稠油熱采新型制汽技術(shù)研究

王超　劉明

摘 要：我國(guó)稠油資源約198.7億噸，已在12個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了70多個(gè)重質(zhì)油田，探明儲(chǔ)量35.5億噸，主要采用注汽熱采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。熱采開(kāi)發(fā)是一種以熱換“油”的開(kāi)發(fā)方式，主要采用燃油/燃煤方式鍋爐制蒸汽，能耗高，污染大，制汽成本高。本著稠油開(kāi)發(fā)實(shí)施低成本、安全綠色戰(zhàn)略的要求，需要打破傳統(tǒng)思維，開(kāi)發(fā)新型節(jié)能環(huán)保的制蒸汽方法。高溫高壓小型反應(yīng)堆的高能量、少耗料、低成本、低放射性源、高安全性等特點(diǎn)，為稠油開(kāi)發(fā)提供了一種新型熱采開(kāi)發(fā)方式，具有重要的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)意義。本文基于小型壓水堆、高溫氣冷堆和鉛鉍快堆的技術(shù)特點(diǎn)，從制汽方面，提供核能制蒸汽技術(shù)方案，以滿(mǎn)足油井用汽要求，為核能供熱采油可行性提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：稠油;熱采;小型反應(yīng)堆;制汽

1 小型壓水堆方案

ACPR50模塊化緊湊型小型堆是中國(guó)廣核集團(tuán)自主研發(fā)的兩環(huán)路50MW級(jí)的非能動(dòng)安全先進(jìn)小型堆，熱功率200MWt。

ACPR50小型壓水堆的輸出介質(zhì)的溫度最高只能達(dá)到330℃，為了利用核能，考慮反應(yīng)堆輸出熱水溫度為305℃，經(jīng)過(guò)首站換熱器隔離換熱，再輸出熱水的溫度為300℃左右，為了達(dá)到供汽參數(shù)的要求，考慮將首站輸出的熱水利用注汽鍋爐發(fā)生合符參數(shù)要求的蒸汽，該蒸汽長(zhǎng)距離輸送到注汽區(qū)塊中心。小型壓水堆冷卻劑參數(shù)低的特點(diǎn)決定了它不能獨(dú)立提供核能，而是要和常規(guī)能源的蒸汽發(fā)生設(shè)備配合才能實(shí)現(xiàn)正常供蒸汽。

小型壓水堆參與的制汽流程由核堆、首站換熱器、注汽鍋爐及預(yù)熱器、短距離輸送管線、水源水輸送管線等構(gòu)成。核堆產(chǎn)出高能熱水輸送到換熱首站，經(jīng)首站換熱器產(chǎn)出300℃左右的熱水作為給水輸送到注汽鍋爐，經(jīng)過(guò)鍋爐生成滿(mǎn)足參數(shù)要求的蒸汽，再短距離輸送到注汽區(qū)塊中心。水源采用油田油水分離后的熱水，水源水溫度80℃以上，經(jīng)過(guò)離子交換除鹽輸入首站。

注汽鍋爐由于給水溫度比常規(guī)溫度大幅度提高，將會(huì)導(dǎo)致排煙氣溫度比常規(guī)提高200℃左右，這將導(dǎo)致鍋爐的排煙損失大幅度加大，從而使鍋爐的效率由92%左右降低到84%，為了充分利用排煙熱量，考慮重新設(shè)計(jì)預(yù)熱器充分利用排煙熱量對(duì)少部分水源水進(jìn)行預(yù)熱后送入給水入口管。

國(guó)內(nèi)注汽鍋爐以拖車(chē)移動(dòng)式和撬裝式為主，18t/h以下產(chǎn)量的鍋爐可以是拖車(chē)式，該容量以上的鍋爐一般做成撬裝式，最大容量可以到100t/h，注汽鍋爐可以燒油或者天然氣，受到采油市場(chǎng)需求影響，主流供貨產(chǎn)品鮮有燒煤鍋爐，現(xiàn)有型號(hào)的注汽鍋爐稍做設(shè)計(jì)修改可以滿(mǎn)足核能制汽的要求，更大容量的注汽鍋爐可以定制。

