稠油熱采新型制汽技術研究

王超　劉明

摘 要：我國稠油資源約198.7億噸，已在12個盆地發現了70多個重質油田，探明儲量35.5億噸，主要采用注汽熱采技術進行開發。熱采開發是一種以熱換“油”的開發方式，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。本著稠油開發實施低成本、安全綠色戰略的要求，需要打破傳統思維，開發新型節能環保的制蒸汽方法。高溫高壓小型反應堆的高能量、少耗料、低成本、低放射性源、高安全性等特點，為稠油開發提供了一種新型熱采開發方式，具有重要的經濟及社會意義。本文基于小型壓水堆、高溫氣冷堆和鉛鉍快堆的技術特點，從制汽方面，提供核能制蒸汽技術方案，以滿足油井用汽要求，為核能供熱采油可行性提供依據。

關鍵詞：稠油;熱采;小型反應堆;制汽

1 小型壓水堆方案

ACPR50模塊化緊湊型小型堆是中國廣核集團自主研發的兩環路50MW級的非能動安全先進小型堆，熱功率200MWt。

ACPR50小型壓水堆的輸出介質的溫度最高只能達到330℃，為了利用核能，考慮反應堆輸出熱水溫度為305℃，經過首站換熱器隔離換熱，再輸出熱水的溫度為300℃左右，為了達到供汽參數的要求，考慮將首站輸出的熱水利用注汽鍋爐發生合符參數要求的蒸汽，該蒸汽長距離輸送到注汽區塊中心。小型壓水堆冷卻劑參數低的特點決定了它不能獨立提供核能，而是要和常規能源的蒸汽發生設備配合才能實現正常供蒸汽。

小型壓水堆參與的制汽流程由核堆、首站換熱器、注汽鍋爐及預熱器、短距離輸送管線、水源水輸送管線等構成。核堆產出高能熱水輸送到換熱首站，經首站換熱器產出300℃左右的熱水作為給水輸送到注汽鍋爐，經過鍋爐生成滿足參數要求的蒸汽，再短距離輸送到注汽區塊中心。水源采用油田油水分離后的熱水，水源水溫度80℃以上，經過離子交換除鹽輸入首站。

注汽鍋爐由于給水溫度比常規溫度大幅度提高，將會導致排煙氣溫度比常規提高200℃左右，這將導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，考慮重新設計預熱器充分利用排煙熱量對少部分水源水進行預熱后送入給水入口管。

國內注汽鍋爐以拖車移動式和撬裝式為主，18t/h以下產量的鍋爐可以是拖車式，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，受到采油市場需求影響，主流供貨產品鮮有燒煤鍋爐，現有型號的注汽鍋爐稍做設計修改可以滿足核能制汽的要求，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。反應堆由活性區、控制棒和吸收球停堆系統、陶瓷堆內構件和金屬堆內構件所構成，支承和包容在反應堆壓力容器內。

高溫氣冷堆采用氦氣作為反應堆冷卻劑，溫度高達580℃以上，能夠輸出高能熱水，輸出的熱水經過換熱首站后能夠直接產出符合參數要求的蒸汽，經過長距離輸送到注汽區塊中心。

高溫氣冷堆反應堆冷卻劑為氦氣，根據物理特性，氣態介質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和固態介質，這就決定了高溫氣冷堆核功率密度低的特點，這就使得高溫氣冷堆在同樣輸出熱功率的情況下，反應堆和廠房的體積要大大地高于其他堆型，占地面積大，設備厚重。高溫氣冷堆參與的制汽流程由核堆、首站換熱器、長距離蒸汽輸送管線、水源水輸送管線等構成。核堆產出高能熱水輸送到換熱首站，經首站換熱器產出滿足參數要求的蒸汽，再長距離輸送到注汽區塊中心。水源采用油田油水分離后的熱水，水源水溫度80℃以上，經過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反應堆的輸出熱功率為260MWt，2015年起，中廣核已設立戰略專項開展鉛基快堆關鍵技術研發，已完成固有安全鉛基快堆方案設計，正在進行優化設計和初步設計工作。

鉛基快堆采用液態鉛鉍合金作為反應堆冷卻劑，溫度高達520℃以上，能夠輸出高能熱水，輸出的熱水經過換熱首站后能夠直接產出符合參數要求的蒸汽，經過長距離輸送到注汽區塊中心。

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，這種優勢非常有利于反應堆的小型化，甚至可以作為陸上移動式反應堆堆型，這將能夠更好地適應于機動采油。同樣，鉛基快堆參與的制汽流程由核堆、首站換熱器、長距離蒸汽輸送管線、水源水輸送管線等構成。

4 結束語

ACPR50小型壓水堆因為反應堆冷卻劑最高溫度只能達到330℃，這樣不論是輸出蒸汽還是熱水均無法滿足稠油熱采蒸汽參數要求，為此，我們建議ACPR50輸出熱水，配合注汽鍋爐發生符合參數要求的蒸汽用于長距離輸送到注汽區塊中心;

HTR-200冷卻劑溫度高達580℃以上，采用這種堆型輸出蒸汽可以達到起點參數要求，但這種堆型廠房占地面積大，設備厚重;

CLFR-100的反應堆冷卻劑溫度同樣達到520℃以上，輸出蒸汽可以達到長輸參數要求，這種堆型堆芯功率密度很高，可以固定式，也可以實現移動式供能。

參考文獻：

[1]謝建軍，魏淋生，趙長喜.稠油熱采井新型增效技術的現場實踐及認識[J].石油地質與工程，2007，21（2）：65-68.