稠油热采集输工艺技术探讨

【摘要】针对目前稠油油田集输系统现状，介绍了地面注气系统的优化、集输工艺的优选、稠油的计量、高效节能加热炉的选取、高效分离器的应用、节能型输油动力设备及变频调速技术和管道的防腐保温及泄漏检测等多项提高系统效率的配套技术，从而达到稠油管道节能输送以提高企业经济效益。

【关键词】蒸汽 稠油集输 加热炉 高效分离器 变频调速 防腐保温 能耗

在世界油气资源中，稠油占有很大的比重。在国内，稠油资源分布也非常广泛，目前已发现的稠油油田已达70多个[1]，但如何有效地集输净化这些稠油，使其成为可用资源，一直是石油工业所面临的问题。在建设投资中，地面工程约占油田开发总投资的30%～40%，占气田投资的60%～70%[2]。集输工艺作为稠油油田集输系统的技术核心，其水平的高低直接影响着地面集输系统的能耗利用率，也是影响油田地面集输系统生产成本的决定性因素。

在稠油集输系统中，从井口至计量站，再到联合站，最后至原油外输以及从集输管道、防腐保温、集输流程到脱水工艺等，具有工艺设备多而且流程复杂、仪表控制要求高等特点，此外，还要求系统对某些原油具有较好的适应性。从而也使集输系统能源消耗在石油开发过程中占有较大的比例。因此，提高系统效率、节能降耗、降低生产成本是稠油开发生存与发展的必然选择[3]。

1 地面注汽系统

目前，我国稠油生产主要以注蒸汽热采为主，根据油藏情况和开采阶段，注蒸汽热采的主要形式有蒸汽吞吐开采、蒸汽驱油和蒸汽辅助重力泄油技术等[4]。热力采油作为目前稠油开发的主要手段，能够有效升高油层温度，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出。1.1 提高注汽质量

普通稠油在热采过程中，所注蒸汽的干度是保证热采效果的关键。干度较高时，可近似将管路中流体看成单相流，在此情况下流量计有较好的计量精度。

为了提高注汽的质量，在锅炉出口可以安装高温高压汽水分离器以及等干度分配器。如采用高温高压球形汽水分离器，可使注汽系统出口干度从75%提高到99%以上。这样既可以提高蒸汽的干度，也可以保证蒸汽干度的分配。此外，为保证地面蒸汽的干度，还必须做好高温、高压注汽管线的防腐和保温工作，以减少注汽管道的热损失。比如涂刷耐高温涂料，如硅酸铝复合保温涂料

等[5]。

当注蒸汽压力较高时，为提高热采效果，可采用活动锅炉注蒸汽的形式，如高压直流活动锅炉（蒸汽发生器）。

1.2 经济厚度计算

注汽管道保温层经济厚度的计算公式为：（管道外径），m；d2为保温层的外径，m。

在给定的条件下，以年工作总费用最小为优化目标，进行保温结构经济厚度的优化计算。由于在施工中保温层经捆扎后厚度会减小，保温层厚度应比计算值高出5%～10%。基于稠油注汽管道的工作特点和要求，建议采用硬质复合硅酸卷材或微孔硅酸钙作为注汽锅炉管道的保温材料[6]。

1.3 蒸汽计量

在蒸汽计量方面，可以在井口采用涡街流量计实现了蒸汽计量远传，信号通过太阳能板返回到控制室。计量误差一般控制在5%以下。此外，该流量计在野外环境下不需要特殊处理。

智能涡街流量计，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。该仪表采用压电应力式传感器，可靠性高，可在-20℃～250℃的工业温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的流量仪表。

2 稠油集输

2.1 集输工艺的优选

为了适应单井计量，单井集油管线可采用放射状管网敷设。以油井与计量站的隶属关系及计量站的位置作为优化设计变量，由于不同管径的管线投资不同，故以投资最小为目标函数，采用混合遗传算法进行求解，从而确定出计量站的最佳位置，以节省系统投资[7]。

