辛敏東 王強 郭超 中國石油工程建設(shè)公司北京設(shè)計分公司

油砂SAGD地面工程中的關(guān)鍵技術(shù)

辛敏東 王強 郭超 中國石油工程建設(shè)公司北京設(shè)計分公司

SAGD是目前加拿大油砂工業(yè)應(yīng)用最廣泛的開采技術(shù)。其原理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側(cè)面擴展，與油層中的原油發(fā)生熱交換；被加熱的原油黏度降低并與蒸汽冷凝水在重力作用下向下流動，從水平生產(chǎn)井中采出。要使油砂SAGD地面處理系統(tǒng)更經(jīng)濟、可靠、環(huán)保，必須處理好油砂乳液多相集輸、脫水、除砂泥、污水處理回用熱采鍋爐、地基處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)問題。

SAGD；油砂；降黏；分離；地基處理；污水回用

1 SAGD開采技術(shù)簡介

SAGD（蒸汽輔助重力泄油）是目前加拿大油砂工業(yè)應(yīng)用最廣泛的開采技術(shù)。蒸汽輔助重力泄油是利用水平井、浮力及蒸汽來有效地開采稠油。其原理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側(cè)面擴展，與油層中的原油發(fā)生熱交換；被加熱的原油黏度降低并與蒸汽冷凝水在重力作用下向下流動，從水平生產(chǎn)井中采出。其蒸汽腔持續(xù)擴展，占據(jù)原油的體積。蒸汽室內(nèi)壓力恒定，沒有施加壓力梯度，流動完全是重力所致。

目前，SAGD開采油砂配套的地面處理系統(tǒng)包括井場、集輸管網(wǎng)、集中處理站及其他附屬設(shè)施。

2 幾個關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)

2.1 從井口到集中處理站的油砂乳液集輸工藝技術(shù)

加拿大SAGD井口套管產(chǎn)出氣CO2含量很高，如采用分輸方案，輸送過程中腐蝕現(xiàn)象比較嚴重?？紤]到人工成本昂貴，管線和設(shè)備維護費用高等特點，故采用油氣混輸方案。主要流程為：井口采出油砂瀝青乳液經(jīng)計量后通過流量調(diào)節(jié)閥控制，與井口套管產(chǎn)出氣混合（在混合輸送中瀝青乳液所占比例需不低于4%，以確保多相混輸泵的最低工作要求），氣液混合物經(jīng)過空冷器冷卻至一定溫度，經(jīng)多相泵增壓，再經(jīng)接收器穩(wěn)定后進入外輸管線。建議利用軟件進行油砂多相流動的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)模擬，模擬流體在管道內(nèi)的流動狀態(tài)、腐蝕規(guī)律等，為工程設(shè)計提供參考。

2.2 稀釋瀝青降黏技術(shù)

國內(nèi)對于摻入稀油方面的研究也見于各類期刊，早期文獻對稠油中摻入稀油后的混合物黏度的計算進行了研究，通過將稀油摻入稠油的降黏實驗，總結(jié)分析了混合液黏度的有關(guān)計算公式及曲線，并推薦使用雙對數(shù)公式。劉文勝等人對稠油管輸技術(shù)及其方法進行了介紹，并就采用每種方法的可行性進行了論述，提出了建議，其中有關(guān)稀釋輸送的章節(jié)，探討了加入稀油后混合外輸?shù)膬?yōu)缺點。雷西娟等人也對稠油摻稀輸送方法進行了列表比較分析。

結(jié)合加拿大油砂瀝青實際工程項目，總結(jié)出以下經(jīng)驗：①要根據(jù)目標對象的實際物性，選擇適合的稀油品種；②根據(jù)實際可以獲取到的稀油源，選擇最優(yōu)方案；③要考慮生產(chǎn)上可行并且綜合成本最低；④要符合業(yè)主要求，同時遵守項目所在地的法律法規(guī)。

2.3 瀝青乳液脫水工藝技術(shù)及優(yōu)化

在進行脫水前需要加入破乳劑和稀釋劑，以保證最終從電脫水器出來的稀釋瀝青的沉淀固體及水的含量少于0.5%。稀釋劑和破乳劑的添加方案及用量均會對分離效率產(chǎn)生影響，因此必須對脫水工藝進行整體設(shè)計與優(yōu)化，以提高其效率及經(jīng)濟性。

