注汽管網(wǎng)保溫材料的推廣與應(yīng)用

張紅霞

油田注蒸汽系統(tǒng)主要包括蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、地面管線和注汽井筒。地面蒸汽發(fā)生器（注汽鍋爐）所產(chǎn)生的熱流體處于高溫、高壓狀態(tài)，熱流體流經(jīng)地面管線到達(dá)井口，然后流經(jīng)井筒注汽管柱到達(dá)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(fā)生變化，最終影響井底熱流體參數(shù)。在由蒸汽發(fā)生器注入到井底加熱原油的過程中，熱損失主要發(fā)生在地面注汽管網(wǎng)和注汽井筒，提高管網(wǎng)隔熱保溫效果是保障輸送蒸汽質(zhì)量、降低熱量損失節(jié)約能源最直接有效的途徑。

一、熱采注汽管網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問題

自1992年10月進(jìn)入熱采開發(fā)以來，油藏地面建設(shè)逐步擴(kuò)大，熱采配套工藝得到完善，目前，采油廠已建成注汽站21座，注汽鍋爐25臺(tái)，年注汽井350余井次。

（一）注汽管網(wǎng)使用現(xiàn)狀

注汽管網(wǎng)主要用來輸送注汽鍋爐生產(chǎn)的高溫高壓濕飽和蒸汽。輸送的濕飽和蒸汽干度≤80%，管道工作壓力一般9-20Mpa，工作溫度303-365℃。注汽管網(wǎng)敷設(shè)方式采用低支架架空敷設(shè)，采用水泥支墩或鋼支架固定。

目前注汽管網(wǎng)保溫層普遍存在破損老化現(xiàn)象，大部分管道的外層保溫出現(xiàn)了分層脫落，熱量散失較為嚴(yán)重，同時(shí)，造成了管道外部腐蝕加劇。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)外壁均存在深度不等的麻點(diǎn)，點(diǎn)蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

（二）注汽管道保溫材料應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，油田在用輸汽管線所用保溫材料主要有珍珠巖、硅酸鋁等。保溫結(jié)構(gòu)為多層氈，采用雙層巖棉，交錯(cuò)包裹，外纏玻璃絲布，最外層使用鋁箔玻璃鋼。油田主要以硅酸鋁為主，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況主要表現(xiàn)在：

1、保溫效果不理想

（1）材質(zhì)軟。目前有相當(dāng)一部分的注汽管道采用了內(nèi)層軟料結(jié)構(gòu)，外層防水處理的保溫結(jié)構(gòu)，即內(nèi)層為巖棉軟料材料，外層鋁箔玻璃鋼。從現(xiàn)場(chǎng)情況看，普遍存在保溫材料下沉、脫落現(xiàn)象。

管道保溫設(shè)計(jì)為內(nèi)外雙層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，D127管線選用厚度65mm（雙層130mm），D89管線選用厚度55mm（雙層110mm）硅酸鋁巖棉，采用玻璃絲布2道纏繞，并用鐵絲沿周向扎緊，最外層采用鋁箔玻璃鋼進(jìn)行防水、防熱輻射處理。由于內(nèi)部材料與輸汽管道未形成一個(gè)有機(jī)整體，長(zhǎng)期使用受管線內(nèi)蒸汽壓力波動(dòng)、水力沖擊，以及人為破壞，造成管線振蕩，導(dǎo)致軟質(zhì)保溫材料變形、滑移、下沉，嚴(yán)重的發(fā)生脫落，這勢(shì)必造成管網(wǎng)保溫缺陷處熱損過大。

（2）不憎水。硅酸鋁巖棉不具有憎水的性能，一旦外保護(hù)層（鋁箔玻璃鋼）出現(xiàn)破損，硅酸鋁便出現(xiàn)吸水、吸濕現(xiàn)象，一方面造成保溫層黏貼、下沉，另一方面因保溫料積水后干燥能力弱，加劇了對(duì)管線的外部腐蝕，安全運(yùn)行系數(shù)降低。

2.維護(hù)費(fèi)用較高

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，硅酸鋁保溫材料使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)下沉、脫落，上部保溫層堆積變薄。近幾年，每年用于注汽管網(wǎng)保溫維修的費(fèi)用大約90萬元，完全修復(fù)保溫層3km，零修保溫6km，占全部管網(wǎng)長(zhǎng)度的9%，管網(wǎng)保溫完好率達(dá)到85%以上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)，硅酸鋁巖棉使用壽命大致5年。

