新型保溫托架在注汽管線中的應用

王陽

引言

蒸汽熱力降粘是稠油熱采最重要的機理，因此反映熱量大小的蒸汽熱焓是熱采過程中最重要的參數。減少熱損失，提高井底干度，就能提高熱采效果。

油田注蒸汽系統主要包括蒸汽發生系統、地面管線和注汽井筒。地面蒸汽發生器（注汽鍋爐）所產生的熱流體處于高溫、高壓狀態，熱流體流經地面管線到達井口，然后流經井筒注汽管柱到達井底。由于熱損失的存在，熱流體的沿程管線壓力、蒸汽干度發生變化，最終影響井底熱流體參數。在由蒸汽發生器注入到井底加熱原油的過程中，熱損失主要發生在地面注汽管線和注汽井筒，提高管線及附件隔熱保溫效果是保障輸送蒸汽質量、降低熱量損失節約能源最直接有效的途徑。

一、熱采注汽管線托架的現狀及存在問題

1、老式丁字托立板、底板由于完全暴露在空氣中，造成部分熱量損失。雖然普通保溫托架在底板加了隔熱板，但它的立板暴露在空氣中，仍有部分熱量損耗。

2、由于兩種管托都有暴露在空氣中部分，而注汽管線敷設方式是采用低支架架空敷設，輸送高溫高壓的蒸汽，勢必存在安全隱患。

3、兩種管托由于下料、焊接時存在誤差，加上管墩制做的誤差，造成注汽管線很難調直、調正，有的支架甚至懸空，從而影響管線正常收縮時的滑動，存在安全隱患。

4.普通保溫管托雖然有一定的隔熱性能，但它的制做是用兩塊隔熱板夾住丁字托，由于丁字托的底板常年沉浸在潮濕環境中，勢必加快底板的腐蝕，縮減使用壽命，同時影響管線滑動，存在安全隱患。

正是由于現有管托存在這些問題和隱患，我們研制了新型保溫管托。

二、新型保溫托架的研制及使用效果

（一）輸汽熱力管道保溫及附件在注汽過程中的重要性

在稠油開采過程中，通過向油井注入高溫蒸汽的方式來提高地層壓力和降低原油粘度，如果注入地層單位體積蒸汽所攜帶的能量較少，不僅不能有效降低原油混合液的粘度，還會增加抽油機的有效載荷、降低地層原油的采收率。因此，注汽質量直接關系到油井的產量和噸油能耗的高低，是稠油熱采中最為重要的一環。而注汽質量除與鍋爐出口的蒸汽質量有關外，還和注汽管線保溫及附件效果的好壞有直接關系。

現場調查發現，注汽鍋爐出口至井口，熱量損失分別由固定注汽管網、補償器、閥門、支架、活動管線、熱采井口組成，其中管網支架的熱量損失占到10%。通過在注汽管道使用新型保溫管托，可有效降低熱量損失，從而提升注入井蒸汽質量。

（二）新型保溫托架的結構及技術原理

新型保溫托架是適用于油田蒸汽管道附件的一項新型節能環保技術，它是由外部普通鋼材作為支撐，內部由特種鈦陶瓷纖維、納米閉腔孔輕質陶瓷顆粒及空心微粉、納米級反輻射材料作為主材，采用深度復合工藝，形成高效節能環保的高品質的陶瓷隔熱材料組合而成，革新了傳統托架及普通保溫托架的生產工藝和安裝工藝。它里面陶瓷保溫材料具有導熱系數低，熱阻大，熱反射功能強的特點。

2.新型保溫管托保溫技術原理

新型保溫管托的保溫一是主要摒棄以往管托的與注汽管線直接焊接的工藝，使得管箍內部形成與管線一樣的相對密閉的腔體。二是管箍內的鈦陶瓷隔熱材料的導熱系數低，且相對穩定，是一種節能型新型保溫材料。其優異的隔熱保溫效果主要緣于零對流效應、無窮多折板效應及無窮長路效應等原理。絕熱材料中的氣孔都為小于50nm的理想封閉氣孔，能使幾乎所有的空氣分子失去運動遷移的能力，因而失去熱對流運動和對流傳熱的能力；另外，在鈦陶瓷隔熱材料中，由于六鈦酸鉀晶須會在內部形成反射層結構，使得熱輻射射線穿過六鈦酸鉀晶須界面時都會發生反射、吸收、透射和再輻射，相當于在熱輻射傳播途徑上設置了近似無窮多的遮熱板，無窮多次的反射作用，使得熱輻射的傳播能力迅速衰減，最后大部分被吸收在納米孔絕熱材料上的靠近熱面一側的表層，然后再以輻射的方式返回原有的發射體，從而達到保溫的目的；再者，本隔熱材料中鈦酸鉀的應用大大增加了固體熱傳導路徑的延長。與現有的隔熱材料相比，絕熱保溫性能得到了顯著提升。

