稠油热采注汽管线新型节能保温材料

衣怀峰 韩春雨 张建国 张犁（新疆油田公司质量管理与节能处）

稠油热采注汽管线新型节能保温材料

衣怀峰 韩春雨 张建国 张犁（新疆油田公司质量管理与节能处）

针对稠油热采注汽管线保温技术差,散热损失大等问题,从影响注汽管线保温效果的关键环节入手,采用先进的保温工艺和材料，重点做好管线保温材料的优选、保温层结构的优化和管线支架的散热保温三个方面工作。通过应用效果比较,对注汽管线保温采用纳米气凝毯复合反射式保温结构和节能支架进行技术改造,节能效果明显。

稠油热采 注汽管线 节能 保温纳米气凝毯

近年来，随着新疆油田的发展，稠油开发规模不断扩大，稠油产量已占原油总产量的33%左右，但稠油开采能耗占油田生产总能耗的70%左右。根据发展趋势，今后稠油开采的能耗还将有所增加。注汽系统是稠油开采过程中的能耗大户，能耗约占稠油开采总能耗的80%。

注汽系统主要由注汽站和注汽管网两大部分组成，地面注汽工艺方面采用集中供热、分散注汽的方式，高温高压蒸汽通过较长的注汽管道输送到计量配汽间，然后通过注采合一管道到井口注入井下。注汽管道输送的湿饱和蒸汽干度为80%，管道工作压力为6～12 MPa，工作温度为275～324℃。

传统注汽管网保温技术导致蒸汽在输送过程中热损失较大。据注汽系统能量平衡测试结果显示：注汽锅炉环节能量损失占总热损失的73.19%，注汽管线热损失占25.19%，井口散热损失占1.17%，使注入到油藏的蒸汽品质（干度）降低，影响稠油开发效果，稠油开发成本升高。

因此，采用技术先进、经济适用的保温技术对注汽管道进行节能技术改造，降低注汽管线热损失，提高管线保温效果，是需要解决的重点问题。

1 注汽管线保温现状及存在问题

注汽管线敷设方式为低支架架空敷设，采用水泥支墩和钢支架支撑固定，大部分规格为DN100，注汽管道供汽半径为0.75～2.5 km。截至2008年12月，已建注汽管线长度超过700 km。

目前在用注汽管道保温大部分采用复合硅酸盐瓦（单层瓦或双层瓦）和NT-2型复合硅酸盐浆料等保温材料，少部分仍在用珍珠岩瓦，厚度为100～160 mm，采用镀锌铁皮作为外保护层。管道大部分采用水泥支墩加钢支架支撑固定，因其散热量占注汽管道散热量的15%～20%，近年来开始应用不同种类的保温支架。

经调查，在用注汽管道热损失大的原因主要有：

（1）管道支架和阀门未采取保温措施进行保温；

（2）管道保温材料和保温结构的选择不尽合理，导致保温效果达不到要求。随着使用年限的增加和裸露在外遭受侵蚀，保温材料老化严重。当管道环境温度变化较大时，会产生热伸长和热应力，采用的硬制保温瓦（特别是弯头、三通处）容易破裂，瓦间的接缝容易拉开，保温层易发生损坏，导致保温失效；

（3）施工过程中的人为因素造成保温瓦之间接缝不严密，异形管段处理不好，使保温工程存在一定的质量缺陷。

2 纳米气凝毯绝热保温材料性能及特点

纳米气凝毯绝热保温材料是二氧化硅在溶剂中凝结成胶体后滤去溶剂，并由一种非纺织的、碳纤维和玻璃纤维棉絮加固结构的柔性毯状新型保温材料。与传统使用的保温材料相比，主要有以下几方面特点：

