榆樹林油田CO2低溫管道埋深及保冷措施

杜婷婷 大慶油田工程有限公司

榆樹林油田CO2低溫管道埋深及保冷措施

杜婷婷 大慶油田工程有限公司

為了進一步探尋低滲透油層科學、有效的開采方式，為大慶外圍特低滲透油藏的規(guī)模化應用奠定技術基礎，提高油井采收率，榆樹林油田從2007年起至今，在不同區(qū)塊陸續(xù)開展了CO2驅油注氣試驗。將注入站儲罐內(nèi)的低溫液態(tài)CO2（-16～-30℃）經(jīng)注入泵增壓后通過管輸方式注入至注氣井，低溫管道敷設時要考慮管道合理埋設深度以及管道保冷措施。從工程投資和安全生產(chǎn)方面論證低溫液態(tài)CO2注入管道的合理埋深，結合保冷結構的選擇原則對比確定注入管道的保冷層結構，為加快CO2驅油工業(yè)性礦場試驗步伐提供了設計依據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗。

液態(tài)CO2；注入管道；低溫；埋深；保冷結構

引言

榆樹林油田地處黑龍江省肇東市昌五鎮(zhèn)境內(nèi)，屬北溫帶大陸性季風氣候，歷年月平均最高氣溫27.8℃，月平均最低氣溫-25.1℃，年平均氣溫3.2℃，凍土深達2～2.2 m。

為了進一步探尋低滲透油層科學、有效的開采方式，為大慶外圍特低滲透油藏的規(guī)模化應用奠定技術基礎，提高油井采收率，榆樹林油田從2007年起至今，在不同區(qū)塊陸續(xù)開展了CO2驅油注氣試驗。注入站儲罐內(nèi)的低溫液態(tài)CO2（-16～-30℃）經(jīng)注入泵增壓后通過管輸方式[1]注入至注氣井，低溫管道敷設時要考慮管道合理埋設深度以及管道保冷措施，減少對地表作物的影響，避免冷量的損失，防止溫度過高導致液態(tài)CO2在輸送過程中汽化。

1 合理埋深論證

管道敷設的方式一般有架空敷設和埋地敷設兩種。考慮到CO2驅油試驗的注入系統(tǒng)多為站間管道和站場與單井井口間的單井管道，所以選擇埋地敷設的方式。

考慮液態(tài)CO2低溫輸送的特點，影響注入管道埋深主要有兩個因素：①規(guī)范要求；②低溫管道穿越農(nóng)田時對地表農(nóng)作物的影響。按《輸氣管道工程設計規(guī)范（GB50251）》的規(guī)定[2]，埋地管道的最小埋深為管頂-0.8 m。大慶油田常規(guī)的干氣管道埋深為-1.5 m，濕氣管道深埋到凍土層以下（-2.2 m）。注入管道埋深如果定為1.0 m，施工過程中，在低洼地帶埋深可能會不夠1.0 m，如果管道穿越農(nóng)田，可能會由于農(nóng)作物耕種導致注入管道的損壞，影響安全生產(chǎn)。管線深埋到凍土層以下，會減弱對農(nóng)作物的影響，同時增加土方的投資。目前已經(jīng)投產(chǎn)的注入管道埋深均為-1.5 m，從運行情況來看，沒有對農(nóng)作物產(chǎn)生影響。再從投資方面看，注入管道埋深1.5 m，每公里開挖量2 492 m3，工程費用5.23萬元；埋深2.2 m，每公里開挖量3 344 m3，工程費用9.74萬元。從工程投資和安全生產(chǎn)方面來看，榆樹林油田CO2低溫注入管道選擇埋深1.5 m是比較經(jīng)濟和安全的。

2 保冷層結構的對比

2.1 材料選擇

管道保冷結構由內(nèi)向外為保冷層、防潮層及防護層。

2.1.1 保冷層

（1）在主要技術性能均能滿足保冷要求的范圍內(nèi)，有不同保冷層材料可供選擇時，應優(yōu)先選用導熱系數(shù)小，密度小，吸水、吸濕率低，耐低溫性能好，易施工、造價低，以及綜合經(jīng)濟效益較高的材料。