（三）新型保溫托架技術優勢

1.技術特點

（1）優越的保溫隔熱性能。由于新型保溫托架安裝方式是將帶有保溫層的管殼包裹注汽管線，常溫下（25℃）這種保溫材料的導熱系數是0.039w/m.k，從而徹底切斷了金屬導熱的途徑。

（2）所用的保溫材料具有良好的耐溫和防水性能。本材料耐受溫度760℃的高溫，完全憎水。

（3）所用保溫材料具有很好的化學穩定性?？砷L期耐受除氫氟酸、強堿外的大部分酸堿環境，不分解不變質，可長期耐受各種熱輻射（紫外光，紅外光，可見光）及電磁輻射，性能不退化，在常規使用環境下，具有極長的壽命，無需更換維護。

（4）所用保溫材料環保無毒。主要成分為自然界最常見礦物質——石英，不含苯類、酚類有毒致癌物質。

2 使用特點

（1）安裝簡單，操作方便，縫隙處采用軟質保溫材料密封。

（2）可通過修整保溫材料調整管線，簡單易行。

（3）注汽管線在保溫殼中自由收縮，不會出現支架脫墩現象。

（4）使用壽命為現有托架的2-3倍。

綜上所述，新型保溫托架技術優勢及使用特點較以往托架形成一個質的突破，所產生的社會效益、經濟效益非?？捎^，能源效應更具重大意義。

三、效益評價及前景

（一）消除隱患，安全、節能、環保生產

目前，國家倡導節約資源，保護環境的同時，特別強調企業的安全生產。消除各種隱患，保證安全生產已放到重要議事日程。為適應油田發展需要，逐步淘汰高耗能、存在安全隱患產品。新型保溫托架不但消除了現有支架存在各種安全隱患，同時又能最大限度降低蒸汽管線輸送蒸汽時熱量損耗，從而節約能源，保護了環境。

（二）降低熱量損失，提高了蒸汽注汽質量

稠油的高輪次開采主要是依靠蒸汽汽化潛熱加溫原油，蒸汽中的水不僅對生產毫無幫助，反而會增加占據地層孔隙體積，使采出液含水率上升，原油產量降低。為了大幅度提高稠油的采收率，要求注入蒸汽干度越高越好。新型保溫托架有效降低了管網熱量損失，注入井注汽干度得到進一步保障，對于稠油井注汽生產具有重要意義。

（三）推廣前景

新型保溫托架克服以往托架所有的弊端和安全隱患，相信在未來十三五規劃中，隨著大規模汽驅及稠油產能區塊的地面配套都將用到新型保溫托架技術。

四、結束語

孤島油田的稠油開發已走過了20年的歷程，已進入深度開發和精細開發的階段，穩產難度越來越大，效益風險越來越大。如何實現稠油的高產穩產，如何提高稠油開發的效益，不僅是擺在全廠科技人員面前的一個重大課題，也是地面工程施工管理的重大課題。而稠油生產又是一項系統工程，涉及油藏、工藝、地面配套、生產運行與管理等多個環節，稠油的增產增效需要多方共同研究、協同配合。

通過全廠上下的共同努力，解決了稠油熱采領域多項技術難題，形成了適合孤島油田的稠油增產增效綜合配套技術，同時地面工程配套也做出了應有的貢獻，為采油廠的原油穩產做出了應有的貢獻。

參考文獻：

[1]衣懷峰，韓春雨，張建國，等.稠油熱采注汽管線新型節能保溫材料[J].石油石化節能，2011，01（1）：16-18.

[2]劉建橋，高月瀅，石濤，等.油田注汽管線熱損失分析與保溫技術研究[J].中國科技博覽，2011（8）：15-16.

[3]楊秀麗，鄭煒博，胡曉峰，等.保溫管托應用于注汽管道的節能效果測試與分析[J].資源節約與環保，2016（4）：192-192.endprint