胜利油田注汽系统用能现状

郭土 孙东 杨秀丽 郑炜博

摘      要：在稠油生产过程中，注汽系统各环节均存在不同程度的能量损失。为了分析评价注汽系统的用能状况，找出用能薄弱环节，为改善稠油注汽系统的热能利用率提供基础数据、降低热采成本和提高经济效益提供技术支持，开展了稠油生产注汽系统的能耗测试工作，通过对测试数据进行分析找到油田注汽系统用能的薄弱环节，为注汽系统提高用能水平提供理论指导。

关  键  词：稠油;注汽系统;热能

中图分类号：TQ 054       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）10-2370-04

Abstract： In the process of heavy oil production， there is the energy loss in different links of steam injection system. The energy use status of steam injection system was analyzed and evaluated to find out the weak links of energy use， providing basic data for improving the thermal energy utilization rate of heavy oil steam injection system and providing technical support for reducing the cost of thermal recovery and improving economic benefits. The energy consumption test of heavy oil production injection system was carried out. By analyzing the test data， the weak links of the steam injection system were found， which could provide theoretical guidance for the steam injection system to improve the energy use level.

Key words： Heavy oil; Steam injection system; Thermal energy

在采油中，原油按照黏度大小分為稀油、稠油。稠油黏性大，无法用常规的开采方法[1]。稠油热采技术中注蒸汽热采是国内外广泛采用的开采稠油、超稠油的方法。该方法是向油层中注入高温高压的蒸汽，一方面可以提高油层温度、降低稠油的黏度，另一方面可提高油层压力，增加驱油能力。在稠油的开采过程中，因为稠油黏度大、流动性差，需要额外的热量来降低其黏度并增加其流动性，使稠油油田开采和输送环节的能耗明显高于常规油田[2]。

注汽锅炉的主要功能是制取蒸汽，是稠油热采开发系统中最核心的设备，在稠油热采中起着举足轻重的作用，直接关系到稠油热采效率，注汽锅炉是油田热采中的主要耗能设备之一，其能耗占稠油开采总能耗的70%以上[3，4]，注汽锅炉是否经济运行直接影响油田稠油热采注汽系统的经济及社会效益。影响注汽系统能耗的因素较多，而且各因素之间存在复杂的相互作用，很难对注汽系统的能耗影响规律进行定量分析，需要用科学、有效的能耗分析手段，建立系统用能分析模型[5-8]。本文以胜利油田六个采油厂日常运行的30个稠油热采注汽系统作为研究目标，进行了能耗测试及平衡计算，找到注汽系统用能的薄弱环节，为提高胜利油田注汽系统整体用能水平提供技术指导。

1  整体测试情况及测试标准

1.1  整体测试情况简介

对目前胜利油田下属六个采油厂正常运行的30个稠油热采注汽系统进行了测试，其中燃油注汽锅炉23台，燃气注汽锅炉7台。根据现场条件，分别对在用的30台注汽锅炉以及32条注汽管线进行了能耗测试。

根据能耗测试结果进行锅炉正、反热平衡计算，结果显示30个注汽系统的平均锅炉反平衡效率为89.05%，平均锅炉正平衡效率为88.94%，平均注汽量为10.81 t/h，平均注汽压力为11.1 MPa，平均注汽干度为71.53%，平均综合能耗为86.23 kgce/t。

