安慕華，馬華偉，陳 艷

(1.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085;2.中國石油規(guī)劃總院，北京 100083)

0 引言

目前，遼河油田開采方式主要是注蒸汽吞吐，存在的主要問題是注入井口的蒸汽干度低，蒸汽干度通常只有60%～70%，進入油層的有效熱量減少，因此，對于超稠油達不到蒸汽吞吐熱采的實際效果。

國外稠油熱采的理論和實踐研究表明:提高注蒸汽干度有利于提高稠油熱采的采收率，大致注蒸汽干度每提高10%，采收率可提高3%［1－4］。因此，為提高稠油采收率，遼河油田決定在某采油廠進行注過熱蒸汽試驗。在現(xiàn)有的濕蒸汽發(fā)生器后增設過熱蒸汽裝置，提高進入油層的蒸汽溫度。

雖然過熱蒸汽裝置已在哈薩克斯坦等地的油田得到成功應用，但是，遼河油田濕蒸汽發(fā)生器采用的水源是經(jīng)過處理后的采出水，其中二氧化硅含量較高，易發(fā)生爆管事故［5－10］。為解決上述問題，對過熱蒸汽裝置進行優(yōu)化，研制出適合遼河油田現(xiàn)場情況的裝置。

1 技術分析

1.1 燃油過熱蒸汽裝置組成及工藝原理

過熱蒸汽裝置主要由蒸發(fā)段、汽水分離器、過熱段、高壓汽水混合器、燃燒器及儀表監(jiān)控、吹灰系統(tǒng)等七部分組成。

該過熱蒸汽裝置的工作原理:從濕蒸汽發(fā)生器來的濕飽和蒸汽進入裝置對流段受熱蒸發(fā)，成為設計蒸汽干度的飽和蒸汽，飽和蒸汽攜帶高含鹽飽和水進入汽水分離器將飽和水幾乎全部分離出來，分離出的蒸汽進入裝置輻射段吸熱成為設計過熱度的過熱蒸汽，該過熱蒸汽進入汽水混合器與由分離器分離出的高含鹽飽和水混合成為工藝所需要的一定過熱度的過熱蒸汽，注入試驗井內(nèi)［11－12］。

1.2 設備主要技術參數(shù)

過熱蒸汽裝置的主要設計參數(shù)如表1所示。

表1 過熱蒸汽裝置的主要設計參數(shù)

2 關鍵技術

2.1 蒸汽干度及過熱度控制技術

過熱蒸汽裝置蒸發(fā)段的蒸汽干度控制對裝置的安全運行具有重要意義:如果蒸發(fā)段蒸汽中攜帶的高鹽份飽和水蒸發(fā)過多致使進入汽水分離器的蒸汽干度高于92%，則勢必使部分鹽份在蒸發(fā)段即結晶析出，使爐管內(nèi)壁因積鹽導致熱量傳不出去而發(fā)生爆管，進而嚴重影響裝置的安全運行;如果在蒸發(fā)段蒸汽中攜帶的高鹽份飽和水蒸發(fā)量不足(蒸汽干度低于88%)，即進入汽水分離器的濕飽和蒸汽攜帶水過多，則勢必將使汽水分離器液位過高、汽水分離不徹底，這樣就可能造成進入過熱段的蒸汽攜帶一部分高含鹽飽和水，造成過熱段積鹽。因此，我們在過熱蒸汽裝置的蒸發(fā)段和過熱段設有壁溫檢測報警點，當管壁因積鹽致使壁溫急劇升高時，報警裝置會因壁溫超過設定溫度而自動報警停爐，保證蒸發(fā)段和過熱段爐管不至于發(fā)生積鹽爆管，確保整套裝置的安全穩(wěn)定運行。

雖然過熱段蒸汽出口溫度提高有利于提高汽水混合器之后的過熱蒸汽溫度，有利于提高注入油藏內(nèi)的蒸汽有效熱量，提高稠油產(chǎn)量，但是溫度過高將會對汽水混合器、注汽管道及井下設施的材料提出更高的耐溫要求和運行操作方面的安全要求，因此，我們在過熱蒸汽裝置的過熱段設有超溫報警點，當蒸汽實際溫度超過設定溫度時會自動報警停爐，保證爐管、注汽管道及井下設施的安全穩(wěn)定運行。