◇导热系数低、保温性能优良；

◇较强的抗老化能力，在高温下不变形，且能保持良好的防水性；

◇具有柔变性能，抗渗、抗裂、防水、抗压、抗震，使用寿命长；

◇更加轻巧，安装效率高，便于施工使用。

气凝胶与传统保温材料技术性能对比见表1。

表1 气凝胶与传统保温材料技术性能对比

3 纳米气凝毯保温材料在油田注汽管线保温上的应用

从影响注汽管道保温效果的关键环节入手，重点做好管道保温材料的优选、保温层结构的优化和管道支架的散热保温三个方面工作。

在保温材料选择上，选用导热系数低、绝热性能好的保温材料，筛选确定了纳米气凝毯类和复合硅酸盐板为保温材料。纳米气凝毯是一种轻质二氧化硅非晶态材料，导热系数小于0.035 W/（m·K），温度范围为-200～650℃，具有“透气不透水”特性，憎水性好，阻燃性能优良，质地柔软，弹性好。复合硅酸盐板为高温发泡而成的柔性保温材料，具有良好的弹性、耐温性（800℃)，导热系数低［0.044 W/（m·K）］，适应性强。

图1 硅酸盐板复合反射式保温结构示意图

在保温结构的优化方面，为提高保温结构密封性能和减小辐射传热，采用了复合反射式保温结构（图1、图2）。多层复合保温结构选用复合硅酸盐板或纳米气凝毯为主体保温材料，复合铝箔作热反射层，外包橡塑发泡材料。通过保温材料的优选和保温工艺的优化可最大限度地确保保温结构的完整和密封性能，有效隔绝热能传递；同时新材料对弯头、三通等异型件保温的薄弱环节也有较好的适应性。

在管道支架保温方面，选用分别适用于固定式和活动式支架的保温支架，将注汽管道与金属支架间的热传递隔绝。隔热板采用绝热性能较好、耐高温高压的XB450橡胶石棉板[导热系数为0.1743 W/（m·K），333 K]，工作温度≤400℃，老化系数为0.9，耐压≤6 MPa。

表2 硅酸盐板复合反射式保温结构热损失测试结果

表3 三种保温结构的对比

图2 纳米气凝毯复合反射式保温结构示意图

4 应用效果分析

2007—2009年，新疆油田公司主要采用硅酸盐板复合反射式保温结构、纳米气凝毯复合反射式保温结构及NT-2浆料保温结构对稠油区块90 km注汽管线进行了节能改造，中国石油天然气集团公司西北油田节能监测中心对应用情况的对比测试表明，节能效果明显。

硅酸盐板复合反射式保温结构热损失测试结果见表2。由测试结果可以得出，硅酸盐板复合反射式保温结构散热损失比双层硅酸盐瓦保温结构散热损失降低了64.3%，纳米气凝毯复合反射式保温结构散热损失比硅酸盐板复合反射式保温结构散热损失降低了29.9%。

综合比较表2和表3，采用纳米气凝毯复合反射式保温结构与其他保温结构相比，应用效果最好。已改造的注汽管道，产生了较大的节能效益，有效提高了注汽质量，提高了稠油开发效果。

5 结束语

（1）稠油热采注汽管线保温采用纳米气凝毯复合反射式保温结构，同时采用节能支架和隔热材料对管道支架进行保温，从整体上考虑管线保温，在技术上和经济上都是可行的，节能效果显著。

（2）随着稠油注汽工艺技术的不断发展，应根据热经济学基本原理，通过理论计算和现场试验两种方式，确定架空注汽管道的最佳管径和最佳保温层厚度，特别是针对复合反射式保温结构，应确定每种保温材料的最佳厚度，在节能的前提下，使注汽管道的运行费用和投资成本达到最佳平衡点。

（3）应加强保温施工质量的现场监督，减少施工过程中人为因素带来的质量缺陷，确保注汽管道的保温质量。

[1]《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，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）

衣怀峰，1982年毕业于华东石油学院，高级工程师，中国科学院博士研究生，国家973项目课题长，中国石油大学节能减排培训专家，国家节能节水专业标准化技术委员会委员，长期从事油气田生产运行和节能减排技术及管理工作。

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.