1.2  测试评价参考标准

GB/T10180-2003 《工业锅炉热工性能试验规程》。

GB/T15910-2009 《热力输送系统节能监测》。

SY/T6835-2011 《稠油热采蒸汽发生器节能监测规范》。

SY/T6421-1999 《设备及管道散热损失的测定》。

GB/T8174-2008 《设备及管道绝热效果的测试与评价》。

SY/T6275-2007 《油田生产系统节能监测规范》。

GB/T2588-2000 《设备热效率计算通则》

GB/T13468-1992 《泵类系统电能平衡测试与计算方法》

SY/T 5264-2006 《油田生产系统能耗测试和计算方法》。

GB/T15913-2009《风机机组与管网系统节能监测》。

2  注汽锅炉能耗测试结果及分析

30台注汽锅炉的平均反平衡效率为89.05%，其中23台燃油注汽锅炉的平均反平衡效率为88.74%，7台燃气注汽锅炉的平均反平衡效率为90.03%。按照SY/T《稠油热采蒸汽发生器节能监测规范》的规定，燃油注汽锅炉节能监测评价指标见表1，燃气注汽锅炉节能检测评价指标见表2。根据标准规定可知，30台注汽锅炉的平均热效率均在节能监测限定值之上，其中有27台注汽锅炉的热效率达到了节能评价值。

按照SY/T《稠油热采蒸汽发生器节能监测规范》内规定，将锅炉分为额定蒸发量小于等于14.5 t/h和额定蒸发量大于14.5 t/h两类，测试结果见表3。由表3可以看出，额定蒸发量大于14.5 t/h的注汽锅炉的平均热效率比额定蒸发量小于等于14.5 t/h的注汽锅炉高2.23%，综合能耗低6.25 kg ce/t。这主要是因为额定蒸发量大于14.5 t/h的注汽锅炉的排烟温度与空气系数都较低，燃烧更为合理，更加节能。

不同燃料种类的的注汽锅炉节能监测结果见表4。

由表4可知，燃气注汽锅炉的平均空气系数较大，但燃气注汽锅炉的平均热效率比燃油注汽锅炉的平均热效率要高，主要是因为燃气注汽锅炉的排烟温度较低。

不同类型注汽锅炉的节能监测结果见表5。

由表5可以看出，固定式注汽锅炉的平均热效率比移动式注汽锅炉的高，这是由于固定式移动锅炉的平均注汽量较高、注汽压力较高以及平均排烟温度较低。

对注汽锅炉节能监测的测试结果进行系统分析，可以得出结果如下：

（1）注汽锅炉现在存在的主要问题是空气系数超标，其次是排烟温度超标，只有极少数的注汽锅炉的炉体表面温度超标。

在测试过程中发现大部分注汽锅炉的氧传感器显示误差较大，大部分活动式注汽锅炉没有配置氧传感器，故不能准确有效的调整好炉子的配风量，容易造成空气系数较高，增加了排烟量，使得排烟损失偏高。

对各项热损失进行分析可知，平均排烟热损失为9.45%，平均散热损失为1.50%，平均不完燃烧损失为0.01%，具体散热损失比例见图1。由图中可见排烟热损失是占比最大的热损失，对注汽锅炉的热效率影响最大。所以提高注汽锅炉的热效率，就必须要从降低注汽锅炉的排烟热损失入手。影响注汽锅炉排烟热损失的主要因素是排烟温度与过量空气系数，因此在保证注汽锅炉正常运行的情况下，尽量降低注汽锅炉的排烟温度。尽量在注汽锅炉烟道尾部加装烟气余热回收装置，可以有效降低排烟温度。注汽锅炉尽量要配备先进的氧含量显示装置，以保证可以准确的调整锅炉的配风量，降低锅炉的空气系数从而减少烟气排放量及排烟损失。

（2）注汽锅炉的注汽量与热效率的关系见图2。由图2可知，注汽锅炉的热效率与注汽量之间存在着正相关趋势，通常情况下注汽量越大注汽锅炉的热效率越高。但是也存在某些注汽锅炉虽然注汽量较大，运行状况不合理的情况，其锅炉热效率偏低。

（3）注汽锅炉的投产年限与锅炉的热效率关系图见图3。由图3可知，随着注汽锅炉的投产年限的增加，注汽锅炉的运行状态逐渐变差，热效率有明显的下降趋势。

（4）注汽锅炉负荷率与注汽锅炉热效率关系见图4。

由图4可知，注汽锅炉的热负荷率和注汽锅炉的热效率并没有绝对的线性关系，从图中可以看出当锅炉的热负荷处于75%～90%之间时注汽锅炉的热效率相对较高。

综上所述，影响注汽锅炉热效率的因素主要有：注汽锅炉的排烟温度、注汽锅炉的炉体外表面温度、注汽锅炉的空气系数、注汽锅炉的注汽量、注汽锅炉的投入年限和注汽锅炉的负荷率。

