油田稠油开采系统热效率论文

油田稠油开采系统热效率研究

摘要：建立了热采注汽系统热效率的计算模型。根据滨南油田数据计算了2个注汽系统的热效率。提出了提高注汽系统热效率的三措施：（1）降低锅炉的过剩空气系数；（2）按最大允许热损失设计地面输汽管线的保温层厚度；（3）使用视导热系数小的隔热油管，按箍增加隔热结构，防止热封隔器的泄漏等。

关键词：注汽系统；热效率；稠油；提高措施

【中图分类号】te32

前言

注蒸汽开采稠油是一种行之有效的方法，已成为国内外广泛采用的开采稠油、超稠油的常规方法[1，2]。世界上稠油资源极为丰富，随着石油科技的日益发展，世界高凝油藏、稠油油藏不断被发现，全世界稠油的总资源量约为已经探明的常规原油储量的6倍，约为15500×108t。稠油油藏的分布范围十分广泛，世界上各产油国几乎都有稠油资源，目前发现的稠油资源主要集中在美国、加拿大、委内瑞拉和中国。我国的稠油资源也非常丰富，预计储量在80×108t以上，主要分布在松辽、渤海湾、准噶尔等盆地。稠油产量已成为我国原油产量构成的重要组成部分，且逐年增长。

1.稠油井注汽系统热效率的计算

稠油井注蒸汽热效率分析时，常将注汽系统划分成注汽锅炉、地面集输管线和注汽井井筒三大部分，各部分效率分别予以计算，三效率的乘积就是注汽系统总的效率。为分析热损失的构成，提出

提高注汽系统热效率行之有效的措施提供依据。

1.1 锅炉热效率

（1）

其中，hb′=g（hb-hw）

式中，η1为注汽锅炉热效率，%；hb′为注汽锅炉有效利用热量，kj/h；g为蒸汽流量，等于给水流量），kg/h；hb为锅炉出口蒸汽比焓（由出口蒸汽温度和干度求定），kj/kg；h为锅炉的给水比焓（由给水压力和温度求定），kj/kg；为燃料消耗量，kg/h；qdwy为燃料的应用基低位发热量，kj/kg；irx为燃料的物理显热，kj/kg。

1.2水蒸气在地面管线中流动的热效率

η2=1-ηd（2）

其中，ηd=

式中，η2为水蒸气在地面管线中流动的热效率，%；ηd为水蒸气在地面管线中流动的热损失率，%；l为地面管线的长度，m；qt为锅炉出口蒸汽所携带的总热量，w；ql为单位管长热损失量，w/m。

1.3 水蒸气在井筒中流动的热效率

η3=1-ηj（3）

其中，ηj=

式中，η3为水蒸气在井筒中流动的热效率，%；ηj为水蒸气在井筒中流动的热损失率，%；qj为井筒中总的散热量，w。

2.提高热效率的主要措施

组成注汽系统的三大部分均有减少热损失、提高热效率的空间，但它们改进的余地和提高的极限是互不相同。依据实测数据，对照各部分极限热效率，就可以提出切实可行的改进措施。下面按三大部分逐一加以分析。

2.1 注汽锅炉

锅炉热损失统统分为四项：

1、排烟损失q2：降低排烟温度可以降低排烟热损失。但是要降低排烟温度，就要增加锅炉的尾部受热面积，因而增大了锅炉的金属消耗量和烟气流动的阻力；另一方面，由于烟温台地会引起尾部受热面的酸性腐蚀，因而也不允许排烟温度降得过低。减少进入炉膛的过量空气系数可以减小排烟容积，降低排烟损失，但过量空气系数太小，可能空气量供应不充分燃烧不好，因此必须综合考虑。

2、化学不完全燃烧损失q3：是由于烟气中含有残余的可燃气体所造成的。影响烟气中可燃气体含量的主要因素是炉内过量空气系数的大小，此外，炉膛结构及喷燃器布置不合理，炉膛内有死角或燃料在炉内停留时间过短都会使q3增大。

3、机械不完全燃烧损失q4：是由于锅炉排烟中含有未燃尽的碳所造成的。这项热损失主要存在于燃煤锅炉中，对于燃油和燃气锅炉一般认为此项损失为零。

注汽锅炉热效率有其极限值，一般在80～85%之间，经特殊设计可达到90%。减小排烟热损失是提高注汽锅炉热效率的主要途径。需要通过减小过剩空气系来实现，也就需要关小进风量，这会使炉

膛温度提高，炉膛辐射传热量增大，从而使排烟温度有适当降低，现场试验证实了这一分析[3]。

2.2 地面输汽管线

地面输汽管线热损失主要源于保温设计不良、保温层损坏或管线上各种管件的裸露。有关的国家标准对保温良好的管道热损失有明确的规定[4]，在350℃注汽温度下季节运行的保温管道最大允许热损失为[q]≤308w/m2。

实际上，目前在役的地面输汽管线热损失远远大于上述规定值，保温效果不合格，需要进行保温改造。

2.3 注汽井井筒

注汽井中的热损失主要是蒸汽的热量经隔热油管管柱、油套管环空、套管、水泥环至周围地层的经向散热，这是一种复杂的非稳态传热过程，通常采用数值方法确定。散热量的大小主要取决于隔热油管性能的优劣。但是连接隔热油管的接箍由于没有良好隔热措施，由接箍散失的热量很严重，这在数值计算中未予考虑，因而造成实测蒸汽干度小于计算蒸汽干度。另外。由于热封隔器座封不严，油套管环空形成的回流也会造成注汽井热损失的增大。

具体该井措施：使用视导热系数小的隔热油管，按箍增加隔热结构，防止热封隔器的泄漏等措施都能减小蒸汽在注汽井中的热损失。实施这些改进措施比较困难，费时费钱，定量计算改进效果也不容易。

3.结论

（1）注汽系统热效率注汽系统效率由注汽锅炉热效率η1、地面集输管线热效率η2和注汽井井筒热效率η3三部分组成，注汽系统总的效率为η=η1·η2·η3；

（2）提高注汽系统热效率的措施可以概括为：（1）降低过剩空气系数可提高注汽锅炉热效率；（2）按最大允许热损失设计地面输汽管线的保温层厚度可大幅度提高管线热效率；（3）使用视导热系数小的隔热油管，按箍增加隔热结构，防止热封隔器的泄漏等措施能减小蒸汽在注汽井中的热损失，提高注汽井井筒热效率。

参考文献

[1]徐明《湿蒸汽发生器安全与技术》胜利石油管理安全教育管理中心出版