任寶銘（遼河油田特種油開發(fā)公司）

熱力采油是目前世界上規(guī)模最大的提高采收率工程項目，主要應(yīng)用于稠油油藏和高凝油油藏的開采。熱力采油技術(shù)已經(jīng)形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)、火燒油層和蒸汽輔助重力泄油（SAGD）為代表的主體技術(shù)框架。隨著遼河油田在近30年的稠油開發(fā)實(shí)踐中，逐步形成了一整套適合遼河油田稠油開發(fā)的配套技術(shù)來改善稠油的流動能力和提高采收率。在遼河油田二次開發(fā)高效熱采和方式轉(zhuǎn)換，SAGD采油技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，已經(jīng)成為了大幅度提高稠油采收率尤其是蒸汽吞吐后期穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，開采技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

SAGD產(chǎn)出液溫度高、井口壓力高、換熱冷源少等特點(diǎn)提高了配套工藝的技術(shù)要求，與國外已經(jīng)實(shí)施的SAGD油藏比，遼河油田面臨油藏埋藏深、操作壓力高、大排量舉升要求高等系列難題，因此提高SAGD效能需要從幾個關(guān)鍵方面著手，一是努力提高油汽比；二是采用高效可靠的舉升工藝；三是提高注汽熱效率；四是熱能綜合利用回收；五是準(zhǔn)確的計量及高效的脫水工藝，同時SAGD開發(fā)處于油田滾動開發(fā)中后期，如何和已經(jīng)建成的完備的蒸汽吞吐地面配套和工藝設(shè)施合理結(jié)合也是提高SAGD效能的關(guān)鍵問題。

1 SAGD發(fā)展概況

1.1 SAGD開發(fā)現(xiàn)狀

曙一區(qū)超稠油主要采用兩種開發(fā)方式，蒸汽吞吐和SAGD，其中在杜84塊的館陶、興Ⅰ組合興Ⅵ組三套油層共部署了109個SAGD井組，含有面積4.29 km2，地質(zhì)儲量3 355×104t[1-2]。一期規(guī)劃SAGD開發(fā)48個井組和二期擴(kuò)大部分井組轉(zhuǎn)驅(qū)完成，目前日注汽量10 482 t/d，日產(chǎn)液量12 203 t/d，日產(chǎn)油量2 389 t/d，油氣比0.20（圖1）。

1.2 SAGD工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

自2007—2011年SAGD順利由先導(dǎo)試驗(yàn)進(jìn)入到了工業(yè)化推廣階段，配套的工藝技術(shù)體系能夠滿足遼河油田SAGD開發(fā)需要，由零散的單井設(shè)計發(fā)展到工業(yè)化集約型地面配套建設(shè)。注汽系統(tǒng)由先導(dǎo)試驗(yàn)分散式就近注汽改為集中供汽給環(huán)形干線注汽管網(wǎng)再分支注汽，增大注汽站規(guī)模井提高熱能利用率，同時合理分布蒸汽計量分配點(diǎn)；舉升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全部國產(chǎn)化應(yīng)用，同時根據(jù)遼河油田具體SAGD井生產(chǎn)情況優(yōu)化升級，包括長沖程大載荷抽油機(jī)配套國產(chǎn)大排量耐高溫管式泵、雙管分離懸掛井口裝置、國產(chǎn)耐高溫光桿密封器及井口安全控制系統(tǒng)、井下多點(diǎn)溫度壓力實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)等；集輸系統(tǒng)由先導(dǎo)試驗(yàn)的單井換熱改為高溫集輸匯合后集中換熱，即各單井產(chǎn)出液進(jìn)入到計量接轉(zhuǎn)站經(jīng)高溫輸油工藝系統(tǒng)直輸至集中換熱站，統(tǒng)一換熱降溫后進(jìn)入聯(lián)合站進(jìn)行常規(guī)二段熱化學(xué)沉降脫水處理[3-4]。

