過熱注汽鍋爐在稠油熱采工程中的應用

孫國成，繆遠晴，錢振斌

（中國石油集團工程設計有限責任公司新疆設計院，新疆克拉瑪依 834000）

過熱注汽鍋爐在稠油熱采工程中的應用

孫國成，繆遠晴，錢振斌

（中國石油集團工程設計有限責任公司新疆設計院，新疆克拉瑪依 834000）

在稠油熱采工程中，由于常規(guī)注汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽干度低，注到井底的蒸汽干度通常不到50%，影響了開采效果，為此需要采用新的高干度過熱注汽鍋爐。文章結合新疆油田稠油熱采注汽開發(fā)的基本情況，介紹了新研制的高干度過熱注汽鍋爐的工作原理、結構特點、現(xiàn)場運行情況及相關技術數(shù)據(jù)的測試情況等。

稠油熱采；過熱注汽鍋爐；蒸汽干度；研制；應用

新疆油田是我國稠油主要產(chǎn)區(qū)，目前稠油年產(chǎn)量已超過400萬t，約占新疆油田原油總產(chǎn)量的35%。新疆油田稠油開發(fā)始于1985年，第一座稠油熱采注汽站于1985年建成，從此新疆油田稠油進入大規(guī)模開發(fā)階段。截止到2009年已建成93座規(guī)模不等的稠油熱采注汽站，擁有注汽鍋爐300余臺。稠油開發(fā)技術在國內(nèi)處于領先水平，形成了工藝流程先進、布局合理、運行安全可靠、經(jīng)濟效益好的稠油熱采注蒸汽工藝技術。

注汽鍋爐是稠油熱力開采中的關鍵設備，同時也是天然氣、水、電的能源消耗大戶。注汽鍋爐是一種高壓直流鍋爐，通常由柱塞泵、水—水換熱器、輻射段、過渡段、對流段等構成，所產(chǎn)生的濕蒸汽干度一般為80%，因此也叫濕蒸汽發(fā)生器。

由于注汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽干度低，經(jīng)過管道輸送后，注到井底的蒸汽干度通常不到50%，影響稠油開采效果。隨著人們對稠油開發(fā)認識的不斷加深，通過試驗研究認為：注入油層的蒸汽干度越高越好，特別是對于采用蒸汽驅(qū)重力輔助泄油開發(fā)技術 （SAGD）的超稠油，要求注入井底的蒸汽干度為70%～75%，這樣注汽鍋爐出口的蒸汽干度應≥95%，才能保證井底所要求的蒸汽干度，而普通注汽鍋爐由于受自身結構、給水水質(zhì)的限制，不可能產(chǎn)出90%干度的濕蒸汽。因此，要采取措施，研制高干度過熱注汽鍋爐，提高稠油熱采注蒸汽的干度。國內(nèi)幾種常用的注汽鍋爐技術參數(shù)見表1。

表1 國內(nèi)常用注汽鍋爐型號及技術參數(shù)

1 過熱注汽鍋爐

稠油熱采過熱注汽鍋爐是在常規(guī)注汽鍋爐的基礎上，根據(jù)油田注汽需求而設計生產(chǎn)的一種新產(chǎn)品，包括爐體、給水預熱器、汽水分離器、分配器、汽水摻混器，爐體由輻射段、過熱段、對流段組成。

過熱注汽鍋爐工作原理是首先由注汽鍋爐輻射段、對流段將水加熱成濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽進入汽水分離器 （脫鹽器）進行分離，分離出的高干度蒸汽 （≥95%）進入注汽鍋爐過熱段加熱成過熱蒸汽 （過熱度40～50℃），分離出來的高含鹽飽和水與過熱蒸汽進入汽水摻混器混合成為工藝所需要的過熱蒸汽。過熱注汽鍋爐將濕飽和蒸汽分離，加熱干蒸汽，避開過熱段析鹽，提高了熱能利用率，實現(xiàn)了零排污。過熱注汽鍋爐 （YZG20-9.8/350-D）技術參數(shù)見表2，其工藝流程見圖1。

表2 過熱注汽鍋爐 （YZG20-9.8/350-D）技術參數(shù)