3  注汽管道测试结果及分析

本次测试共对30个注汽系统的32条注汽管线进行了测试，测试结果见表6。

由表6可知，注汽管网中固定保温管段热损失在所有热损失当中所占比例最大，达到了60.35%，其次是活动保温段占到了18.35%，往下依次为井口设备、补偿器、固定管段裸露处、固定阀门、卡箍、活动管段裸露处以及管托底板。具体比例分布见图5。

影响散热损失的主要因素是热流密度和散热面积。平均热流密度最小的位置是固定管段保温处和活动管段保温处，但由于散热面积最大，占管道总散热面积的60.35%和18.35%，因此散热损失也最大。平均热流密度最大的位置是注汽管道阀门处，但由于散热面积最小，占管道总散热面积的1.85%，因此散热损失较小。所以如果想要降低注汽管网的散热损失，就要在从固定管段保温处以及活动管段保温处下手，同时也要注意其他附件和井口设备的保温情况，尽可能保证所有部位都有相应的保温措施。

4  结 论

（1）注汽设备老化严重，本次共测试注汽锅炉30台，其中使用年限达到13年或者13年以上的有12台，使用年限超过15年的有5台。使用年限过长，注汽锅炉经过长时间运行，会在对流段管束上出现结焦、积灰现象，造成锅炉热效率降低，排烟温度升高，燃料消耗增大，直接影响锅炉运行的可靠性及经济性。

（2）虽然大部分注汽锅炉的热效率较高，但仍存在排烟温度和空氣系数不合格现象，除设备老化造成排烟温度和空气系数超标外，烟道积灰、送风量不能根据运行工况及时调节也会导致排烟温度和空气系数超标，建议对排烟温度过高的锅炉及时清灰、对空气系数不合格的锅炉进行送风量的调节。

（3）注汽锅炉的配套工艺技术不完善，部分固定式注汽锅炉与所有的活动式注汽锅炉均没配有烟气余热回收装置。很多注汽锅炉的氧含量传感器存在较大的误差，大部分注汽锅炉的超声波清灰装置都没有正常运行。

（4）注汽管道长期经受日晒雨淋以及管道内部水击和压力波动等影响造成管道振动频繁，保温材料出现不同程度的裂缝和塌陷。管道附件热流密度远远超过标准要求，多数为生产单位用保温棉进行覆盖保温，部分管网的附件均为裸露状态。注汽管道整体保温效果较差，造成较大的散热损失，拉低了注汽进口的蒸汽干度。

参考文献：

[1] 杨明全.辽河油田注汽锅炉群气代油评价研究[D].哈尔滨工业大学，2013：1-3

[2]李颖川，王卓飞.稠油蒸汽吞吐井抽油系统设计方法研究[D].西南石油学院，2003：24-26

[3] 王晗，丁波，等.稠油蒸汽吞吐生产过程节点能耗分析及对策[J].节能技术，2006（137）：261-264

[4] 董珊珊，王为民，刘广鑫，等.油田注汽锅炉蒸汽参数的热力学分析[J].当代化工， 2014，43（11）：2339

[5]王志国，马一太，李东明，等.稠油开采注汽过程能量转换分析模型及评价准则[J].大庆石油学院学报， 2004，28（5）：28-30

[6] 王志国，马一太，张守军，等.注汽锅炉系统用能分析方法研究[J].油气田地面工程，2003，22（1）：17-19

[7]项新耀，王志国.提高油田高压直流锅炉热效率技术研究[J].华北电力大学学报，2000，（增刊）：104-106.

[8]李东明，王志国，张义祥，等.注汽锅炉烟气余热回收技术研究[J].工业锅炉，2002，3：13-15