圖1 遼河油田SAGD開發(fā)一期工程+二期工程生產(chǎn)現(xiàn)狀曲線

2 提高效能主要做法

2.1 提高現(xiàn)有系統(tǒng)熱效率和減少熱損失

SAGD技術(shù)采油過程中需要向油層注入大量高干度蒸汽，需要消耗大量燃料，也產(chǎn)生大量余熱，提高系統(tǒng)熱效率可以實(shí)現(xiàn)熱能高效利用，同時保證井底蒸汽干度，注汽系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量有效地加熱油藏，提高洗油效率，增大泄油速度，因此在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下，盡可能的通過技術(shù)改造和工藝優(yōu)化減少系統(tǒng)熱損失是提高SAGD效能的有效辦法。目前SAGD工藝熱損失嚴(yán)重，鍋爐損失20%，汽水分離器分離水損失5%，蒸汽輸送損失4%，產(chǎn)出液輸送損失15%，地面總消耗44%。注汽井筒損失10%，采油井筒損失7%，油層消耗39%，地下消耗56%。目前SAGD工藝噸油操作成本為800元/t，采油成本相對較高。

目前SAGD注汽系統(tǒng)采用是大噸位注汽鍋爐+汽水分離器方式發(fā)生95%以上干度蒸汽，同時排出高溫分離水，同時SAGD產(chǎn)出液攜帶大量余熱，具體情況如下：

1）鍋爐高溫?zé)煔庥酂?。目前SAGD每天注汽鍋爐燃煤消耗3×104m3，過量空氣系數(shù)在1.2～1.8，排煙溫度在230～320℃，此時的鍋爐效率為72%～85%，若按鍋爐平均效率82%，散熱損失為5%，由于燃?xì)忮仩t不存在機(jī)械不完全燃燒熱損失以及灰渣熱損失，排煙損失為13%，按照天然氣熱值為3 800 kJ/m3，每天廢熱量為2.01×109kJ熱量。

2）汽水分離器高溫分離水余熱。高溫鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽在輸至分配間之間需進(jìn)行汽水分離達(dá)到SAGD工藝，目前SAGD工藝產(chǎn)生的高溫分離水約為4 800 m3/d，高溫分離水溫度為180℃，熱焓為763 kJ/kg，此部分飽和水的焓總量為3.6×106kJ。

3）采出液的高溫余熱。SAGD工藝采出液不僅量大，約為12 000 m3/d，溫度較高，在155～185℃，此時高溫采出液焓值為650～780 kJ/kg，若按720 kJ/kg計算，采出液熱焓為8.64×107kJ。

目前SAGD注汽工藝影響加熱爐效率高低的主要因素是兩項熱損失：排煙熱損失、表面熱損失。降低排煙溫度可以明顯地提高加熱爐的熱效率，排煙溫度每降低50℃，排煙熱損失可降低2%～3%，相應(yīng)地鍋爐效率可增加2%～3%，因此蒸汽鍋爐可以采用如下改進(jìn)措施：

1）保持換熱面的清潔，增強(qiáng)換熱能力，可以降低排煙溫度。具體可以配置合適的吹灰器定期吹灰，采取除垢清蠟措施維持換熱內(nèi)表面的清潔。

2）增加對流段的傳熱面積。如增加對流煙管或釘頭煙管。

3）在加熱煙管尾部設(shè)置空氣預(yù)熱器（列管式、回轉(zhuǎn)式和熱管型）。進(jìn)入對流室的煙氣溫度一般在400℃左右，冷進(jìn)料取走了約200℃的熱量。利用剩余200℃高溫?zé)煔獾哪芰渴翘岣邿嵝实年P(guān)鍵所在。采用熱管式空氣預(yù)熱器加熱空氣，可使加熱爐的煙氣溫度由230℃降低到165℃左右，達(dá)到了較為理想的效果。

4）加熱爐送風(fēng)自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)優(yōu)化控制。過量空氣系數(shù)過大或過小都對燃燒不利，都會使不完全燃燒損失和排煙熱損失增大，通過自控送風(fēng)改進(jìn)，可以使送風(fēng)量和燃料量相匹配，熱效率提高6%以上。

5）采用經(jīng)濟(jì)合理的地面管線保溫層，從經(jīng)濟(jì)性、保溫性能以及防水性上綜合分析，可使用氣凝膠+陶瓷纖維氈的保溫結(jié)構(gòu)。

