運(yùn)行狀況不合理的情況，其鍋爐熱效率偏低。

（3）注汽鍋爐的投產(chǎn)年限與鍋爐的熱效率關(guān)系圖見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著注汽鍋爐的投產(chǎn)年限的增加，注汽鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)逐漸變差，熱效率有明顯的下降趨勢(shì)。

（4）注汽鍋爐負(fù)荷率與注汽鍋爐熱效率關(guān)系見(jiàn)圖4。

由圖4可知，注汽鍋爐的熱負(fù)荷率和注汽鍋爐的熱效率并沒(méi)有絕對(duì)的線性關(guān)系，從圖中可以看出當(dāng)鍋爐的熱負(fù)荷處于75%～90%之間時(shí)注汽鍋爐的熱效率相對(duì)較高。

綜上所述，影響注汽鍋爐熱效率的因素主要有：注汽鍋爐的排煙溫度、注汽鍋爐的爐體外表面溫度、注汽鍋爐的空氣系數(shù)、注汽鍋爐的注汽量、注汽鍋爐的投入年限和注汽鍋爐的負(fù)荷率。

3? 注汽管道測(cè)試結(jié)果及分析

本次測(cè)試共對(duì)30個(gè)注汽系統(tǒng)的32條注汽管線進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，注汽管網(wǎng)中固定保溫管段熱損失在所有熱損失當(dāng)中所占比例最大，達(dá)到了60.35%，其次是活動(dòng)保溫段占到了18.35%，往下依次為井口設(shè)備、補(bǔ)償器、固定管段裸露處、固定閥門、卡箍、活動(dòng)管段裸露處以及管托底板。具體比例分布見(jiàn)圖5。

影響散熱損失的主要因素是熱流密度和散熱面積。平均熱流密度最小的位置是固定管段保溫處和活動(dòng)管段保溫處，但由于散熱面積最大，占管道總散熱面積的60.35%和18.35%，因此散熱損失也最大。平均熱流密度最大的位置是注汽管道閥門處，但由于散熱面積最小，占管道總散熱面積的1.85%，因此散熱損失較小。所以如果想要降低注汽管網(wǎng)的散熱損失，就要在從固定管段保溫處以及活動(dòng)管段保溫處下手，同時(shí)也要注意其他附件和井口設(shè)備的保溫情況，盡可能保證所有部位都有相應(yīng)的保溫措施。

4? 結(jié) 論

（1）注汽設(shè)備老化嚴(yán)重，本次共測(cè)試注汽鍋爐30臺(tái)，其中使用年限達(dá)到13年或者13年以上的有12臺(tái)，使用年限超過(guò)15年的有5臺(tái)。使用年限過(guò)長(zhǎng)，注汽鍋爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，會(huì)在對(duì)流段管束上出現(xiàn)結(jié)焦、積灰現(xiàn)象，造成鍋爐熱效率降低，排煙溫度升高，燃料消耗增大，直接影響鍋爐運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

（2）雖然大部分注汽鍋爐的熱效率較高，但仍存在排煙溫度和空氣系數(shù)不合格現(xiàn)象，除設(shè)備老化造成排煙溫度和空氣系數(shù)超標(biāo)外，煙道積灰、送風(fēng)量不能根據(jù)運(yùn)行工況及時(shí)調(diào)節(jié)也會(huì)導(dǎo)致排煙溫度和空氣系數(shù)超標(biāo)，建議對(duì)排煙溫度過(guò)高的鍋爐及時(shí)清灰、對(duì)空氣系數(shù)不合格的鍋爐進(jìn)行送風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

（3）注汽鍋爐的配套工藝技術(shù)不完善，部分固定式注汽鍋爐與所有的活動(dòng)式注汽鍋爐均沒(méi)配有煙氣余熱回收裝置。很多注汽鍋爐的氧含量傳感器存在較大的誤差，大部分注汽鍋爐的超聲波清灰裝置都沒(méi)有正常運(yùn)行。

（4）注汽管道長(zhǎng)期經(jīng)受日曬雨淋以及管道內(nèi)部水擊和壓力波動(dòng)等影響造成管道振動(dòng)頻繁，保溫材料出現(xiàn)不同程度的裂縫和塌陷。管道附件熱流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，多數(shù)為生產(chǎn)單位用保溫棉進(jìn)行覆蓋保溫，部分管網(wǎng)的附件均為裸露狀態(tài)。注汽管道整體保溫效果較差，造成較大的散熱損失，拉低了注汽進(jìn)口的蒸汽干度。

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