2 高溫氣冷堆方案

高溫氣冷堆HTR-200為球床模塊式高溫氣冷堆，采用全陶瓷包覆顆粒球形燃料元件，氦氣作冷卻劑，石墨作慢化劑。反應(yīng)堆由活性區(qū)、控制棒和吸收球停堆系統(tǒng)、陶瓷堆內(nèi)構(gòu)件和金屬堆內(nèi)構(gòu)件所構(gòu)成，支承和包容在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)。

高溫氣冷堆采用氦氣作為反應(yīng)堆冷卻劑，溫度高達(dá)580℃以上，能夠輸出高能熱水，輸出的熱水經(jīng)過(guò)換熱首站后能夠直接產(chǎn)出符合參數(shù)要求的蒸汽，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送到注汽區(qū)塊中心。

高溫氣冷堆反應(yīng)堆冷卻劑為氦氣，根據(jù)物理特性，氣態(tài)介質(zhì)在同樣溫度變化的情況下所釋放出的熱量大大地低于液態(tài)和固態(tài)介質(zhì)，這就決定了高溫氣冷堆核功率密度低的特點(diǎn)，這就使得高溫氣冷堆在同樣輸出熱功率的情況下，反應(yīng)堆和廠房的體積要大大地高于其他堆型，占地面積大，設(shè)備厚重。高溫氣冷堆參與的制汽流程由核堆、首站換熱器、長(zhǎng)距離蒸汽輸送管線、水源水輸送管線等構(gòu)成。核堆產(chǎn)出高能熱水輸送到換熱首站，經(jīng)首站換熱器產(chǎn)出滿(mǎn)足參數(shù)要求的蒸汽，再長(zhǎng)距離輸送到注汽區(qū)塊中心。水源采用油田油水分離后的熱水，水源水溫度80℃以上，經(jīng)過(guò)離子交換除鹽輸入首站。

3 鉛基快堆制汽方案

鉛基快堆CLFR-100反應(yīng)堆的輸出熱功率為260MWt，2015年起，中廣核已設(shè)立戰(zhàn)略專(zhuān)項(xiàng)開(kāi)展鉛基快堆關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，已完成固有安全鉛基快堆方案設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)工作。

鉛基快堆采用液態(tài)鉛鉍合金作為反應(yīng)堆冷卻劑，溫度高達(dá)520℃以上，能夠輸出高能熱水，輸出的熱水經(jīng)過(guò)換熱首站后能夠直接產(chǎn)出符合參數(shù)要求的蒸汽，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送到注汽區(qū)塊中心。

鉛基快堆由于采用鉛鉍合金作為冷卻劑，這種合金在液態(tài)下具有極高的比熱容，使得該堆型功率密度極高，甚至比壓水堆還要高得多，在同樣的熱功率輸出的情況下，鉛基快堆堆芯體積可以極大地縮小，這種優(yōu)勢(shì)非常有利于反應(yīng)堆的小型化，甚至可以作為陸上移動(dòng)式反應(yīng)堆堆型，這將能夠更好地適應(yīng)于機(jī)動(dòng)采油。同樣，鉛基快堆參與的制汽流程由核堆、首站換熱器、長(zhǎng)距離蒸汽輸送管線、水源水輸送管線等構(gòu)成。

4 結(jié)束語(yǔ)

ACPR50小型壓水堆因?yàn)榉磻?yīng)堆冷卻劑最高溫度只能達(dá)到330℃，這樣不論是輸出蒸汽還是熱水均無(wú)法滿(mǎn)足稠油熱采蒸汽參數(shù)要求，為此，我們建議ACPR50輸出熱水，配合注汽鍋爐發(fā)生符合參數(shù)要求的蒸汽用于長(zhǎng)距離輸送到注汽區(qū)塊中心;

HTR-200冷卻劑溫度高達(dá)580℃以上，采用這種堆型輸出蒸汽可以達(dá)到起點(diǎn)參數(shù)要求，但這種堆型廠房占地面積大，設(shè)備厚重;

CLFR-100的反應(yīng)堆冷卻劑溫度同樣達(dá)到520℃以上，輸出蒸汽可以達(dá)到長(zhǎng)輸參數(shù)要求，這種堆型堆芯功率密度很高，可以固定式，也可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式供能。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝建軍，魏淋生，趙長(zhǎng)喜.稠油熱采井新型增效技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及認(rèn)識(shí)[J].石油地質(zhì)與工程，2007，21（2）：65-68.