過熱注汽鍋爐仍然為直流鍋爐，給水帶入鍋爐的雜質(zhì) （鹽類）不是沉積在鍋爐中，就是被蒸汽帶走，即給水中的含鹽量等于沉積在鍋爐受熱面的含鹽量和鍋爐產(chǎn)蒸汽的含鹽量之和。溶于飽和蒸汽中的鹽分和分離器出口蒸汽中所帶水滴的鹽分將隨飽和蒸汽進入過熱器受熱面，而其余的鹽分溶于分離器出口的飽和水中。

在過熱器中是否會產(chǎn)生鹽質(zhì)沉積 （結垢）現(xiàn)象，取決于過熱蒸汽的溶鹽能力。研究表明，凡可溶于飽和蒸汽的鹽都能溶于過熱蒸汽，而且壓力越高，溶解度越大；在同一壓力下隨著溫度的增高，開始時溶解度下降，當超過某一溫度后又隨溫度升高而上升。因此，只要給水中所含某種鹽類的濃度小于過熱蒸汽對這種鹽類的最小溶解度，就會被過熱蒸汽帶出，而不會在過熱器中產(chǎn)生鹽垢。

過熱注汽鍋爐的特點：利用軟化水產(chǎn)生過熱蒸汽；結構合理、流程先進、調(diào)節(jié)范圍大、適用性強；熱能利用率高；自動化控制、實現(xiàn)在線監(jiān)測、液位控制恒定、無需人工化驗；人機界面直觀、操作簡便；系統(tǒng)具有自診斷功能、故障率低；系統(tǒng)具有豐富的數(shù)據(jù)管理功能、歷史數(shù)據(jù)可以永久存儲；運行實行零排放、節(jié)能減排、保護環(huán)境；趨于人性化設計，性能可靠、安全、穩(wěn)定。

稠油熱采過熱注汽鍋爐是對傳統(tǒng)濕飽和蒸汽注汽鍋爐的一次大膽突破。該過熱注汽鍋爐所采用的獨特工藝及特殊結構設計、自動化檢測控制系統(tǒng)可保證裝置安全可靠地連續(xù)穩(wěn)定運行，且比常規(guī)濕飽和蒸汽，提高采收率15%左右。

2 過熱蒸汽注汽鍋爐在油田的應用 （見表3、表4）

2008年新疆風城油田超稠油重32井區(qū)SAGD開發(fā)先導試驗區(qū)安裝2臺過熱注汽鍋爐，過熱注汽鍋爐運行參數(shù)見表3，過熱注汽鍋爐測試數(shù)據(jù)見表4。

表3 2#過熱注汽鍋爐運行參數(shù)

表4 過熱注汽鍋爐測試數(shù)據(jù) （2009-08-07）

這是全國首次使用YZG20-9.8/350-D型過熱注汽鍋爐。鍋爐的供熱量為19.6 MW，蒸發(fā)量20 t/h，工作壓力9.8 MPa，過熱蒸汽溫度340～360℃，熱效率≥88%。經(jīng)過一年半的運行，各項技術指標均達到設計要求，為重32井區(qū)SAGD開發(fā)先導試驗區(qū)的試驗工作奠定了堅實的基礎。

測試結果分析：重32井區(qū)SAGD試驗區(qū)安裝的2臺20 t/h過熱注汽鍋爐，在正常運行工況下，1#、2#過熱注汽鍋爐的平均熱效率分別為89.5%、91.7%。在一年半的運行過程中，過熱注汽鍋爐的過熱段一直處于過熱狀態(tài)，鍋爐運行正常，達到了設計要求。

[1]SY/T 0027-2007，稠油注汽系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

Application of Superheated Steam Injection Boiler in Heavy Oil Thermal Recovery Engineering

SUN Guo-cheng（Xinjiang Design Institute of China Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Kelamayi 834000,China）,MIAO Yuan-qing,QIAN Zhen-bin

In heavy oil thermal recovery engineering,dryness fraction of steam produced by conventional steam injection boiler is low and usually it is less than 50%when the steam goes to well bottom,which leads to a lower recovery efficiency.A high dryness fraction superheated steam boiler is newly developed.Associated with the basic situation of heavy oil thermal recovery with steam injection in Xinjiang Oilfield,the working principle,structural features,field operation and relevant technical tests of the boiler are presented in this paper.

heavy oil thermal recovery;superheated steam injection boiler;dryness fraction of steam;research and development;application

TE934.4 TK22

B

1001－2206（2011）06－0023－03

孫國成 （1962-），男，遼寧綏中人，高級工程師，1986年畢業(yè)于華中工學院，現(xiàn)從事熱工、暖通設計工作。

2011-01-13