全面質量管理在稠油熱采中的應用

莊煜

摘? 要：稠油熱采過程中影響采出率的主要因素為蒸汽攜帶熱量，蒸汽攜帶熱量的質量衡量依據(jù)為蒸汽干度。如何控制和提高蒸汽干度是提高蒸汽質量的有效途徑。本文運行全面質量管理（TQC）方法，對影響蒸汽干度的因素進行全面梳理分析，通過產熱、吸熱、輸熱環(huán)節(jié)熱管理，建立提高蒸汽質量的有效措施。

關鍵詞：蒸汽; 干度; 質量

注汽站（企業(yè)）產生的合格蒸汽（產品）通過注汽鍋爐注入到指定油層，采油管理區(qū)（顧客）關注的是蒸汽的質量和成本。因此，上述指標是稠油熱采全面質量管理的著力點。

一、稠油熱采全面質量管理技術背景

1.1 稠油熱采全面質量管理的提出

TQM是融合了質量控制理論、系統(tǒng)理論、質量管理工具模型的結構化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全組織范圍的參與規(guī)劃，進而完成連續(xù)改進過程。TQM理論是建立在90%的質量問題，而非雇員問題這一假設基礎上的。TQMD的關鍵工具是統(tǒng)計過程控制（SPC）和質量功能配置，交叉工作團隊是TQM的主要工作方式。

稠油熱采注汽過程作為吞吐井轉周周期的關鍵環(huán)節(jié)，需經歷注汽計劃、地質工藝方案、設備搬遷、注汽施工、完注燜井等環(huán)節(jié)，涉及采油、地質、作業(yè)等部門。其主要生產過程是利用的濕蒸汽發(fā)生器（注汽鍋爐）對前端水處理裝置處理的指標（硬度、含氧、PH值）合格水加熱，轉化為規(guī)定干度的蒸汽，通過地面管線、管網注入底層，對稠油油藏進行加熱，實現(xiàn)吞吐或蒸汽驅開采。

蒸汽產生過程簡單來說就是放熱和吸熱的過程。放熱過程為燃料燃燒過程，蒸汽傳輸過程;吸熱過程為水轉化為蒸汽的熱交換過程：

1）放熱過程包括燃料燃燒放熱和蒸汽傳輸放熱。燃料的燃燒過程中，需要關注燃料和燃燒設備兩個方面。燃燒設備主要為燃燒器，主要作用為霧化燃料和提供助燃空氣，最終目標是使燃料熱量最大程度釋放，這是需要加強的方面;蒸汽傳輸放熱指蒸汽在管道輸送過程中，由于管線與外界溫差產生的熱量流失，該部分熱量是需要控制減少的。

2）吸熱過程包括水吸收燃料燃燒釋放的熱量和油層吸收蒸汽攜帶的熱量。水吸收燃料熱量過程中，需要關注換熱面積，換熱溫差和換熱形式。油層吸收蒸汽熱量主要井底蒸汽干度，即蒸汽攜帶熱量的多少。

稠油熱采蒸汽產生過程涉及環(huán)節(jié)多，各節(jié)點異常都會造成質量缺陷，目前只針對單個環(huán)節(jié)進行相關控制，無系統(tǒng)的質量管理措施。為抓住蒸汽干度質量指標，從吸熱和放熱過程尋找質量提升空間，提出并實施了稠油熱采全面質量管理。

1.2 稠油熱采全面質量管理實施意義

隨著節(jié)能和環(huán)保要求提升，稠油熱采作為用能的大戶，通過質量管理技術不斷提升其用能水平，減少能量損失，是稠油熱采全面效率提升的重要措施。

二、稠油熱采全面管理技術的實施

2.1 用熱過程的質量管理

熱量利用程度的好壞，直接影響蒸汽品質。根據(jù)蒸汽產生中吸熱和放熱兩大主要環(huán)節(jié)，分別對用能設備，用能環(huán)節(jié)進行分析，找出影響因素并采取相應措施。

2.1.1放熱過程

放熱過程質量控制指標為熱量利用率，具體控制措施為燃料放熱率增加和蒸汽輸送散熱率降低。

1）提高燃料燃燒放熱率

針對放熱過程，根據(jù)現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)，分析燃燒過程可調參數(shù)對鍋爐熱效率影響敏感程度可以得出，配風比例對燃燒的影響最為敏感。配風比例是通過燃燒器風門開度控制鼓風機送風量大小來實現(xiàn)的。即通過執(zhí)行器推動調節(jié)連桿機構動作，產生一定的位移和轉角，實現(xiàn)送風量的變化。風門調節(jié)由于線性不同，開度與風量非正比關系。實際風門開度達到80%以后，基本沒有調節(jié)性能，也正因為內在線性關系，不同風門的相同開度也會有差別。

