稠油熱采注汽管線新型節能保溫材料

衣懷峰 韓春雨 張建國 張犁（新疆油田公司質量管理與節能處）

稠油熱采注汽管線新型節能保溫材料

衣懷峰 韓春雨 張建國 張犁（新疆油田公司質量管理與節能處）

針對稠油熱采注汽管線保溫技術差,散熱損失大等問題,從影響注汽管線保溫效果的關鍵環節入手,采用先進的保溫工藝和材料，重點做好管線保溫材料的優選、保溫層結構的優化和管線支架的散熱保溫三個方面工作。通過應用效果比較,對注汽管線保溫采用納米氣凝毯復合反射式保溫結構和節能支架進行技術改造,節能效果明顯。

稠油熱采 注汽管線 節能 保溫納米氣凝毯

近年來，隨著新疆油田的發展，稠油開發規模不斷擴大，稠油產量已占原油總產量的33%左右，但稠油開采能耗占油田生產總能耗的70%左右。根據發展趨勢，今后稠油開采的能耗還將有所增加。注汽系統是稠油開采過程中的能耗大戶，能耗約占稠油開采總能耗的80%。

注汽系統主要由注汽站和注汽管網兩大部分組成，地面注汽工藝方面采用集中供熱、分散注汽的方式，高溫高壓蒸汽通過較長的注汽管道輸送到計量配汽間，然后通過注采合一管道到井口注入井下。注汽管道輸送的濕飽和蒸汽干度為80%，管道工作壓力為6～12 MPa，工作溫度為275～324℃。

傳統注汽管網保溫技術導致蒸汽在輸送過程中熱損失較大。據注汽系統能量平衡測試結果顯示：注汽鍋爐環節能量損失占總熱損失的73.19%，注汽管線熱損失占25.19%，井口散熱損失占1.17%，使注入到油藏的蒸汽品質（干度）降低，影響稠油開發效果，稠油開發成本升高。

因此，采用技術先進、經濟適用的保溫技術對注汽管道進行節能技術改造，降低注汽管線熱損失，提高管線保溫效果，是需要解決的重點問題。

1 注汽管線保溫現狀及存在問題

注汽管線敷設方式為低支架架空敷設，采用水泥支墩和鋼支架支撐固定，大部分規格為DN100，注汽管道供汽半徑為0.75～2.5 km。截至2008年12月，已建注汽管線長度超過700 km。

目前在用注汽管道保溫大部分采用復合硅酸鹽瓦（單層瓦或雙層瓦）和NT-2型復合硅酸鹽漿料等保溫材料，少部分仍在用珍珠巖瓦，厚度為100～160 mm，采用鍍鋅鐵皮作為外保護層。管道大部分采用水泥支墩加鋼支架支撐固定，因其散熱量占注汽管道散熱量的15%～20%，近年來開始應用不同種類的保溫支架。

經調查，在用注汽管道熱損失大的原因主要有：

（1）管道支架和閥門未采取保溫措施進行保溫；

（2）管道保溫材料和保溫結構的選擇不盡合理，導致保溫效果達不到要求。隨著使用年限的增加和裸露在外遭受侵蝕，保溫材料老化嚴重。當管道環境溫度變化較大時，會產生熱伸長和熱應力，采用的硬制保溫瓦（特別是彎頭、三通處）容易破裂，瓦間的接縫容易拉開，保溫層易發生損壞，導致保溫失效；

（3）施工過程中的人為因素造成保溫瓦之間接縫不嚴密，異形管段處理不好，使保溫工程存在一定的質量缺陷。

2 納米氣凝毯絕熱保溫材料性能及特點

納米氣凝毯絕熱保溫材料是二氧化硅在溶劑中凝結成膠體后濾去溶劑，并由一種非紡織的、碳纖維和玻璃纖維棉絮加固結構的柔性毯狀新型保溫材料。與傳統使用的保溫材料相比，主要有以下幾方面特點：

◇導熱系數低、保溫性能優良；

◇較強的抗老化能力，在高溫下不變形，且能保持良好的防水性；

◇具有柔變性能，抗滲、抗裂、防水、抗壓、抗震，使用壽命長；

◇更加輕巧，安裝效率高，便于施工使用。

氣凝膠與傳統保溫材料技術性能對比見表1。

表1 氣凝膠與傳統保溫材料技術性能對比

3 納米氣凝毯保溫材料在油田注汽管線保溫上的應用

從影響注汽管道保溫效果的關鍵環節入手，重點做好管道保溫材料的優選、保溫層結構的優化和管道支架的散熱保溫三個方面工作。

在保溫材料選擇上，選用導熱系數低、絕熱性能好的保溫材料，篩選確定了納米氣凝毯類和復合硅酸鹽板為保溫材料。納米氣凝毯是一種輕質二氧化硅非晶態材料，導熱系數小于0.035 W/（m·K），溫度范圍為-200～650℃，具有“透氣不透水”特性，憎水性好，阻燃性能優良，質地柔軟，彈性好。復合硅酸鹽板為高溫發泡而成的柔性保溫材料，具有良好的彈性、耐溫性（800℃)，導熱系數低［0.044 W/（m·K）］，適應性強。

