注汽管網保溫材料的推廣與應用

張紅霞

油田注蒸汽系統主要包括蒸汽發(fā)生系統、地面管線和注汽井筒。地面蒸汽發(fā)生器（注汽鍋爐）所產生的熱流體處于高溫、高壓狀態(tài)，熱流體流經地面管線到達井口，然后流經井筒注汽管柱到達井底。由于熱損失的存在，熱流體的沿程管線壓力、蒸汽干度發(fā)生變化，最終影響井底熱流體參數。在由蒸汽發(fā)生器注入到井底加熱原油的過程中，熱損失主要發(fā)生在地面注汽管網和注汽井筒，提高管網隔熱保溫效果是保障輸送蒸汽質量、降低熱量損失節(jié)約能源最直接有效的途徑。

一、熱采注汽管網現狀及存在問題

自1992年10月進入熱采開發(fā)以來，油藏地面建設逐步擴大，熱采配套工藝得到完善，目前，采油廠已建成注汽站21座，注汽鍋爐25臺，年注汽井350余井次。

（一）注汽管網使用現狀

注汽管網主要用來輸送注汽鍋爐生產的高溫高壓濕飽和蒸汽。輸送的濕飽和蒸汽干度≤80%，管道工作壓力一般9-20Mpa，工作溫度303-365℃。注汽管網敷設方式采用低支架架空敷設，采用水泥支墩或鋼支架固定。

目前注汽管網保溫層普遍存在破損老化現象，大部分管道的外層保溫出現了分層脫落，熱量散失較為嚴重，同時，造成了管道外部腐蝕加劇。宏觀檢查發(fā)現外壁均存在深度不等的麻點，點蝕現象較為嚴重。

（二）注汽管道保溫材料應用現狀

據統計，油田在用輸汽管線所用保溫材料主要有珍珠巖、硅酸鋁等。保溫結構為多層氈，采用雙層巖棉，交錯包裹，外纏玻璃絲布，最外層使用鋁箔玻璃鋼。油田主要以硅酸鋁為主，現場應用情況主要表現在：

1、保溫效果不理想

（1）材質軟。目前有相當一部分的注汽管道采用了內層軟料結構，外層防水處理的保溫結構，即內層為巖棉軟料材料，外層鋁箔玻璃鋼。從現場情況看，普遍存在保溫材料下沉、脫落現象。

管道保溫設計為內外雙層交錯結構，D127管線選用厚度65mm（雙層130mm），D89管線選用厚度55mm（雙層110mm）硅酸鋁巖棉，采用玻璃絲布2道纏繞，并用鐵絲沿周向扎緊，最外層采用鋁箔玻璃鋼進行防水、防熱輻射處理。由于內部材料與輸汽管道未形成一個有機整體，長期使用受管線內蒸汽壓力波動、水力沖擊，以及人為破壞，造成管線振蕩，導致軟質保溫材料變形、滑移、下沉，嚴重的發(fā)生脫落，這勢必造成管網保溫缺陷處熱損過大。

（2）不憎水。硅酸鋁巖棉不具有憎水的性能，一旦外保護層（鋁箔玻璃鋼）出現破損，硅酸鋁便出現吸水、吸濕現象，一方面造成保溫層黏貼、下沉，另一方面因保溫料積水后干燥能力弱，加劇了對管線的外部腐蝕，安全運行系數降低。

2.維護費用較高

現場發(fā)現，硅酸鋁保溫材料使用一段時間后，出現下沉、脫落，上部保溫層堆積變薄。近幾年，每年用于注汽管網保溫維修的費用大約90萬元，完全修復保溫層3km，零修保溫6km，占全部管網長度的9%，管網保溫完好率達到85%以上。根據現場應用情況統計，硅酸鋁巖棉使用壽命大致5年。