現(xiàn)場結果顯示，在電動執(zhí)行器改進過程中，使得下風門連桿的行程縮短，轉角變小約10度，對連桿的機構做了二次改進，經過理論計算，重新加工連桿超出原長度2.3cm，較好的解決了配風系統(tǒng)的匹配性。

油槍作為燃燒器的燃燒終端，對爐膛內的火形位置起著至關重要的作用。隨著設備的老化，部分油槍的火焰狀態(tài)發(fā)生了改變，影響了設備的燃燒效果。火焰位置一般處在爐膛前段至2/3處的幾何中心，呈現(xiàn)飛旋的長“桃”形狀，分為內焰區(qū)、高溫區(qū)、和尾部3個區(qū)域。為進一步提高燃燒效果，嘗試將油槍前移，使火焰高溫區(qū)更加接近爐膛中心，提升輻射效果。通過將油槍進行前探，既要保持火型，又防止尾部爐管溫升太快，根據(jù)理論計算，前探距離為1.5cm，火焰長度增加20cm，即后部爐管更接近火焰高溫區(qū)域，達到了最好的輻射效果。

2）降低蒸氣管線散熱率

蒸汽輸送過程中，由于管線與環(huán)境溫差導致的熱量散失，作為蒸汽質量的負面影響因素，實際運行過程中需要減少控制。蒸汽通過活動管線、補償器輸送到井口，管線環(huán)境溫差在240～320℃之間，為保證蒸汽注入效果，就需要額外增加燃料彌補這部分損失。

注汽站通過采用設備精簡、場地選擇、井口推進三個階段，實現(xiàn)注汽管線安裝距離單井平均縮短到170米，全年縮短距離總長度縮短12.4公里，利用熱成像儀檢測井口溫度變化并計算得出，實施該措施后，實現(xiàn)井口注汽干度提升1個百分點。

2.2.2 吸熱過程

吸熱面積決定管內水和蒸汽接收熱量的多少，爐膛高溫區(qū)域增加后，換熱面積不進行增加，放出的熱量就不能完全轉化為干度提升。但由于爐膛深度確定，為確保爐膛熱結構不受影響，對過渡段流通面積進行增加。輻射段平均溫度水平上升，爐膛輻射吸熱量增加同時，出口煙氣溫度上升，通過增加光管吸熱，實現(xiàn)煙溫控制。實施尾部光管改造后，對流換熱面積增加6.7㎡，注汽干度由74%上升到80%。

2.2 用熱效果的質量管理

為保證熱量使用效果，從鍋爐效率和油汽比兩方面實施效果監(jiān)控，通過鍋爐參數(shù)調整，實現(xiàn)熱效率最大化，即單位蒸汽干度的最優(yōu)化。油汽比指采油管理區(qū)（顧客）吞吐井通過注蒸汽后增油效果，以此驗證蒸汽攜帶熱量是否被指定油層最大化吸收。

2.2.1 熱效率最佳工況監(jiān)測

通過實施鍋爐反平衡熱效率測試，結合鍋爐工況優(yōu)化措施，調整油溫、霧化、對流段入口水溫等參數(shù)，及時掌握鍋爐運行工況點并進行調整。利用軟件診斷分析，得出最優(yōu)運行參數(shù)調整區(qū)間，現(xiàn)場應用后實現(xiàn)鍋爐熱效率提高4%。

2.2.2 油汽比動態(tài)跟蹤

注汽鍋爐每口井進行油汽比回訪跟蹤，所注蒸汽量、干度數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫后，按照一定周期統(tǒng)計當口井產液量和含水率數(shù)據(jù)，計算該周期產油量數(shù)據(jù)，并與未實施注汽的產油量數(shù)據(jù)進行比較，分析蒸汽熱量利用效果。通過油汽比質量管理后，注汽油汽比從1.2提高到1.4。

三、結束語

（1）燃燒器配風調整，燃料燃燒放熱更加充分，實現(xiàn)鍋爐出口煙氣含氧控制在3～3.5%之內，既能保證燃料完全燃燒，同時又能煙氣體積最小;

（2）油槍前探15mm后，爐膛火焰充滿度提高，溫度檢測顯示爐膛平均溫度升高10攝氏度，更有利于吸熱過程進行;

（3）通過縮短活動注汽管線距離，蒸汽輸送平均熱量散失降低0.62%/百米，井口蒸汽干度提升1個百分點;

（4）實施稠油熱采全面質量管理技術，注汽過程中鍋爐熱效率提高5%，注汽干度提高7%，注汽總體油汽比提升0.2，取得效果顯著。