呂謀 魏振國(guó) 孫璐

(中國(guó)石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽(yáng) 473400)

河南油田稠油油藏基本地質(zhì)特征為“淺、薄、稠、散”，油層埋藏淺、原油粘度高，對(duì)溫度敏感性強(qiáng)。稠油密度一般在0.93～0.99g/cm3之間，50℃時(shí)脫氣原油粘度在0.8～8×104mPa·s之間，稠油粘度對(duì)溫度都具有較強(qiáng)的敏感性，當(dāng)溫度由50℃上升到90℃時(shí)，粘度可降低82%～95%。

1.技術(shù)現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)30余年的開(kāi)發(fā)和建設(shè)，河南油田已形成了適應(yīng)蒸汽吞吐開(kāi)采方式的稠油地面集輸工藝和注汽系統(tǒng)，集輸注汽工藝流程為為單井注采合一、摻水降粘集輸注汽流程。注汽干線是隨著河南油田稠油滾動(dòng)開(kāi)發(fā)而逐步建設(shè)形成的，具有分布廣、跨度長(zhǎng)的特點(diǎn)，現(xiàn)有注汽管線采用中支架架空方式成枝狀發(fā)散敷設(shè)。

目前，管線保溫采用微孔硅酸鈣作為保溫材料，保護(hù)層采用0.6毫米紅色彩鋼板，井口保溫主要采用防水巖棉保溫材料或毛氈簡(jiǎn)易保溫、簡(jiǎn)易井口保溫箱和分體式井口保溫箱對(duì)采油樹(shù)進(jìn)行整體保溫。保溫箱是由玻璃鋼、鍍鋅鐵皮或彩鋼板做外護(hù)層，由防水巖棉、微孔硅酸鈣作保溫層材料組成的箱體式結(jié)構(gòu)的外罩，管線隔熱管，采用普通鋼制T型管托，管道與管托直接接觸，因“熱橋”效應(yīng)，管托散熱量大，檢測(cè)管托底板溫度高達(dá)100℃以上。

2.保干技術(shù)研究

2.1 管線保溫材料優(yōu)選

復(fù)合硅酸鹽保溫材料：復(fù)合硅酸鹽保溫材料是以硅酸鹽和特殊的非金屬礦物為基料，摻入一定數(shù)量的輔助材料和填充材料，加入粘結(jié)劑和穩(wěn)定劑，在分散劑的作用下復(fù)合而成的。復(fù)合硅酸鹽保溫材料屬硬質(zhì)保溫材料，內(nèi)部呈微小封閉多孔狀態(tài)，顆粒之間為松解后的短纖維填充，粘結(jié)劑用量少。因?yàn)槭俏⑿￠]孔結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射傳熱小，傳熱效率低，在實(shí)際使用中顯示出良好的保溫性能，在150℃以上的溫度中，隨著升溫，導(dǎo)熱系數(shù)值增加平穩(wěn)。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)組成的保溫隔熱材料，是一種安全性能極好的材料，可以根據(jù)使用溫度的不同要求做成涂料、制品和氈等材料，這是近幾年發(fā)展較快的新型保溫隔熱材料。

鈦陶瓷保溫材料：鈦陶瓷絕熱材料主體材料為表面?；?、內(nèi)部多孔球狀體細(xì)徑顆粒，主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO和鈦化合物晶須組成。鈦陶瓷保溫材料屬硬質(zhì)保溫材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低，熱阻大，熱反射功能強(qiáng)。內(nèi)部含有極為豐富的微米級(jí)閉腔孔，使得熱流只能沿氣孔壁曲線流動(dòng)，給導(dǎo)熱造成極大阻力。在油田地面管道保溫應(yīng)用時(shí)，具有抗壓強(qiáng)度高、施工均勻性好、修補(bǔ)簡(jiǎn)單容易等特點(diǎn)。

氣凝膠主要成份是二氧化硅，材料密度最小僅為3.55kg/m3,是目前已知的最輕的固體，具有低密度、高孔隙率、低熱導(dǎo)率和低折射率的特性，是一種新型輕質(zhì)納米多孔材，也是目前已知的保溫性能最好的材料。2006年國(guó)內(nèi)開(kāi)始?xì)饽z產(chǎn)品的研發(fā)，2009年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)三代技術(shù)升級(jí)，價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品的40%，2016年國(guó)家發(fā)改委將氣凝膠列入國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣項(xiàng)目（第229號(hào)，蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)）。

