河南油田地面保干技術研究

呂謀 魏振國 孫璐

(中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽 473400)

河南油田稠油油藏基本地質特征為“淺、薄、稠、散”，油層埋藏淺、原油粘度高，對溫度敏感性強。稠油密度一般在0.93～0.99g/cm3之間，50℃時脫氣原油粘度在0.8～8×104mPa·s之間，稠油粘度對溫度都具有較強的敏感性，當溫度由50℃上升到90℃時，粘度可降低82%～95%。

1.技術現狀

經過30余年的開發和建設，河南油田已形成了適應蒸汽吞吐開采方式的稠油地面集輸工藝和注汽系統，集輸注汽工藝流程為為單井注采合一、摻水降粘集輸注汽流程。注汽干線是隨著河南油田稠油滾動開發而逐步建設形成的，具有分布廣、跨度長的特點，現有注汽管線采用中支架架空方式成枝狀發散敷設。

目前，管線保溫采用微孔硅酸鈣作為保溫材料，保護層采用0.6毫米紅色彩鋼板，井口保溫主要采用防水巖棉保溫材料或毛氈簡易保溫、簡易井口保溫箱和分體式井口保溫箱對采油樹進行整體保溫。保溫箱是由玻璃鋼、鍍鋅鐵皮或彩鋼板做外護層，由防水巖棉、微孔硅酸鈣作保溫層材料組成的箱體式結構的外罩，管線隔熱管，采用普通鋼制T型管托，管道與管托直接接觸，因“熱橋”效應，管托散熱量大，檢測管托底板溫度高達100℃以上。

2.保干技術研究

2.1 管線保溫材料優選

復合硅酸鹽保溫材料：復合硅酸鹽保溫材料是以硅酸鹽和特殊的非金屬礦物為基料，摻入一定數量的輔助材料和填充材料，加入粘結劑和穩定劑，在分散劑的作用下復合而成的。復合硅酸鹽保溫材料屬硬質保溫材料，內部呈微小封閉多孔狀態，顆粒之間為松解后的短纖維填充，粘結劑用量少。因為是微小閉孔結構，所以導熱、對流和輻射傳熱小，傳熱效率低，在實際使用中顯示出良好的保溫性能，在150℃以上的溫度中，隨著升溫，導熱系數值增加平穩。這種復合結構組成的保溫隔熱材料，是一種安全性能極好的材料，可以根據使用溫度的不同要求做成涂料、制品和氈等材料，這是近幾年發展較快的新型保溫隔熱材料。

鈦陶瓷保溫材料：鈦陶瓷絕熱材料主體材料為表面玻化、內部多孔球狀體細徑顆粒，主要化學成分是SiO2、Al2O3、CaO和鈦化合物晶須組成。鈦陶瓷保溫材料屬硬質保溫材料，具有導熱系數低，熱阻大，熱反射功能強。內部含有極為豐富的微米級閉腔孔，使得熱流只能沿氣孔壁曲線流動，給導熱造成極大阻力。在油田地面管道保溫應用時，具有抗壓強度高、施工均勻性好、修補簡單容易等特點。

氣凝膠主要成份是二氧化硅，材料密度最小僅為3.55kg/m3,是目前已知的最輕的固體，具有低密度、高孔隙率、低熱導率和低折射率的特性，是一種新型輕質納米多孔材，也是目前已知的保溫性能最好的材料。2006年國內開始氣凝膠產品的研發，2009年開始工業化生產與應用，并經過三代技術升級，價格僅為進口產品的40%，2016年國家發改委將氣凝膠列入國家重點節能低碳技術推廣項目（第229號，蒸汽節能輸送技術）。

綜合材料技術性能及經濟性分析，推薦現場采用采用氣凝膠結構進行管線保溫。

2.2 井口保溫箱優化

針對井口保溫箱存在的熱損失大、體積大、重量大、拆裝勞動強度大等缺點，本次設計主要從“降低熱損失、控體積、降重量”3個方面進行改進，在確保隔熱保溫性能不降低的情況下，達到結構輕便、拆裝方便的目的。

玻璃鋼保溫箱，設計了分體式保溫箱結構，將井口中部流程（含大四通、小四通）與4個生產閥門分開設計，降低了單個箱體的重量，方便后期安裝與維護。保溫結構采用外防護層+保溫層+防水內襯三層結構，其中外防護層仍采用強度高、重量輕、耐腐蝕的玻璃鋼材質，保溫層通過評價優選熱導率低、密度小、吸水性小的高效保溫材料，防水內襯采用憎水、憎油鋁箔便于后期維護，其中三層結構用粘接劑固定。

柔性保溫箱，設計了柔性保溫箱結構，保溫材料采用防火布+硅酸鋁進行保溫，降低了單個箱體的重量，方便后期安裝與維護。箱體結構根據井口閥門分布狀況，分塊縫制然后進行整體組合的結構；保溫結構由內襯層、中間保溫層、外防護層三部分構成，采用耐高溫縫紉線進行縫制；保溫材料，內襯層材料為陶瓷纖維布，中間保溫層采用鈦陶瓷、硅酸鹽、氣凝膠等材料；防護層采用特氟龍高溫布。

3.現場應用效果

管線保溫測試結果：復合結構的管線保溫材料和原結構均達到標準散熱要求，氣凝膠相比硅酸鹽保溫結構熱損失分別下降23.96%、54.56%、69.49%，節能效果顯著，同時氣凝膠保溫結構大幅的降低了保溫厚度。

井口保溫測試結果：改進后的玻璃鋼保溫箱較老式井口保溫箱散熱損失下降61.98%，新設計的柔性保溫箱（硅酸鹽）較老式井口保溫箱散熱損失下降45.85%，新設計的柔性保溫箱（氣凝膠）較老式井口保溫箱散熱損失下降75.04%，達到了標準允許的最大散熱損失，節能效果顯著。同時保溫箱的重量有了大幅的降低，減輕了現場人員安裝的工作強度。根據現場試驗情況可以看出，目前所試驗的保溫箱雖然有效的降低了井口的熱損失，新設計的柔性保溫箱（氣凝膠）保溫效果達到標準允許的最大散熱損失，需要進一步的改進完善。

4.結論與建議

通過對井樓油田稠油熱采地面保干技術研究，明確了稠油注汽系統熱損失對稠油油田開發的影響情況，確定了熱損失的主要環節。并針對性地開展了保溫材料性能的對比分析，并進行了現場試驗，確定了新型氣凝膠管線保溫結構。改進了井口保溫箱結構，形成井口保溫箱系列，并進行了現場試驗，優化設計出滑動/固定型隔熱管托，并進行了現場試驗，為下步注汽系統管線保溫改造明確了方向。