同時，為精確控制過熱蒸汽裝置出口蒸汽溫度，在汽水混合器出口設置雙支熱電阻，一路信號接入燃燒器比例調節(jié)儀，另一路接入控制系統(tǒng)，既便于燃燒器根據(jù)混合段出口溫度進行大小火調節(jié)，又便于在控制系統(tǒng)對溫度信號進行監(jiān)測。

2.2 過熱蒸汽裝置積鹽監(jiān)測及應對技術

過熱蒸汽裝置的給水為處理后的稠油采出水，水質雖經(jīng)處理仍未達到熱采鍋爐水質標準，取遼河油田過熱蒸汽裝置給水及冷凝水水樣進行檢測，具體如表2所示。

表2 遼河油田過熱蒸汽裝置給水及冷凝水水樣分析

對于熱采鍋爐的水質要求，SY/T 0097－2000《稠油油田采出水用于蒸汽發(fā)生器給水處理設計規(guī)范》中已有明確規(guī)定，具體如表3所示。

表3 熱采鍋爐給水水質條件

對比表2和表3可看出:過熱蒸汽裝置給水的SiO2、鐵和懸浮物含量偏高，易形成硅酸鹽等影響裝置的運行，易在裝置的過熱段和高壓汽水混合器形成積鹽，現(xiàn)對其形成原因進行分析并提出解決措施。

從過熱蒸汽裝置蒸發(fā)段出來的濕飽和蒸汽雖可通過高壓汽水分離器進行分離得到高干度飽和蒸汽，但隨著飽和蒸汽壓的提高，汽水密度差將越來越小，這樣勢必造成汽水分離不徹底，使得進入過熱段內(nèi)的飽和蒸汽仍攜帶一定數(shù)量的高鹽份飽和水，而且飽和蒸汽本身也具有一定的溶鹽能力，因此，在過熱段勢必有鹽分析出。另一個較易積鹽的敏感部位是高壓汽水混合器，高鹽分飽和水與過熱段出來的過熱蒸汽在此充分混合成為過熱蒸汽的過程中，勢必有鹽分析出并堵塞飽和水噴孔。

為避免高含鹽飽和水在爐管內(nèi)積鹽爆管、混合器積鹽堵塞，我們在裝置蒸發(fā)段、過熱段、混合器的進出口之間各設一臺差壓變送器，自動監(jiān)測進出口壓差，通過監(jiān)測設備的壓降是否超過設計壓降值來判斷積鹽情況，當壓差大于設定值時，可通過控制燃燒器實現(xiàn)裝置轉小火運行，通過攜帶有一定數(shù)量飽和水的濕飽和蒸汽來實現(xiàn)對裝置管路系統(tǒng)的全自動沖洗，使沉積在裝置管路的積鹽溶解于濕飽和蒸汽所攜帶的飽和水中而被帶走，從而保證裝置的安全穩(wěn)定運行［13－15］。

3 現(xiàn)場試驗情況

過熱蒸汽裝置研制成功后于2009年4月開始在遼河油田進行注過熱蒸汽吞吐試驗，承擔著近60口井的生產(chǎn)注汽任務。試驗中，針對裝置的運行性能及各種安全控制檢測功能進行了試驗，試驗數(shù)據(jù)分析結果表明:所檢測敏感部位爐管的壁厚及焊縫質量良好，沒有發(fā)生腐蝕及爆管等現(xiàn)象，說明該裝置的安全可靠性已經(jīng)經(jīng)受住實踐的考驗，完全可以滿足稠油熱采試驗的要求。

過熱蒸汽裝置的運行參數(shù)為:進入裝置的蒸汽干度為60% ～70%，蒸發(fā)段入口壓力為11～13 MPa;進出口壓差在0.2～0.4 MPa之間變化，且壓差的變化幅度比較小;裝置混合器出口溫度在340～360℃，過熱度在20℃以上。

從注過熱蒸汽試驗井的采油日報可比較看出，4口試驗井注過熱蒸汽后，與上輪注濕蒸汽時的采油情況對照分析顯現(xiàn)了較好效果，產(chǎn)液量增加較多、產(chǎn)油量上升、含水下降。采油效果對比分析見表4。