綜合材料技術(shù)性能及經(jīng)濟(jì)性分析，推薦現(xiàn)場(chǎng)采用采用氣凝膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行管線保溫。

2.2 井口保溫箱優(yōu)化

針對(duì)井口保溫箱存在的熱損失大、體積大、重量大、拆裝勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)主要從“降低熱損失、控體積、降重量”3個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，在確保隔熱保溫性能不降低的情況下，達(dá)到結(jié)構(gòu)輕便、拆裝方便的目的。

玻璃鋼保溫箱，設(shè)計(jì)了分體式保溫箱結(jié)構(gòu)，將井口中部流程（含大四通、小四通）與4個(gè)生產(chǎn)閥門(mén)分開(kāi)設(shè)計(jì)，降低了單個(gè)箱體的重量，方便后期安裝與維護(hù)。保溫結(jié)構(gòu)采用外防護(hù)層+保溫層+防水內(nèi)襯三層結(jié)構(gòu)，其中外防護(hù)層仍采用強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕的玻璃鋼材質(zhì)，保溫層通過(guò)評(píng)價(jià)優(yōu)選熱導(dǎo)率低、密度小、吸水性小的高效保溫材料，防水內(nèi)襯采用憎水、憎油鋁箔便于后期維護(hù)，其中三層結(jié)構(gòu)用粘接劑固定。

柔性保溫箱，設(shè)計(jì)了柔性保溫箱結(jié)構(gòu)，保溫材料采用防火布+硅酸鋁進(jìn)行保溫，降低了單個(gè)箱體的重量，方便后期安裝與維護(hù)。箱體結(jié)構(gòu)根據(jù)井口閥門(mén)分布狀況，分塊縫制然后進(jìn)行整體組合的結(jié)構(gòu)；保溫結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯層、中間保溫層、外防護(hù)層三部分構(gòu)成，采用耐高溫縫紉線進(jìn)行縫制；保溫材料，內(nèi)襯層材料為陶瓷纖維布，中間保溫層采用鈦陶瓷、硅酸鹽、氣凝膠等材料；防護(hù)層采用特氟龍高溫布。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

管線保溫測(cè)試結(jié)果：復(fù)合結(jié)構(gòu)的管線保溫材料和原結(jié)構(gòu)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)散熱要求，氣凝膠相比硅酸鹽保溫結(jié)構(gòu)熱損失分別下降23.96%、54.56%、69.49%，節(jié)能效果顯著，同時(shí)氣凝膠保溫結(jié)構(gòu)大幅的降低了保溫厚度。

井口保溫測(cè)試結(jié)果：改進(jìn)后的玻璃鋼保溫箱較老式井口保溫箱散熱損失下降61.98%，新設(shè)計(jì)的柔性保溫箱（硅酸鹽）較老式井口保溫箱散熱損失下降45.85%，新設(shè)計(jì)的柔性保溫箱（氣凝膠）較老式井口保溫箱散熱損失下降75.04%，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)允許的最大散熱損失，節(jié)能效果顯著。同時(shí)保溫箱的重量有了大幅的降低，減輕了現(xiàn)場(chǎng)人員安裝的工作強(qiáng)度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況可以看出，目前所試驗(yàn)的保溫箱雖然有效的降低了井口的熱損失，新設(shè)計(jì)的柔性保溫箱（氣凝膠）保溫效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)允許的最大散熱損失，需要進(jìn)一步的改進(jìn)完善。

4.結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)井樓油田稠油熱采地面保干技術(shù)研究，明確了稠油注汽系統(tǒng)熱損失對(duì)稠油油田開(kāi)發(fā)的影響情況，確定了熱損失的主要環(huán)節(jié)。并針對(duì)性地開(kāi)展了保溫材料性能的對(duì)比分析，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了新型氣凝膠管線保溫結(jié)構(gòu)。改進(jìn)了井口保溫箱結(jié)構(gòu)，形成井口保溫箱系列，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)出滑動(dòng)/固定型隔熱管托，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為下步注汽系統(tǒng)管線保溫改造明確了方向。