热采油井出油温度变化较大，因蒸汽吞吐开采单井产量、温度具有从高到低周期性变化的特点，所以单井集油流程可采用目前成熟的蒸汽伴热工艺技术[8]。蒸汽伴热集油流程采用低压伴热蒸汽动态调配技术，低压蒸汽锅炉可采用高效燃煤炉。通过对站上来油温度的监测，仅对低产油井和边远井、高粘度油井管道进行低压蒸汽伴热，对于高产井、高含水井等温度较高的油井关掉伴热，以减少低压伴热蒸汽的耗量，生产管理方便，适应范围广，能够较好地提高能量利用率。

2.2 加热设施

加热炉是油田的主要能耗设备，尤其对于进入高含水期的油田及稠油的开发，加热炉显得更为重要。目前，国内外高效加热炉大都使用预混式微正压燃烧器来提高热效率。根据现场实际情况来看，油田所用加热炉主要存在设备老化、小型加热炉较多、效率偏低、燃烧不充分、炉内腐蚀结垢等问题。目前原油加热炉一般有水套炉、热媒炉或热管炉及相变加热炉等几种形式。水套加热炉传热效率偏低、结构复杂、炉体钢耗量大。另外，运行中易失水，需要经常补水。热媒炉比水套加热炉热效率高，工作压力低，节能效果显著，效益明显。相变加热炉是一种新型炉型，其将液态水变成气态水蒸气给稠油加热，具有传热强度大、效率高、体积小、承压高及安全性强等优点。按蒸汽压力不同，可分为真空相变和承压相变加热炉。在相变加热炉的基础上改进和发展起来的分体相变加热装置，适用于原油矿化度高，容易结垢的区块。稠油管道上采用节能型相变加热炉，可节省能源。但相变加热炉运行时水位应在盘管以下，否则起不到相变作用，而降低热效率。

推荐的高效节能加热炉选用情况：在联合站、净化厂、处理厂等大站用分体相变加热装置或热媒炉。中转站、集油站可用真空加热炉、常压热水炉。对于一些区块，水质差，存在结垢、腐蚀问题，处理难度大，锅炉用水困难，区块缺水，应采用热媒炉或分

体相变加热炉[9]。

2. 3 高效分离器的应用

传统三相分离器无法解决砂堵问题，面对高含水含砂采出液，一般都采用大罐沉降先除去油砂，然后再脱水的方式，许多油田采用二段或三段，甚至采用四段流程进行脱水。这种技术设备效率非常低，而且投资高，运行费用大。

针对稠油出砂严重、含砂稠油脱水难度大及设备效率低的问题，四相分离增加了对固相砂的分离，其基本原理为油气水砂四相混合物进入设备后，在入口处受离心力作用，通过旋流部件预脱除大部分气体；剩余的油、水、砂及固体杂质和少量的溶解气进入水洗室，通过水洗分离出游离水和部分油砂，乳化的油水混合液再通过填料的布液、整流和聚结在沉降室进行分离；对砂的分离是在对设备填料结构进行优化后在不堵塞设备（一种新型填料）的情况下，首先沉在设备底部，然后应用负压引流技术把砂排出设备，从而实现油气水砂的四相分离。

四相分离技术脱水效率高，用于稠油脱水，一段可脱至3.0%以下，污水含油不大于1000mg/L，再经适当缓冲沉降就可外输。此外，有效地解决了砂堵的问题，能够在一台设备内同时进行油气水砂的四相分离。用在稠油脱水上与常规技术相比，由原来的二段、三段或四段脱水工艺变为一段脱水工艺（计量站来液直接进高效四相分离器进行稠油密闭脱水，经一段处理后，再经适当沉降就可外输），不仅在流程上大大简化，而且在投资和运行费用方面也大幅度降低，使稠油脱水技术提升到了一个新水平[10]。