表4 注過熱蒸汽前后采油對比情況表

從表中數(shù)據(jù)分析看出:注過熱蒸汽后采油效果最明顯的是 D813－4760井、D813－4362井、D813－4059井，此三口井的產(chǎn)液量、采油量都有較大幅度提高，且D813－4760井、D813－4362井的平均含水都有所下降。D813－4760井與同期采油數(shù)據(jù)相比，產(chǎn)液量提高了 221.9 t，采油量提高了242.3 t，油量增產(chǎn)了46.8%，平均含水由原來的70.2%下降為61.3%;D813－4362井與同期采油數(shù)據(jù)相比，產(chǎn)液量提高了28 t，采油量提高了142.5 t，油量增產(chǎn)了168.8%，平均含水由原來的94.4%下降為85%;D813－4059井與同期采油數(shù)據(jù)相比，產(chǎn)液量提高了52.6 t，采油量提高了19.4 t，油量增產(chǎn)了47.4%，平均含水由原來的 96.3%下降為94.8%。

總的來說，注過熱蒸汽后由于蒸汽熱焓大大增加，使地層滲流變好，稠油可順利從油藏中流向井筒，增加了采出量，顯現(xiàn)出較好的采油效果。

4 結論

現(xiàn)場試驗情況表明:研制的過熱蒸汽裝置能夠適應遼河油田稠油熱采的需要，可以安全可靠連續(xù)運行并生產(chǎn)出工藝所需要參數(shù)的過熱蒸汽。

過熱蒸汽裝置關鍵環(huán)節(jié)(蒸汽干度、過熱度、積鹽)，采用超常規(guī)的跟蹤自控技術，實現(xiàn)了裝置在線自動檢測與實時控制，確保了裝置安全穩(wěn)定運行。該設備的研制成功，實現(xiàn)了將處理后稠油采出水產(chǎn)生的濕飽和蒸汽直接過熱，用于超稠油油田的注過熱蒸汽吞吐開采，并在遼河油田現(xiàn)場試驗中產(chǎn)生了比常規(guī)濕飽和蒸汽熱采更好的采油效果。

［1］朱新立.過熱蒸汽裝置:提高稠油開發(fā)效果的有效設備［J］.節(jié)能技術，2009，27(4):347－374.

［2］李繼斌，等.過熱蒸汽發(fā)生器的研究與應用［J］.江漢石油學院學報，2011(5):217－218.

［3］聶惟國，等.稠油熱采過熱蒸汽發(fā)生器［J］.石油機械，2010(3):57－66.

［4］陳安新.GW型過熱蒸汽裝置［J］.石油科技論壇，2010(3):72.

［5］丁利，等.過熱蒸汽溫度變化對鍋爐經(jīng)濟和安全影響研究［J］.節(jié)能技術，2010，28(4):294－296.

［6］張莉莉，等.油田注汽鍋爐過熱爆管故障智能診斷方法［J］.節(jié)能技術，2012，30(1):48－50.

［7］崔連訓，等.薄層稠油油藏過熱蒸汽吞吐技術優(yōu)勢解析［J］.科學技術與工程，2012(3):1629－1631.

［8］張廣卿.油田專用微過熱蒸汽發(fā)生器［J］.油氣田地面工程，2012(5):86－87.

［9］范衛(wèi)東，等.40 t/h燃氣鍋爐過熱器爆管原因分析［J］.熱能動力工程，2002(11):644－646.

［10］許振清，等.油田專用濕蒸汽發(fā)生器爐管爆管原因分析［J］.腐蝕與防護，2005(1):32－33.

［11］丁萬成，等.鍋爐回用稠油污水軟化工藝技術研究［J］.石油規(guī)劃設計，2005(4):31－32.

［12］趙健，等.Na2SO3對油田專用高壓濕蒸汽發(fā)生器的危害［J］.管道技術與設備，2008(4):49－50.

［13］陳素晶，等.稠油熱采鍋爐爐管腐蝕穿孔原因分析［J］.機械工程材料，2005(2):52－54.

［14］溫建萍，等.處理后的油田污水對熱采鍋爐20G腐蝕性的研究［J］.腐蝕科學與防護技術，2001(3):182－184.

［15］彭忠勛，等.熱采稠油采出水回用鍋爐給水技術:赴美，加考察報告［J］.油田建設設計，1995(2):36－42.