二、鈦陶瓷保溫絕熱技術的應用及效果

（一）輸汽熱力管道保溫在注汽過程中的重要性

在稠油開采過程中，通過向油井注入高溫蒸汽的方式來提高地層壓力和降低原油粘度，如果注入地層單位體積蒸汽所攜帶的能量較少，不僅不能有效降低原油混合液的粘度，還會增加抽油機的有效載荷、降低地層原油的采收率。因此，注汽質量直接關系到油井的產量和噸油能耗的高低，是稠油熱采中最為重要的一環(huán)。而注汽質量除與鍋爐出口的蒸汽質量有關外，還和注汽管線保溫效果的好壞有直接關系。

現場調查發(fā)現，注汽鍋爐出口至井口，熱量損失分別由固定注汽管網、補償器、閥門、支架、活動管線、熱采井口組成，其中固定注汽管網熱量損失占到64%。通過使用新型保溫隔熱材料對注汽管道進行保溫，可有效降低熱量損失，從而提升注入井蒸汽質量。

（二）新型鈦陶瓷保溫隔熱材料技術優(yōu)勢

1、技術特點

（1）優(yōu)越的隔熱性能。常溫下（25℃）導熱系數可達到0.039w/m.k，硅酸鋁理論導熱系數為0.045w/m.k，現場測試為0.05-0.07w/m.k。

（2）良好的耐溫性能和防水。本材料耐受溫度760℃的高溫，完全憎水。

（3）很好的化學穩(wěn)定性。可長期耐受除氫氟酸、強堿外的大部分酸堿環(huán)境，不分解不變質，可長期耐受各種熱輻射（紫外光，紅外光，可見光）及電磁輻射，性能不退化，在常規(guī)使用環(huán)境下，具有極長的壽命，無需更換維護。

（4）環(huán)保無毒。主要成分為自然界最常見礦物質——石英，不含苯類、酚類有毒致癌物質。

綜上所述，新型鈦陶瓷保溫隔熱材料技術優(yōu)勢及使用特點在保溫型材中形成一個質的突破，所產生的經濟效益非?？捎^，能源效應更具重大意義。

（三）新型鈦陶瓷保溫隔熱材料結構及技術原理

1、鈦陶瓷絕熱保溫材料的結構

鈦陶瓷絕熱保溫材料內部含極大豐富微米級閉腔孔，使得熱流只能沿氣孔壁曲線流動，形成“無窮長路效應”，給熱導造成極大阻力，從而達到最佳的保溫效果。

2、鈦陶瓷絕熱保溫技術原理

鈦陶瓷絕熱材料導熱系數低，導熱系數相對穩(wěn)定，是一種節(jié)能型新型保溫材料。其優(yōu)異的絕熱保溫效果主要緣于零對流效應、無窮多折板效應及無窮長路效應等原理。絕熱材料中的氣孔都為小于50nm的理想封閉氣孔，能使幾乎所有的空氣分子失去運動遷移的能力，因而失去熱對流運動和對流傳熱的能力;另外，在本絕熱材料中，由于六鈦酸鉀晶須會在內部形成反射層結構，使得熱輻射射線穿過六鈦酸鉀晶須界面時都會發(fā)生反射、吸收、透射和再輻射，相當于在熱輻射傳播途徑上設置了近似無窮多的遮熱板，無窮多次的反射作用，使得熱輻射的傳播能力迅速衰減，最后大部分被吸收在納米孔絕熱材料上的靠近熱面一側的表層，然后再以輻射的方式返回原有的發(fā)射體，從而達到保溫的目的;再者，本絕熱材料中鈦酸鉀的應用大大增加了固體熱傳導路徑的延長。與現有的絕熱材料相比，絕熱保溫性能得到了顯著提升。

三、效益評價及前景

在推廣應用中，鈦陶瓷保溫絕熱技術不斷改善工藝配方，進一步提升了保溫效果，是目前常規(guī)保溫材料的2倍。年經濟效益可創(chuàng)57.75萬元。