（2）保冷層材料的最低安全使用溫度，應低于正常操作時的介質最低溫度。

（3）在低溫條件下經(jīng)綜合經(jīng)濟比較后，可選用兩種或多種保冷層材料復合使用，或直接選用復合型保冷材料制品。

液態(tài)CO2設計溫度為－16～－30℃，保冷層推薦目前在保冷結構中廣泛應用的阻燃型聚氨酯泡沫管殼，保冷層厚度為30 mm。

2.1.2 防潮層

在保冷結構中，熱流方向與一般保溫結構相反，外界的潮濕水蒸氣將隨熱流而滲入保冷層，產(chǎn)生結露（凝結水）甚至結冰，使保冷材料導熱系數(shù)增大，結構開裂和損壞，因而保冷結構中必須設置防潮層[3]。防潮層材料性能要求如下：

（1）抗蒸汽滲透性好，防水、防潮能力強。

（2）密封性及黏結性能好。有一定的耐溫性，軟化溫度不低于65℃。夏季不軟化、不起泡、不流淌。有一定的抗凍性，冬季不脆化、不開裂、不脫落。

（3）化學穩(wěn)定性好，使用時不揮發(fā)出有害性氣體。

（4）允許的安全使用溫度范圍較大。

（5）干燥時間較短，在常溫下能夠直接使用，施工方便。

2.1.3 防護層

（1）防水、防濕、抗大氣腐蝕性好，不燃或阻燃，化學穩(wěn)定性好[4]。

（2）強度高，使用壽命長，便于施工和檢修。

2.2 對比分析

目前常用埋地管道保冷結構有兩種。

結構1：硬質聚氨酯泡沫黃夾克成品管，具體結構為保冷層（硬質聚氨酯泡沫塑料）+聚乙烯護層（防護層兼做防潮層）。

結構2：保冷層（硬質聚氨酯泡沫塑料）+防潮層（3 mm阻燃型瀝青瑪蹄脂+1層無蠟中堿粗格平紋玻璃布（搭接50%）+3 mm阻燃型瀝青瑪蹄脂）+防護層（瀝青防腐膠帶）。

注入系統(tǒng)埋地管道保冷結構、技術經(jīng)濟及優(yōu)缺點對比見表1。

因榆樹林油田CO2驅油注氣試驗工程劃分區(qū)塊很多，注入管道建設量較大，管道外防護結構層設計應滿足實現(xiàn)工廠化預制的要求，站外埋地管道保冷結構宜采用結構1；而站內(nèi)埋地管道長度及管徑各異，不易于工廠預制，因此宜采用保冷結構2，即現(xiàn)場施工的保冷方式。

表1 埋地管道保冷結構、技術經(jīng)濟及優(yōu)缺點對比

3 結論

從工程投資和安全生產(chǎn)方面論證低溫液態(tài)CO2注入管道的合理埋深，對比分析確定注入管道的保冷層結構，為大慶油田加快CO2驅油工業(yè)性礦場試驗步伐提供了設計依據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗。目前已投產(chǎn)的注入管道運行情況良好，CO2驅油取得了明顯的效果，實現(xiàn)了單井產(chǎn)量高水平穩(wěn)產(chǎn)，平均單井產(chǎn)油量在2.0 t/d以上，已成為大慶油田原油上產(chǎn)的重要舉措。

[1]王世剛，孫銳艷，張浩男，等．二氧化碳管道輸送技術研究及應用[J]．油氣田地面工程，2013，32（11）：84-86.

[2]油氣田及管道建設設計專業(yè)標準化委員會．輸氣管道工程設計規(guī)范：GB/T50251-2003[S]．北京：中國計劃出版社，2003：13-14. [3]李鈺．低溫管道的保冷設計[J]．石油化工設計，2009，26（1）：52-55.

[4]中國工程建設標準化協(xié)會化工分會．工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范：GB/T 50264-2013[S]．北京：中國計劃出版社，2013：10-11.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.037

杜婷婷：工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學（北京）油氣儲運專業(yè)，主要從事油氣加工設計工作。

2015-04-10

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