大口徑注汽管線補(bǔ)償方式的探討

張維娜

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

大口徑注汽管線補(bǔ)償方式的探討

張維娜

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

注高壓蒸汽是稠油熱采開發(fā)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，由于蒸汽溫度高、壓力高，常規(guī)注汽管線口徑小輸送距離短。隨著注汽技術(shù)的不斷成熟，尤其是目前SAGD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，注汽管線大口徑長(zhǎng)距離輸送技術(shù)在遼河油田成功應(yīng)用。以遼河油田SAGD注汽為例，注汽干線外徑最大達(dá)到325mm，立體補(bǔ)償方式和彈簧穩(wěn)定裝置的設(shè)置等設(shè)計(jì)內(nèi)容都是遼河油田的首次應(yīng)用，本文根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行問題處理等就此方面展開探討。

SAGD注汽管線；高溫高壓水蒸汽；方形補(bǔ)償器的應(yīng)用；彈簧支架；改進(jìn)措施

稠油熱采技術(shù)中注汽系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)較高，以遼河油田為例，注汽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)通常達(dá)到17MPa以上，水蒸汽的飽和溫度達(dá)到350℃左右。注汽系統(tǒng)的常規(guī)作法是分散布置注汽站：即一座注汽站有一臺(tái)或兩臺(tái)注汽鍋爐，每臺(tái)注汽鍋爐對(duì)應(yīng)若干口注汽井。這種分散布置注汽站的優(yōu)點(diǎn)是注汽管線輸送距離短，管徑小，壓降小。注汽管線的蒸汽流量小，通過沖蝕速度的計(jì)算，可以確定管徑通常為D114×14或D76×10等規(guī)格。注汽管線的熱補(bǔ)償方式為水平方形補(bǔ)償器或立式方形補(bǔ)償器。水平方補(bǔ)的穩(wěn)定性好，吸收變形的能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是占地面積大。立式方補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省占地面積，一些必要的場(chǎng)所，如跨路、葦田過車通道等，必須設(shè)置立式方形補(bǔ)償器，但是立式方補(bǔ)的需要設(shè)置彈簧支架，且彈簧穩(wěn)定性差?？傊?，常規(guī)小口徑注汽管線（D76、D114）的補(bǔ)償方式為水平方補(bǔ)或立式方補(bǔ)的方式。

分散布站雖然有它的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也是顯而易見的，即沒有整體的注汽網(wǎng)絡(luò)，注汽系統(tǒng)缺乏相互調(diào)配注汽量的功能，注汽站和注汽管線建設(shè)零散，雜亂，甚至重復(fù)建設(shè)。為了克服上述缺點(diǎn)，在SAGD一期工程中，總體方案確定為集中布站：即集中多臺(tái)注汽鍋爐統(tǒng)一布置，形成大規(guī)模的蒸汽輸送能力。為了實(shí)現(xiàn)這一方案，建設(shè)大口徑注汽管線長(zhǎng)距離輸送蒸汽成為必須攻克的難題。采用大口徑長(zhǎng)距離輸送的注汽管線，可以建成完整有序的注汽網(wǎng)絡(luò)，不但能滿足各個(gè)注汽井的注汽量需求，也能夠根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行情況及注汽井位置在宏觀上調(diào)度和調(diào)配各井的注汽量。SAGD一期工程，注汽站出口注汽管線干線管徑達(dá)到325mm，長(zhǎng)距離輸送過程中的熱補(bǔ)償無法采用單一的水平方形補(bǔ)償器或立式方形補(bǔ)償器解決。水平方補(bǔ)可以滿足要求，且穩(wěn)定性好，但占地面積過大，經(jīng)濟(jì)性差，且在錯(cuò)綜復(fù)雜的油田老區(qū)內(nèi)根本沒有足夠的布置空間；立式方補(bǔ)由于垂直段的存在，熱補(bǔ)償過程中需要設(shè)置彈簧支架吸收其縱向位移，為了達(dá)到管線的柔性要求，垂直段的長(zhǎng)度過大，很難選到彈簧，單一的立式方形補(bǔ)償器不能滿足應(yīng)力計(jì)算的要求。