2. 4 泵的选型

往复泵适用于粘度大的液体输送（如稠油），但是排量要求不能太大。螺杆泵所输液体的种类和粘度范围较广，因而在稠油集输中被广泛应用。一般情况下，当P≤2.4MPa，Q≤45m3/h时，选用单螺杆泵。在伴生气量较大的情况下，用带调速的双螺杆混输泵。当被输液体的粘度较高而且含砂量也高时，除了可采用螺杆泵外，也可采用TLB（TCB）型容积泵。TLB型稠油泵粘度适应范围宽（5～100000mm2/s），转速低，泵效高，流量范围为5～500m3/h，工作压力为0.6～4.0MPa，介质温度≤300℃，自吸能力强，运转平稳，不仅可输送带微粒杂质的含砂稠油，也可输送夹带气、带水的油品。当然，在此基础上，已出现经改进后的同系列其他稠油泵。

2.5 管道防腐保温

为了减少热能损耗，优选保温材料，完善保温结构形式，是提高系统热能利用的重要途径。

目前，国内应用比较广泛的有黄夹克泡沫保温材料、CAS耐温型泡沫塑料等。管道外壁与泡沫保温层之间的防腐层可以有效防止管道受外界环境的腐蚀，可供选择的防腐材料有环氧粉末、环氧防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、沥青类材料等。但相比之下，环氧粉末的化学性能和耐腐蚀性能较好，工艺技术成熟，质量容易保证。当然，二层PE、三层PE也可作为防腐层，但其工程投资较高，一定厚度的环氧粉末涂层可以满足管道外壁的防腐要求。

3 结束语

（1）稠油的集输处理工艺复杂，配套设施多，投资及运行费用高。在生产过程中，应根据各站实际状况，及时调整集输设备的运行参数至最佳工况。此外，还应进行现场调查及对技术经济指标进行论证，对生产运行中能耗较大的工艺生产点，实施关闭或进行完善改造措施，将集输系统能耗降至最小范围。

（2）在优选保温材料的过程中，应与管道的外防腐材料、结构方式结合起来，开展多种材料的组合应用试验，以提高系统的保温效率。

（3）推广应用新型高效油气处理技术、污水处理技术、输油泵变频调速技术、加热炉新型高效节能技术和自动化控制技术，进一步改善稠油集输工艺，降低稠油处理及运行能耗。

（4）随着我国的稠油勘探开发力度的加大，稠油的总产量还会不断上升。因此，应加强对稠油集输处理工艺技术的总结研究和积极的探索，为今后的规划设计工作提供科学的借鉴。

参考文献

[1] 郭江，钟辉.稠油掺稀集输系统工艺优化[J].管道技术与设备 ，2011，（2）：13-15

[2] 冯叔初，郭揆常，等.油气集输与矿场加工[M].山东：中国石油大学出版社，2006：1-4

[3] 宋新虹，李涛，郑友林.稠油油田油气集输系统配套技术研究[J].石油规划设计，2006，17（4）：6-8

[4] 顾利明，余绩庆，朱英如，等.稠油油田生产能耗指标计算方法研究[J].中外能源，2012，17（1）：92-95

[5] 段炜华.稠油地面系统的建设[J].油气田地面工程，2012，31（8）：40-41

[6] 孙素凤.稠油开采注汽管道保温层的优化[J].油气储运，2011，30（7）：558-559

[7] 杨建军，站 红，刘扬，等.星状原油集输管网拓扑优化的混合遗传算法[J].西南石油大学学报（自然科学版），2008，30（4）：166-169

[8] 段全德.稠油集输工艺流程设计[J].油气田地面工程，2006，25（2）：15-16

[9] 吉效科.油田设备节能技术[M].北京：中国石化出版社，2011：173-223

[10] 王道满.油气地面工程科技成果专辑[M].北京：石油工业出版社，2007：221-226

作者简介

刘海涛（1976-）男，汉，河北定兴人，中国石油化工股份有限公司管道储运分公司新乡输油处，工程师，本科学历，石油储运方向。

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