26MPa超臨界注汽鍋爐特性分析與實(shí)踐應(yīng)用

胡庶祥，劉天鵬

（勝利油田井下作業(yè)公司稠油試油大隊(duì)，山東 東營(yíng) 257077）

一、前言

勝利油田有豐富的未動(dòng)用稠油資源，約占未動(dòng)用儲(chǔ)量的1/4，埋藏深度＞1 100m，最深超過(guò)了2 000m，羅家—墾西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的1 800～2 400m深層稠油預(yù)測(cè)儲(chǔ)量為7 166×104t。目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱采設(shè)備為21MPa亞臨界高壓濕蒸汽發(fā)生器，可對(duì)1 500m左右、地層壓力＜21MPa的油層進(jìn)行注汽施工，不能滿足更深層油藏勘探、開(kāi)發(fā)的需要。從2004年到現(xiàn)在孤島、現(xiàn)河、鄭王莊、河口地區(qū)都發(fā)生過(guò)因壓力過(guò)高而致注汽失敗的情況。因而研制和引進(jìn)更高注汽能力的注汽設(shè)備對(duì)于超深稠油藏的開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此勝利油田井下作業(yè)公司與撫順石油八公司合作設(shè)計(jì)生產(chǎn)了YZF9-26/395-D型超臨界活動(dòng)注汽鍋爐并于2007年8月進(jìn)行了超臨界注汽施工，對(duì)深層高壓稠油井的開(kāi)采取得了較大的突破。

二、超臨界狀態(tài)下水的特性及參數(shù)確定

1.臨界的概念及特性

水通常有三相（固、液、汽）、五態(tài)（未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽），在一般情況下水由液相變?yōu)闅庀喽际且?jīng)過(guò)一個(gè)汽化過(guò)程，即水經(jīng)過(guò)吸熱首先變?yōu)轱柡纤?，再?jīng)過(guò)吸熱部分水變?yōu)檎羝?，繼續(xù)吸熱后水全部變?yōu)檎羝纬娠柡险羝?，整個(gè)汽化要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的兩相共存過(guò)程，并且在濕飽和蒸汽和干飽合蒸汽狀態(tài)時(shí)，增大壓力可使水蒸汽重新變?yōu)橐簯B(tài)。但是當(dāng)水壓＞22.14MPa時(shí)，水由液相向汽相的轉(zhuǎn)化沒(méi)有液、汽兩相共存過(guò)程，而是在溫度升到374℃時(shí)，水由液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠?，并且超過(guò)此溫度后不管再加多大的壓力也不能將它變?yōu)橐合?。此時(shí)的壓力22.14MPa稱為臨界壓力，此時(shí)的溫度374℃稱為臨界溫度。凡超過(guò)此壓力、溫度的狀態(tài)，稱為超臨界狀態(tài)。

2.超臨界狀態(tài)下運(yùn)行參數(shù)的確定

由于水在超過(guò)臨界狀態(tài)后有某些特定的性質(zhì)，最主要的就是在當(dāng)壓力P/22.14MPa≤1.2范圍內(nèi)，溫度處于擬臨界溫度附近時(shí)，水的某些物性會(huì)發(fā)生劇烈的變化，尤其是比熱容急劇增大，存在一個(gè)大比熱區(qū)。在大比熱區(qū)內(nèi)管壁與水的換熱特點(diǎn)如下。（1）在熱負(fù)荷較小、工質(zhì)質(zhì)量流速較大時(shí)，接近大比熱區(qū)的工質(zhì)換熱系數(shù)很大；（2）熱負(fù)荷較高、質(zhì)量流速較小時(shí)，大比熱區(qū)的工質(zhì)的換熱系數(shù)突然減小，管壁溫度飛升，會(huì)出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象。從理論上分析在此壓力下水的液、汽相變很不穩(wěn)定，因此在確定超臨界下運(yùn)行參數(shù)時(shí)應(yīng)充分考慮該現(xiàn)象，主要是控制好兩個(gè)方面的參數(shù)：一是在臨界壓力時(shí)溫度要快速通過(guò)擬臨界溫度；二是保持較大的鍋爐排量（不低于7t/h）。同時(shí)考慮到要使蒸汽具有最高的熱焓值及鍋爐的承受能力，確定最佳注汽參數(shù)，超臨界注汽參數(shù)見(jiàn)表1。

三、26MPa超臨界鍋爐注汽性能優(yōu)勢(shì)