二、鈦陶瓷保溫絕熱技術(shù)的應(yīng)用及效果

（一）輸汽熱力管道保溫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(huì)增加抽油機(jī)的有效載荷、降低地層原油的采收率。因此，注汽質(zhì)量直接關(guān)系到油井的產(chǎn)量和噸油能耗的高低，是稠油熱采中最為重要的一環(huán)。而注汽質(zhì)量除與鍋爐出口的蒸汽質(zhì)量有關(guān)外，還和注汽管線保溫效果的好壞有直接關(guān)系。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，注汽鍋爐出口至井口，熱量損失分別由固定注汽管網(wǎng)、補(bǔ)償器、閥門、支架、活動(dòng)管線、熱采井口組成，其中固定注汽管網(wǎng)熱量損失占到64%。通過使用新型保溫隔熱材料對(duì)注汽管道進(jìn)行保溫，可有效降低熱量損失，從而提升注入井蒸汽質(zhì)量。

（二）新型鈦陶瓷保溫隔熱材料技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、技術(shù)特點(diǎn)

（1）優(yōu)越的隔熱性能。常溫下（25℃）導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.039w/m.k，硅酸鋁理論導(dǎo)熱系數(shù)為0.045w/m.k，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為0.05-0.07w/m.k。

（2）良好的耐溫性能和防水。本材料耐受溫度760℃的高溫，完全憎水。

（3）很好的化學(xué)穩(wěn)定性?？砷L(zhǎng)期耐受除氫氟酸、強(qiáng)堿外的大部分酸堿環(huán)境，不分解不變質(zhì)，可長(zhǎng)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(guī)使用環(huán)境下，具有極長(zhǎng)的壽命，無需更換維護(hù)。

（4）環(huán)保無毒。主要成分為自然界最常見礦物質(zhì)——石英，不含苯類、酚類有毒致癌物質(zhì)。

綜上所述，新型鈦陶瓷保溫隔熱材料技術(shù)優(yōu)勢(shì)及使用特點(diǎn)在保溫型材中形成一個(gè)質(zhì)的突破，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，能源效應(yīng)更具重大意義。

（三）新型鈦陶瓷保溫隔熱材料結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理

1、鈦陶瓷絕熱保溫材料的結(jié)構(gòu)

鈦陶瓷絕熱保溫材料內(nèi)部含極大豐富微米級(jí)閉腔孔，使得熱流只能沿氣孔壁曲線流動(dòng)，形成“無窮長(zhǎng)路效應(yīng)”，給熱導(dǎo)造成極大阻力，從而達(dá)到最佳的保溫效果。

2、鈦陶瓷絕熱保溫技術(shù)原理

鈦陶瓷絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)低，導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，是一種節(jié)能型新型保溫材料。其優(yōu)異的絕熱保溫效果主要緣于零對(duì)流效應(yīng)、無窮多折板效應(yīng)及無窮長(zhǎng)路效應(yīng)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(yùn)動(dòng)遷移的能力，因而失去熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)和對(duì)流傳熱的能力;另外，在本絕熱材料中，由于六鈦酸鉀晶須會(huì)在內(nèi)部形成反射層結(jié)構(gòu)，使得熱輻射射線穿過六鈦酸鉀晶須界面時(shí)都會(huì)發(fā)生反射、吸收、透射和再輻射，相當(dāng)于在熱輻射傳播途徑上設(shè)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(cè)的表層，然后再以輻射的方式返回原有的發(fā)射體，從而達(dá)到保溫的目的;再者，本絕熱材料中鈦酸鉀的應(yīng)用大大增加了固體熱傳導(dǎo)路徑的延長(zhǎng)。與現(xiàn)有的絕熱材料相比，絕熱保溫性能得到了顯著提升。

三、效益評(píng)價(jià)及前景

在推廣應(yīng)用中，鈦陶瓷保溫絕熱技術(shù)不斷改善工藝配方，進(jìn)一步提升了保溫效果，是目前常規(guī)保溫材料的2倍。年經(jīng)濟(jì)效益可創(chuàng)57.75萬元。