圖1 硅酸鹽板復合反射式保溫結構示意圖

在保溫結構的優化方面，為提高保溫結構密封性能和減小輻射傳熱，采用了復合反射式保溫結構（圖1、圖2）。多層復合保溫結構選用復合硅酸鹽板或納米氣凝毯為主體保溫材料，復合鋁箔作熱反射層，外包橡塑發泡材料。通過保溫材料的優選和保溫工藝的優化可最大限度地確保保溫結構的完整和密封性能，有效隔絕熱能傳遞；同時新材料對彎頭、三通等異型件保溫的薄弱環節也有較好的適應性。

在管道支架保溫方面，選用分別適用于固定式和活動式支架的保溫支架，將注汽管道與金屬支架間的熱傳遞隔絕。隔熱板采用絕熱性能較好、耐高溫高壓的XB450橡膠石棉板[導熱系數為0.1743 W/（m·K），333 K]，工作溫度≤400℃，老化系數為0.9，耐壓≤6 MPa。

表2 硅酸鹽板復合反射式保溫結構熱損失測試結果

表3 三種保溫結構的對比

圖2 納米氣凝毯復合反射式保溫結構示意圖

4 應用效果分析

2007—2009年，新疆油田公司主要采用硅酸鹽板復合反射式保溫結構、納米氣凝毯復合反射式保溫結構及NT-2漿料保溫結構對稠油區塊90 km注汽管線進行了節能改造，中國石油天然氣集團公司西北油田節能監測中心對應用情況的對比測試表明，節能效果明顯。

硅酸鹽板復合反射式保溫結構熱損失測試結果見表2。由測試結果可以得出，硅酸鹽板復合反射式保溫結構散熱損失比雙層硅酸鹽瓦保溫結構散熱損失降低了64.3%，納米氣凝毯復合反射式保溫結構散熱損失比硅酸鹽板復合反射式保溫結構散熱損失降低了29.9%。

綜合比較表2和表3，采用納米氣凝毯復合反射式保溫結構與其他保溫結構相比，應用效果最好。已改造的注汽管道，產生了較大的節能效益，有效提高了注汽質量，提高了稠油開發效果。

5 結束語

（1）稠油熱采注汽管線保溫采用納米氣凝毯復合反射式保溫結構，同時采用節能支架和隔熱材料對管道支架進行保溫，從整體上考慮管線保溫，在技術上和經濟上都是可行的，節能效果顯著。

（2）隨著稠油注汽工藝技術的不斷發展，應根據熱經濟學基本原理，通過理論計算和現場試驗兩種方式，確定架空注汽管道的最佳管徑和最佳保溫層厚度，特別是針對復合反射式保溫結構，應確定每種保溫材料的最佳厚度，在節能的前提下，使注汽管道的運行費用和投資成本達到最佳平衡點。

（3）應加強保溫施工質量的現場監督，減少施工過程中人為因素帶來的質量缺陷，確保注汽管道的保溫質量。

[1]《動力管道設計手冊》編寫組.動力管道設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006：648-649.

The New Type Energy-Saving Heat Insulation Materials for Steam-Injecting Pipeline Used in the Heavy Oil Thermal Recovery

Yi Huaifeng,Han Chunyu and Zhang Jianguo et al.

Heavy oil thermal recovery，Steam injection pipeline，Energy-saving，Thermal InsulationAspen aerogels material

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.006

2010-12-25）

衣懷峰，1982年畢業于華東石油學院，高級工程師，中國科學院博士研究生，國家973項目課題長，中國石油大學節能減排培訓專家，國家節能節水專業標準化技術委員會委員，長期從事油氣田生產運行和節能減排技術及管理工作。

In view of bad thermal insulation technology and lots of heat loss of the steam-injecting pipeline in the heavy oil thermal recovery,start with the key link that affect steam-injecting pipeline thermal insulation，try to use advanced thermal insulation technology and materials,focusing on optimization of pipe insulation materials and insulation structure and the thermal insulation of pileline support，through the comparison of application effect,we can increase the thermal insulation of steam-injecting pileline by adopting nano thermal insulation structure and energy-saving support.