榆树林油田CO2低温管道埋深及保冷措施

杜婷婷 大庆油田工程有限公司

榆树林油田CO2低温管道埋深及保冷措施

杜婷婷 大庆油田工程有限公司

为了进一步探寻低渗透油层科学、有效的开采方式，为大庆外围特低渗透油藏的规模化应用奠定技术基础，提高油井采收率，榆树林油田从2007年起至今，在不同区块陆续开展了CO2驱油注气试验。将注入站储罐内的低温液态CO2（-16～-30℃）经注入泵增压后通过管输方式注入至注气井，低温管道敷设时要考虑管道合理埋设深度以及管道保冷措施。从工程投资和安全生产方面论证低温液态CO2注入管道的合理埋深，结合保冷结构的选择原则对比确定注入管道的保冷层结构，为加快CO2驱油工业性矿场试验步伐提供了设计依据和现场经验。

液态CO2；注入管道；低温；埋深；保冷结构

引言

榆树林油田地处黑龙江省肇东市昌五镇境内，属北温带大陆性季风气候，历年月平均最高气温27.8℃，月平均最低气温-25.1℃，年平均气温3.2℃，冻土深达2～2.2 m。

为了进一步探寻低渗透油层科学、有效的开采方式，为大庆外围特低渗透油藏的规模化应用奠定技术基础，提高油井采收率，榆树林油田从2007年起至今，在不同区块陆续开展了CO2驱油注气试验。注入站储罐内的低温液态CO2（-16～-30℃）经注入泵增压后通过管输方式[1]注入至注气井，低温管道敷设时要考虑管道合理埋设深度以及管道保冷措施，减少对地表作物的影响，避免冷量的损失，防止温度过高导致液态CO2在输送过程中汽化。

1 合理埋深论证

管道敷设的方式一般有架空敷设和埋地敷设两种。考虑到CO2驱油试验的注入系统多为站间管道和站场与单井井口间的单井管道，所以选择埋地敷设的方式。

考虑液态CO2低温输送的特点，影响注入管道埋深主要有两个因素：①规范要求；②低温管道穿越农田时对地表农作物的影响。按《输气管道工程设计规范（GB50251）》的规定[2]，埋地管道的最小埋深为管顶-0.8 m。大庆油田常规的干气管道埋深为-1.5 m，湿气管道深埋到冻土层以下（-2.2 m）。注入管道埋深如果定为1.0 m，施工过程中，在低洼地带埋深可能会不够1.0 m，如果管道穿越农田，可能会由于农作物耕种导致注入管道的损坏，影响安全生产。管线深埋到冻土层以下，会减弱对农作物的影响，同时增加土方的投资。目前已经投产的注入管道埋深均为-1.5 m，从运行情况来看，没有对农作物产生影响。再从投资方面看，注入管道埋深1.5 m，每公里开挖量2 492 m3，工程费用5.23万元；埋深2.2 m，每公里开挖量3 344 m3，工程费用9.74万元。从工程投资和安全生产方面来看，榆树林油田CO2低温注入管道选择埋深1.5 m是比较经济和安全的。

2 保冷层结构的对比

2.1 材料选择

管道保冷结构由内向外为保冷层、防潮层及防护层。

2.1.1 保冷层

（1）在主要技术性能均能满足保冷要求的范围内，有不同保冷层材料可供选择时，应优先选用导热系数小，密度小，吸水、吸湿率低，耐低温性能好，易施工、造价低，以及综合经济效益较高的材料。

（2）保冷层材料的最低安全使用温度，应低于正常操作时的介质最低温度。

（3）在低温条件下经综合经济比较后，可选用两种或多种保冷层材料复合使用，或直接选用复合型保冷材料制品。

液态CO2设计温度为－16～－30℃，保冷层推荐目前在保冷结构中广泛应用的阻燃型聚氨酯泡沫管壳，保冷层厚度为30 mm。

2.1.2 防潮层

在保冷结构中，热流方向与一般保温结构相反，外界的潮湿水蒸气将随热流而渗入保冷层，产生结露（凝结水）甚至结冰，使保冷材料导热系数增大，结构开裂和损坏，因而保冷结构中必须设置防潮层[3]。防潮层材料性能要求如下：

（1）抗蒸汽渗透性好，防水、防潮能力强。

（2）密封性及黏结性能好。有一定的耐温性，软化温度不低于65℃。夏季不软化、不起泡、不流淌。有一定的抗冻性，冬季不脆化、不开裂、不脱落。

（3）化学稳定性好，使用时不挥发出有害性气体。

（4）允许的安全使用温度范围较大。

（5）干燥时间较短，在常温下能够直接使用，施工方便。

2.1.3 防护层

（1）防水、防湿、抗大气腐蚀性好，不燃或阻燃，化学稳定性好[4]。

（2）强度高，使用寿命长，便于施工和检修。

2.2 对比分析

目前常用埋地管道保冷结构有两种。

结构1：硬质聚氨酯泡沫黄夹克成品管，具体结构为保冷层（硬质聚氨酯泡沫塑料）+聚乙烯护层（防护层兼做防潮层）。

结构2：保冷层（硬质聚氨酯泡沫塑料）+防潮层（3 mm阻燃型沥青玛蹄脂+1层无蜡中碱粗格平纹玻璃布（搭接50%）+3 mm阻燃型沥青玛蹄脂）+防护层（沥青防腐胶带）。

注入系统埋地管道保冷结构、技术经济及优缺点对比见表1。

因榆树林油田CO2驱油注气试验工程划分区块很多，注入管道建设量较大，管道外防护结构层设计应满足实现工厂化预制的要求，站外埋地管道保冷结构宜采用结构1；而站内埋地管道长度及管径各异，不易于工厂预制，因此宜采用保冷结构2，即现场施工的保冷方式。

表1 埋地管道保冷结构、技术经济及优缺点对比

3 结论

从工程投资和安全生产方面论证低温液态CO2注入管道的合理埋深，对比分析确定注入管道的保冷层结构，为大庆油田加快CO2驱油工业性矿场试验步伐提供了设计依据和现场经验。目前已投产的注入管道运行情况良好，CO2驱油取得了明显的效果，实现了单井产量高水平稳产，平均单井产油量在2.0 t/d以上，已成为大庆油田原油上产的重要举措。

[1]王世刚，孙锐艳，张浩男，等．二氧化碳管道输送技术研究及应用[J]．油气田地面工程，2013，32（11）：84-86.

[2]油气田及管道建设设计专业标准化委员会．输气管道工程设计规范：GB/T50251-2003[S]．北京：中国计划出版社，2003：13-14. [3]李钰．低温管道的保冷设计[J]．石油化工设计，2009，26（1）：52-55.

[4]中国工程建设标准化协会化工分会．工业设备及管道绝热工程设计规范：GB/T 50264-2013[S]．北京：中国计划出版社，2013：10-11.

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.037

杜婷婷：工程师，2005年毕业于中国石油大学（北京）油气储运专业，主要从事油气加工设计工作。

2015-04-10

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