2.2 高效經(jīng)濟(jì)的水處理

目前SAGD注汽工藝是直流鍋爐+汽水分離器組合形式，可以實(shí)現(xiàn)出口干度大于或等于95%，井底大于或等于70%，為了實(shí)現(xiàn)過熱蒸汽發(fā)生必須采用汽包鍋爐或過熱直流鍋爐，而鍋爐發(fā)生100%干度蒸汽就意味著沒有可以攜帶高離子濃度的液相，這就對水質(zhì)提出了嚴(yán)格要求，借鑒國外SAGD過熱蒸汽技術(shù)同時結(jié)合遼河油田鍋爐供水現(xiàn)狀，可以采用蒸汽機(jī)械壓縮水處理技術(shù)（MVC）和多效閃蒸水處理技術(shù)（MED）將SAGD產(chǎn)出污水通過垂直薄膜蒸發(fā)技術(shù)處理成汽包爐可以用的蒸餾水，而由于沒有汽輪機(jī)對水質(zhì)的嚴(yán)格要求，油田汽包爐可以降低水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，從而提高經(jīng)濟(jì)性，但是降低水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)必須要滿足油田注汽用汽包爐長期安全運(yùn)行[5-8]。

汽包爐+MVC水處理技術(shù)（或者過熱直流鍋爐+MED）作為過熱蒸汽發(fā)生技術(shù)框架可以大大提高SAGD效能，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢：采用MVC蒸發(fā)技術(shù)的SAGD水處理系統(tǒng)，運(yùn)行成本比傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)低6%～10%；蒸發(fā)系統(tǒng)不會產(chǎn)生大量高含水的固體污泥；可大大減小和簡化直流鍋爐排污濃縮廢液處理和熱量回收系統(tǒng)；可將含油污水精細(xì)處理回用于汽包鍋爐系統(tǒng)，省去了傳統(tǒng)流程中的過濾、離子交換，及部分預(yù)除油設(shè)備。

目前遼河油田過熱蒸汽發(fā)生試驗(yàn)工程已經(jīng)全面啟動，2014年汽包爐和MVC（MED）水處理技術(shù)開展現(xiàn)場中，通過試驗(yàn)應(yīng)用形成SAGD過熱蒸汽注入、水處理主體技術(shù)框架，制定適合SAGD汽包爐的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以在汽包爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性的前提下，對MVC相應(yīng)的水處理環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

MVC雖然是高效的水處理技術(shù)，但是經(jīng)過測算，噸液處理成本為15.6元，SAGD工業(yè)化推廣存在著運(yùn)行成本較高的問題，為了提高SAGD效能，必須選擇經(jīng)濟(jì)合理的水處理技術(shù)，分滲透膜技術(shù)是個適合的選擇。反滲透水處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用，它利用壓力差為動力，將溶液中的鹽分通過特定的半透膜分離到廢濃液水中，從而獲得含鹽量很低的產(chǎn)品水，可以大大降低工人的勞動強(qiáng)度，又可提高整個水處理工藝的運(yùn)行水平和自動化程度。相對于MVC等水處理技術(shù)，反滲透膜技術(shù)具有處理成本低、操作簡單等特點(diǎn)，MVC處理技術(shù)經(jīng)過測算運(yùn)行成本為15.6元/t，膜處理技術(shù)成本僅為6.9元/t，不足是只能處理60%～70%含油污水，因此可以采用膜處理技術(shù)+MVC處理結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的水處理組合，MVC處理剩余的20%～30%污水，綜合成本不到10元。

2.3 氣體回注及輔助生產(chǎn)

遼河油田實(shí)施SAGD開采稠油的過程中，用于提供大量水蒸氣的燃油鍋爐同時每年向大氣中排放了大量的溫室氣體和污染物（N2、CO2為主），嚴(yán)重污染了環(huán)境。為解決這一問題，將收集、處理后的鍋爐煙道氣伴蒸氣注入地層，既起到增大蒸汽腔體積、保持地層壓力和減少稠油黏度的目的，同時避免了鍋爐煙道氣直接排放到空氣中污染環(huán)境的問題。

由于SAGD生產(chǎn)是連續(xù)注汽，蒸汽超覆現(xiàn)象非常明顯，射孔井段上部油層的溫度升高較快，一旦溫度升高到頂水區(qū)域，對SAGD試驗(yàn)甚至整個油藏開發(fā)產(chǎn)生非常不利的后果。研究表明，N2、CO2、煙道氣都可作為輔助提高SAGD開發(fā)效果的非凝析氣體，同時針對杜84塊館陶油層特點(diǎn)，N2是最合適的非凝析氣體，加入N2能夠降低蒸汽腔上部的分壓，從而降低上部的溫度，目前遼河油田已經(jīng)成功實(shí)施注N2輔助SAGD生產(chǎn)段塞式注入，取得了理想效果，而加入CO2則能夠降低原油黏度，起到改善開發(fā)效果的作用，所以加入煙道氣可以具有N2和CO2的雙重作用。經(jīng)濟(jì)評價結(jié)果表明，注煙道氣的投入產(chǎn)出比最高為5.22，注氣輔助SAGD能夠降低采油成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 SAGD產(chǎn)出液熱能利用