國內(nèi)對于類似的重油分離也有一些研究，例如采用熱化學(xué)沉降脫水、摻稀釋劑脫水及電法脫水對超稠油進行脫水試驗研究，通過大量試驗比對，解決超稠油脫水難題，提出了超稠油脫水最佳工藝參數(shù)，以滿足生產(chǎn)需要。

2.4 除砂設(shè)備的研究及設(shè)計

錐底罐是除砂系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)尺寸（直徑、高度）很大。因此，在錐底罐的設(shè)計中，首先在工藝結(jié)構(gòu)上要滿足脫除油砂的基本要求，其次在結(jié)構(gòu)強度上還要考慮罐體沉降、抗風、抗震等要求，最終設(shè)計出錐底罐的合理結(jié)構(gòu)。

錐底罐作為油砂處理用的新型罐體結(jié)構(gòu)，其錐底部分設(shè)計已經(jīng)超出了API650的適用范圍。目前，國內(nèi)在尺寸較大（超過500 m3）、大錐角（超過30°）的油砂處理用錐底罐的理論性研究還處于空白階段。建議開展這方面的研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)和支撐設(shè)計，推導(dǎo)相應(yīng)的計算方法。

2.5 污水處理回用熱采鍋爐技術(shù)

近幾年，一種新型處理油田污水并用于鍋爐生產(chǎn)蒸汽的技術(shù)---機械壓縮法（MVC水處理系統(tǒng)）已被廣泛使用。與傳統(tǒng)工藝相比，該技術(shù)的優(yōu)點是：①流程大大縮短；②實現(xiàn)SAGD高溫產(chǎn)出水循環(huán)利用，節(jié)約了清水資源；③能實現(xiàn)了高溫污水的熱能利用，節(jié)約了汽包鍋爐燃料；④可以實現(xiàn)高礦化度稠油污水回用；⑤MVC技術(shù)對廢水的要求不高，只對少數(shù)指標敏感（如硅含量、堿度）。

2.6 特殊條件下的地基處理技術(shù)

加拿大寒冷地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)物當采用樁基礎(chǔ)時，常因地基土凍脹而使基樁上拔，地基設(shè)計需考慮土體體積力和土體凍結(jié)相變產(chǎn)生的凍脹力會造成上部結(jié)構(gòu)物的破壞。

分析土的凍結(jié)過程是研究高寒地區(qū)地基處理方法的一個重要環(huán)節(jié)，而土的物理性質(zhì)對凍脹性的影響作用剖析是凍結(jié)過程分析的重要內(nèi)容。因此，有必要通過對比，研究國內(nèi)外凍脹土條件下的樁基礎(chǔ)實例和技術(shù)規(guī)范，形成一套在加拿大凍脹土條件下樁基的設(shè)計計算方法，包括經(jīng)驗參數(shù)的選取，為將來在同類條件下的工程設(shè)計提供技術(shù)參考。

3 結(jié)語

要使油砂SAGD地面處理系統(tǒng)更經(jīng)濟、可靠、環(huán)保，必須處理好油砂乳液多相集輸、脫水、除砂泥、污水處理回用熱采鍋爐、地基處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)問題。并且在解決這些問題時應(yīng)注意：①經(jīng)系統(tǒng)外排的油泥（砂）必須滿足當?shù)氐呐欧艠藴?，同時盡量降低外排泥砂的油含量，從而減少油損耗；②經(jīng)系統(tǒng)處理后的油要達到管輸標準，盡量減少加稀釋劑和摻稀油的量，以達到經(jīng)濟指標要求；③經(jīng)系統(tǒng)排入到下游污水深度處理單元的污水的處理指標要盡量高，以減輕下游處理的負擔；④在系統(tǒng)中加入的各種藥劑，不應(yīng)改變系統(tǒng)原有的酸值和含氮量等，避免給下游煉制帶來難度；⑤提高水循環(huán)利用率，減少水資源消耗。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.011