过热注汽锅炉在稠油热采工程中的应用

孙国成，缪远晴，钱振斌

（中国石油集团工程设计有限责任公司新疆设计院，新疆克拉玛依 834000）

过热注汽锅炉在稠油热采工程中的应用

孙国成，缪远晴，钱振斌

（中国石油集团工程设计有限责任公司新疆设计院，新疆克拉玛依 834000）

在稠油热采工程中，由于常规注汽锅炉产生的蒸汽干度低，注到井底的蒸汽干度通常不到50%，影响了开采效果，为此需要采用新的高干度过热注汽锅炉。文章结合新疆油田稠油热采注汽开发的基本情况，介绍了新研制的高干度过热注汽锅炉的工作原理、结构特点、现场运行情况及相关技术数据的测试情况等。

稠油热采；过热注汽锅炉；蒸汽干度；研制；应用

新疆油田是我国稠油主要产区，目前稠油年产量已超过400万t，约占新疆油田原油总产量的35%。新疆油田稠油开发始于1985年，第一座稠油热采注汽站于1985年建成，从此新疆油田稠油进入大规模开发阶段。截止到2009年已建成93座规模不等的稠油热采注汽站，拥有注汽锅炉300余台。稠油开发技术在国内处于领先水平，形成了工艺流程先进、布局合理、运行安全可靠、经济效益好的稠油热采注蒸汽工艺技术。

注汽锅炉是稠油热力开采中的关键设备，同时也是天然气、水、电的能源消耗大户。注汽锅炉是一种高压直流锅炉，通常由柱塞泵、水—水换热器、辐射段、过渡段、对流段等构成，所产生的湿蒸汽干度一般为80%，因此也叫湿蒸汽发生器。

由于注汽锅炉产生的蒸汽干度低，经过管道输送后，注到井底的蒸汽干度通常不到50%，影响稠油开采效果。随着人们对稠油开发认识的不断加深，通过试验研究认为：注入油层的蒸汽干度越高越好，特别是对于采用蒸汽驱重力辅助泄油开发技术 （SAGD）的超稠油，要求注入井底的蒸汽干度为70%～75%，这样注汽锅炉出口的蒸汽干度应≥95%，才能保证井底所要求的蒸汽干度，而普通注汽锅炉由于受自身结构、给水水质的限制，不可能产出90%干度的湿蒸汽。因此，要采取措施，研制高干度过热注汽锅炉，提高稠油热采注蒸汽的干度。国内几种常用的注汽锅炉技术参数见表1。

表1 国内常用注汽锅炉型号及技术参数

1 过热注汽锅炉

稠油热采过热注汽锅炉是在常规注汽锅炉的基础上，根据油田注汽需求而设计生产的一种新产品，包括炉体、给水预热器、汽水分离器、分配器、汽水掺混器，炉体由辐射段、过热段、对流段组成。

过热注汽锅炉工作原理是首先由注汽锅炉辐射段、对流段将水加热成湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽进入汽水分离器 （脱盐器）进行分离，分离出的高干度蒸汽 （≥95%）进入注汽锅炉过热段加热成过热蒸汽 （过热度40～50℃），分离出来的高含盐饱和水与过热蒸汽进入汽水掺混器混合成为工艺所需要的过热蒸汽。过热注汽锅炉将湿饱和蒸汽分离，加热干蒸汽，避开过热段析盐，提高了热能利用率，实现了零排污。过热注汽锅炉 （YZG20-9.8/350-D）技术参数见表2，其工艺流程见图1。

表2 过热注汽锅炉 （YZG20-9.8/350-D）技术参数

过热注汽锅炉仍然为直流锅炉，给水带入锅炉的杂质 （盐类）不是沉积在锅炉中，就是被蒸汽带走，即给水中的含盐量等于沉积在锅炉受热面的含盐量和锅炉产蒸汽的含盐量之和。溶于饱和蒸汽中的盐分和分离器出口蒸汽中所带水滴的盐分将随饱和蒸汽进入过热器受热面，而其余的盐分溶于分离器出口的饱和水中。

在过热器中是否会产生盐质沉积 （结垢）现象，取决于过热蒸汽的溶盐能力。研究表明，凡可溶于饱和蒸汽的盐都能溶于过热蒸汽，而且压力越高，溶解度越大；在同一压力下随着温度的增高，开始时溶解度下降，当超过某一温度后又随温度升高而上升。因此，只要给水中所含某种盐类的浓度小于过热蒸汽对这种盐类的最小溶解度，就会被过热蒸汽带出，而不会在过热器中产生盐垢。

过热注汽锅炉的特点：利用软化水产生过热蒸汽；结构合理、流程先进、调节范围大、适用性强；热能利用率高；自动化控制、实现在线监测、液位控制恒定、无需人工化验；人机界面直观、操作简便；系统具有自诊断功能、故障率低；系统具有丰富的数据管理功能、历史数据可以永久存储；运行实行零排放、节能减排、保护环境；趋于人性化设计，性能可靠、安全、稳定。

稠油热采过热注汽锅炉是对传统湿饱和蒸汽注汽锅炉的一次大胆突破。该过热注汽锅炉所采用的独特工艺及特殊结构设计、自动化检测控制系统可保证装置安全可靠地连续稳定运行，且比常规湿饱和蒸汽，提高采收率15%左右。

2 过热蒸汽注汽锅炉在油田的应用 （见表3、表4）

2008年新疆风城油田超稠油重32井区SAGD开发先导试验区安装2台过热注汽锅炉，过热注汽锅炉运行参数见表3，过热注汽锅炉测试数据见表4。

表3 2#过热注汽锅炉运行参数

表4 过热注汽锅炉测试数据 （2009-08-07）

这是全国首次使用YZG20-9.8/350-D型过热注汽锅炉。锅炉的供热量为19.6 MW，蒸发量20 t/h，工作压力9.8 MPa，过热蒸汽温度340～360℃，热效率≥88%。经过一年半的运行，各项技术指标均达到设计要求，为重32井区SAGD开发先导试验区的试验工作奠定了坚实的基础。

测试结果分析：重32井区SAGD试验区安装的2台20 t/h过热注汽锅炉，在正常运行工况下，1#、2#过热注汽锅炉的平均热效率分别为89.5%、91.7%。在一年半的运行过程中，过热注汽锅炉的过热段一直处于过热状态，锅炉运行正常，达到了设计要求。

[1]SY/T 0027-2007，稠油注汽系统设计规范[S].

Application of Superheated Steam Injection Boiler in Heavy Oil Thermal Recovery Engineering

SUN Guo-cheng（Xinjiang Design Institute of China Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Kelamayi 834000,China）,MIAO Yuan-qing,QIAN Zhen-bin

In heavy oil thermal recovery engineering,dryness fraction of steam produced by conventional steam injection boiler is low and usually it is less than 50%when the steam goes to well bottom,which leads to a lower recovery efficiency.A high dryness fraction superheated steam boiler is newly developed.Associated with the basic situation of heavy oil thermal recovery with steam injection in Xinjiang Oilfield,the working principle,structural features,field operation and relevant technical tests of the boiler are presented in this paper.

heavy oil thermal recovery;superheated steam injection boiler;dryness fraction of steam;research and development;application

TE934.4 TK22

B

1001－2206（2011）06－0023－03

孙国成 （1962-），男，辽宁绥中人，高级工程师，1986年毕业于华中工学院，现从事热工、暖通设计工作。

2011-01-13