SAGD產(chǎn)出液量將注入井下的1/3熱量攜帶出來（產(chǎn)出液溫度150～180℃），如何利用這部分熱能可以是提高SAGD效能的重要舉措，同時也解決了SAGD規(guī)?；D(zhuǎn)驅(qū)帶來的熱量無法消化問題（產(chǎn)出液溫度需降低至熱化學(xué)沉降脫水的溫度90℃），SAGD后續(xù)發(fā)展可以采用兩種熱能利用方式，一是將SAGD產(chǎn)出液熱量換熱給蒸汽吞吐的熱量需求，目前稠油生產(chǎn)蒸汽吞吐地面伴熱采用的是燃煤爐加熱導(dǎo)熱油方式，可以利用SAGD熱量加熱導(dǎo)熱油實(shí)現(xiàn)蒸汽吞吐伴熱；二是將產(chǎn)出液熱量直接換熱給鍋爐供水溫度提升，對鍋爐供水預(yù)加熱，節(jié)省燃料。

1）替換燃煤爐伴熱。利用SAGD采出液余熱伴熱技術(shù)在合適位置的伴熱單元擺設(shè)浮頭式換熱器，將附近SAGD高溫產(chǎn)出液分流至換熱器，利用SAGD采出液余熱作為換熱熱源對導(dǎo)熱油介質(zhì)進(jìn)行加熱，達(dá)到為輸油管線提供熱量以保持超稠油良好流動性的目的。

杜84塊SAGD開發(fā)已經(jīng)成功開展實(shí)施SAGD采出液余熱伴熱技術(shù)，用以取代燃煤爐伴熱單元，該伴熱單元所伴熱的吞吐平臺溫度穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)，滿足了超稠油開發(fā)生產(chǎn)要求，年節(jié)氣14×104m3，節(jié)省成本27萬元，下步可以推廣該工藝技術(shù)，預(yù)計年節(jié)氣84×104m3，直接節(jié)省成本166萬元/a。

2）對鍋爐用水密閉直供預(yù)升溫。產(chǎn)出液余熱應(yīng)用于注汽鍋爐干線供水的工藝原理為利用SAGD高溫產(chǎn)出液對注汽鍋爐用的軟化清水換熱升溫，SAGD產(chǎn)出液溫度降至脫水需要的90℃左右，而鍋爐用水提升至130℃，需要對目前的注汽工藝進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)密閉輸水直供鍋爐，取消現(xiàn)有敞口緩沖水罐。水溫的預(yù)提升可以降低鍋爐燃料消耗，預(yù)計可以節(jié)氣3 650×104m3，年節(jié)省成本7 200萬元以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時解決了SAGD規(guī)模轉(zhuǎn)驅(qū)熱量無法消化問題，預(yù)計可以滿足SAGD規(guī)劃的88個井組的轉(zhuǎn)驅(qū)（圖2）。

3 結(jié)論

1）SAGD提高效能是未來發(fā)展主要解決的技術(shù)難題，需要在注汽、舉升和地面集輸系統(tǒng)展開充分深入的研究，對熱能的有效利用和循環(huán)利用仍是提高效能的主攻方向。

2）依靠各種技術(shù)手段加強(qiáng)原油的降黏效果和提高泄油速度可以直接提高SAGD采油效果，未來仍需要進(jìn)行大量的探索和試驗(yàn)，使用溶劑強(qiáng)化SAGD，由此提升SAGD的能量利用效率或許是較好的選擇。

3）地面配套工藝要不斷升級和優(yōu)化，滿足SAGD注采要求，優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理的配套工藝，追求高效、可靠和環(huán)保。

4）采用過熱蒸汽技術(shù)是SAGD后續(xù)發(fā)展開采增加深層、特深層的保障，是提高SAGD開發(fā)效果的關(guān)鍵。