為了解決這一難題，我們查閱了大量的相關(guān)資料。例如加拿大某油田的SAGD注汽工程，注汽管線的干線最大公稱直徑達(dá)到DN500，輸送距離長(zhǎng)達(dá)5km。分析研究它們的注汽管線發(fā)現(xiàn)：由于工程所在區(qū)域地廣人稀，氣候干燥，注汽管線的布置都是采用水平補(bǔ)償方式敷設(shè)，不需要設(shè)置過人或過車的通道。再比如，電力行業(yè)高溫高壓的主蒸汽管道，通常采用吊架的形式，熱補(bǔ)償采用立體補(bǔ)償方式。

綜合各類工程實(shí)例，通過分析和研究，最后我們決定在大口徑注汽管線長(zhǎng)距離輸送中采用立體補(bǔ)償?shù)姆绞剑鐖D1所示。

圖1中可見，立體補(bǔ)償相對(duì)于水平補(bǔ)償，大幅度的節(jié)約占地面積（節(jié)約投資），同時(shí)又具備立式方補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)，為公路通行、葦田過車通道留出足夠的空間。這種管線布置方式通過應(yīng)力計(jì)算軟件也能滿足應(yīng)力方面的要求。

由于溫度高，管線熱膨脹的位移量很大，沿軸向變化的位移還好控制，個(gè)別位置發(fā)生了垂直于軸向的徑向位移，如圖中所示的彈簧處，這樣的徑向位移對(duì)彈簧的影響很大。

過去常規(guī)的作法中，單純的立式方形補(bǔ)償器需要設(shè)置彈簧支架，彈簧支架只有沿軸向方向的位移，由于管托的存在，這種位移對(duì)彈簧頂面的受力沒有太大的影響。在這種立體補(bǔ)償方式中，彈簧支架所處的位置既有軸向位移，又有垂直于管線軸向方向的位移（徑向位移），徑向位移的存向容易導(dǎo)致彈簧受力不均，久而久之彈簧就會(huì)頂面脫落而失去支撐能力。

為了解決彈簧支架容易失效的問題，設(shè)計(jì)人員研制出“注汽管線彈簧支架穩(wěn)定裝置”，通過在彈簧頂板上焊接穩(wěn)定并可上下移動(dòng)的鋼板，相當(dāng)于增加了彈簧的頂板面積，即使管托有一定的徑向位移也不會(huì)使彈簧側(cè)翻失穩(wěn)。該裝置申請(qǐng)并獲得國家實(shí)用新型專利，并在工程實(shí)踐中應(yīng)用，取得較好的效果。

圖1　

除此之外，需要考慮的問題還有：

（1）為滿足工程所在區(qū)域的防洪要求，管線采用中高支架敷設(shè)，為了降低固定支架的水平推力，每一個(gè)補(bǔ)償段都要進(jìn)行預(yù)拉伸，通過降低支架推力來降低土建工程投資。

（2）為防止高處門架上的管線位移量大，遇強(qiáng)風(fēng)或極端天氣情況出現(xiàn)滑落等危險(xiǎn)，在高支架上設(shè)置管線防滑落裝置，控制其位移方向及最大位移量。

（3）通過應(yīng)用新型保溫材料，即達(dá)到控制熱損失的目的，又最大限度地降低管線重量。

大口徑注汽管道采用立體補(bǔ)償方式，使得注汽鍋爐可以集中布置建設(shè)成為大規(guī)模注汽站，彈簧穩(wěn)定裝置的應(yīng)用，增加了大口徑注汽管線運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。通過一系列技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用，大口徑注汽管線長(zhǎng)距離輸送技術(shù)在遼河油田的首次應(yīng)用取得成功。這些創(chuàng)新技術(shù)的運(yùn)用，使工程投資和能耗大幅降低，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，集中布置注汽站及注汽綜合管網(wǎng)的方式給運(yùn)行、管理帶來方便。

［1］ SY/T0027-2014，稠油注汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ GB50316-2000，工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

TG172

A