1.蒸汽質(zhì)量高

由于26MPa超臨界鍋爐具有生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的能力，所以與同壓力條件下21MPa亞臨界鍋爐相比所生產(chǎn)的蒸汽質(zhì)量明顯要高。兩種鍋爐運(yùn)行參數(shù)比較見(jiàn)表2。

超臨界注汽鍋爐生產(chǎn)的蒸汽從壓力、溫度、干度都超過(guò)了普通21MPa亞臨界鍋爐生產(chǎn)的蒸汽指標(biāo)，表現(xiàn)出了生產(chǎn)高質(zhì)量蒸汽的能力。

表1 超臨界注汽參數(shù)表

表2 亞臨界與超臨界蒸汽質(zhì)量比較

2.熱焓值高

從理論上來(lái)講超臨界鍋爐生產(chǎn)的是過(guò)熱蒸汽，這樣就比亞臨界鍋爐70%干度的濕蒸汽在熱焓值上多了30%的汽化潛熱和3～5℃的過(guò)熱度所含的熱值，從而具有更高的熱焓值（圖1）。

圖1 亞臨界與超臨界熱焓對(duì)比

3.超臨界特性優(yōu)勢(shì)

超臨界特性優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性上，由于超臨界狀態(tài)下水的相態(tài)不受壓力變化影響，因此可以保證在蒸汽到達(dá)油層以后仍會(huì)保持汽相狀態(tài)。眾所周知，純干蒸汽對(duì)油層的加熱作用和滲透作用都明顯好于熱水對(duì)油層的加熱效果，這主要是因?yàn)榧冋羝哂懈叩臒犰手岛痛┩感?，?duì)油層的污染也顯著降低。而熱水進(jìn)入油層會(huì)與油層發(fā)生水敏反應(yīng)，從而使油層受到污染而降低油層的開(kāi)采率。亞臨界鍋爐生產(chǎn)的蒸汽為70%干度的蒸汽（含30%的水），溫度為該壓力下的飽合溫度，但是當(dāng)井底壓力＞井口壓力時(shí)，蒸汽干度將大幅度降低，這主要是因?yàn)閬喤R界下水蒸汽相態(tài)受壓力影響十分敏感所造成的。而超臨界下由于水的特性發(fā)生變化，不受壓力增大而發(fā)生相變，從而保證了井底油層蒸汽的質(zhì)量。

從以上三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)可以斷定超臨界注汽工藝比亞臨界具有優(yōu)勢(shì)。

四、應(yīng)用效果

1.與亞臨界鍋爐效果對(duì)比

2006年采用21MPa亞臨界注汽鍋爐分別對(duì)草104-斜31井、草104-斜32井進(jìn)行注汽施工，施工情況如下：草104-斜31注汽壓力20.1MPa、注汽速度6.5t/h、干度0、注汽量約1 000m3，注汽后最高峰液6.5t/d、油3.9t/d，正常液4.7t/d、油2.3t/d，共產(chǎn)油300t；草104-斜32井，注汽壓力20.1MPa、注汽速度6.5t/h、干度0，注汽后最高峰液17t/d、油4.5t/d，正常液2.4t/d、油1.7t/d，共產(chǎn)油97t。2007年8月又采用26MPa超臨界注汽鍋爐分別對(duì)以上兩口井進(jìn)行注汽施工，有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3、表4，施工效果對(duì)比見(jiàn)圖2。

表3 草104-斜31井注汽綜合日?qǐng)?bào)

表4 草104-斜32井綜合日?qǐng)?bào)

從圖2可看出在同等地質(zhì)條件下超臨界注汽產(chǎn)油量是亞臨界的4～5倍。

圖2 注汽施工效果對(duì)比圖表

2.推廣應(yīng)用情況

2008年公司又用超臨界鍋爐施工了6井次，具體施工情況見(jiàn)表5。

圖5 推廣應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)表

從表5可知：施工注汽壓力最高為25.2MPa，井深最高為1 776m，溫度最高為387℃，該6井次的施工均獲得了成功，放噴求產(chǎn)后，增油效果均十分明顯。

五、結(jié)語(yǔ)

由以上施工對(duì)比分析及推廣應(yīng)用效果可看出超臨界注汽鍋爐的應(yīng)用是蒸汽吞吐工藝的一次質(zhì)的飛躍，對(duì)于超稠油井的開(kāi)采是一個(gè)較大的突破，在深層超稠油藏的勘探和開(kāi)發(fā)方面具有較好的應(yīng)用前景。

[1]傅秦生，何雅玲.熱工基礎(chǔ)[M].西安：西安交大出版社.

[2]童鈞耕等.熱工基礎(chǔ)（第2版）[M].上海：上海交大出版社.