大口徑注汽管線補償方式的探討

張維娜

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

大口徑注汽管線補償方式的探討

張維娜

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

注高壓蒸汽是稠油熱采開發中的一項重要技術，由于蒸汽溫度高、壓力高，常規注汽管線口徑小輸送距離短。隨著注汽技術的不斷成熟，尤其是目前SAGD技術的廣泛應用，注汽管線大口徑長距離輸送技術在遼河油田成功應用。以遼河油田SAGD注汽為例，注汽干線外徑最大達到325mm，立體補償方式和彈簧穩定裝置的設置等設計內容都是遼河油田的首次應用，本文根據設計經驗和運行問題處理等就此方面展開探討。

SAGD注汽管線；高溫高壓水蒸汽；方形補償器的應用；彈簧支架；改進措施

稠油熱采技術中注汽系統的運行參數較高，以遼河油田為例，注汽系統的設計參數通常達到17MPa以上，水蒸汽的飽和溫度達到350℃左右。注汽系統的常規作法是分散布置注汽站：即一座注汽站有一臺或兩臺注汽鍋爐，每臺注汽鍋爐對應若干口注汽井。這種分散布置注汽站的優點是注汽管線輸送距離短，管徑小，壓降小。注汽管線的蒸汽流量小，通過沖蝕速度的計算，可以確定管徑通常為D114×14或D76×10等規格。注汽管線的熱補償方式為水平方形補償器或立式方形補償器。水平方補的穩定性好，吸收變形的能力強；缺點是占地面積大。立式方補的優點是節省占地面積，一些必要的場所，如跨路、葦田過車通道等，必須設置立式方形補償器，但是立式方補的需要設置彈簧支架，且彈簧穩定性差。總之，常規小口徑注汽管線（D76、D114）的補償方式為水平方補或立式方補的方式。

分散布站雖然有它的優點，但缺點也是顯而易見的，即沒有整體的注汽網絡，注汽系統缺乏相互調配注汽量的功能，注汽站和注汽管線建設零散，雜亂，甚至重復建設。為了克服上述缺點，在SAGD一期工程中，總體方案確定為集中布站：即集中多臺注汽鍋爐統一布置，形成大規模的蒸汽輸送能力。為了實現這一方案，建設大口徑注汽管線長距離輸送蒸汽成為必須攻克的難題。采用大口徑長距離輸送的注汽管線，可以建成完整有序的注汽網絡，不但能滿足各個注汽井的注汽量需求，也能夠根據生產運行情況及注汽井位置在宏觀上調度和調配各井的注汽量。SAGD一期工程，注汽站出口注汽管線干線管徑達到325mm，長距離輸送過程中的熱補償無法采用單一的水平方形補償器或立式方形補償器解決。水平方補可以滿足要求，且穩定性好，但占地面積過大，經濟性差，且在錯綜復雜的油田老區內根本沒有足夠的布置空間；立式方補由于垂直段的存在，熱補償過程中需要設置彈簧支架吸收其縱向位移，為了達到管線的柔性要求，垂直段的長度過大，很難選到彈簧，單一的立式方形補償器不能滿足應力計算的要求。

為了解決這一難題，我們查閱了大量的相關資料。例如加拿大某油田的SAGD注汽工程，注汽管線的干線最大公稱直徑達到DN500，輸送距離長達5km。分析研究它們的注汽管線發現：由于工程所在區域地廣人稀，氣候干燥，注汽管線的布置都是采用水平補償方式敷設，不需要設置過人或過車的通道。再比如，電力行業高溫高壓的主蒸汽管道，通常采用吊架的形式，熱補償采用立體補償方式。

綜合各類工程實例，通過分析和研究，最后我們決定在大口徑注汽管線長距離輸送中采用立體補償的方式，如圖1所示。

圖1中可見，立體補償相對于水平補償，大幅度的節約占地面積（節約投資），同時又具備立式方補的優點，為公路通行、葦田過車通道留出足夠的空間。這種管線布置方式通過應力計算軟件也能滿足應力方面的要求。

由于溫度高，管線熱膨脹的位移量很大，沿軸向變化的位移還好控制，個別位置發生了垂直于軸向的徑向位移，如圖中所示的彈簧處，這樣的徑向位移對彈簧的影響很大。

過去常規的作法中，單純的立式方形補償器需要設置彈簧支架，彈簧支架只有沿軸向方向的位移，由于管托的存在，這種位移對彈簧頂面的受力沒有太大的影響。在這種立體補償方式中，彈簧支架所處的位置既有軸向位移，又有垂直于管線軸向方向的位移（徑向位移），徑向位移的存向容易導致彈簧受力不均，久而久之彈簧就會頂面脫落而失去支撐能力。

為了解決彈簧支架容易失效的問題，設計人員研制出“注汽管線彈簧支架穩定裝置”，通過在彈簧頂板上焊接穩定并可上下移動的鋼板，相當于增加了彈簧的頂板面積，即使管托有一定的徑向位移也不會使彈簧側翻失穩。該裝置申請并獲得國家實用新型專利，并在工程實踐中應用，取得較好的效果。

圖1　

除此之外，需要考慮的問題還有：

（1）為滿足工程所在區域的防洪要求，管線采用中高支架敷設，為了降低固定支架的水平推力，每一個補償段都要進行預拉伸，通過降低支架推力來降低土建工程投資。

（2）為防止高處門架上的管線位移量大，遇強風或極端天氣情況出現滑落等危險，在高支架上設置管線防滑落裝置，控制其位移方向及最大位移量。

（3）通過應用新型保溫材料，即達到控制熱損失的目的，又最大限度地降低管線重量。

大口徑注汽管道采用立體補償方式，使得注汽鍋爐可以集中布置建設成為大規模注汽站，彈簧穩定裝置的應用，增加了大口徑注汽管線運行的穩定性及安全性。通過一系列技術創新的應用，大口徑注汽管線長距離輸送技術在遼河油田的首次應用取得成功。這些創新技術的運用，使工程投資和能耗大幅降低，經濟效益十分顯著，集中布置注汽站及注汽綜合管網的方式給運行、管理帶來方便。

［1］ SY/T0027-2014，稠油注汽系統設計規范［S］.

［2］ GB50316-2000，工業金屬管道設計規范［S］.

TG172

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