吳廣義 常廣發(fā) 柏鎖柱

（1.中國石油國際加拿大公司；2.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司）

中油國投加拿大分公司在加拿大阿爾伯塔省北部地區(qū)麥克默里堡市麥凱河油砂區(qū)塊開發(fā)了一個(gè)瀝青熱采項(xiàng)目，即麥凱河油砂項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于麥克默里堡市東北30 km處，采用蒸汽輔助重力泄油（SAGD） 技術(shù)進(jìn)行開采。由于該地區(qū)的瀝青油藏埋在190～210 m之間，地層壓力低。鑒于瀝青黏度和流動性問題，選擇比較成熟的蒸汽輔助重力泄油技術(shù)作為該項(xiàng)目的開采方案。項(xiàng)目一期目標(biāo)的生產(chǎn)能力為5565 m3/d，設(shè)計(jì)了8個(gè)鉆井平臺，共鉆42對井對，每個(gè)井場含5至6個(gè)井對。每對井水平段上下距離為5 m，以滿足熱量的傳遞和注汽井與生產(chǎn)井之間的良好溝通。

1 工藝過程簡介

1.1 集輸工藝

麥凱河區(qū)塊地面集輸采用井口平臺和中心處理站的二級布站，采用多井口平臺串接單干管，高溫密閉集輸工藝[1]。

井口平臺主要作用是分配高壓蒸汽和天然氣，并收集瀝青乳化液和套管氣。井口平臺配有蒸汽分配閥組、天然氣分配閥組、單井產(chǎn)液收集閥組、套管氣收集閥組、測試分離器、多相泵等。

來自CPF的高壓蒸汽（蒸汽干度為98%～100%）進(jìn)蒸汽分配閥組，并分配至各注汽井，在每口注汽井設(shè)壓力、流量控制調(diào)節(jié)閥來控制蒸汽注入壓力及蒸汽注入量（井口注汽壓力為5.0 MPa，飽和溫度為265℃）。

循環(huán)階段：在開井循環(huán)時(shí)，為減少多相泵的氣相負(fù)荷，在各井口平臺處安裝臨時(shí)空氣冷卻器橇座。用空氣冷卻器冷凝來自注汽井和生產(chǎn)井的產(chǎn)出物流中的大部分蒸汽，然后由多相泵將冷卻后的套管氣、蒸汽凝結(jié)水，混同少量油氣壓入瀝青乳化液管線送至CPF進(jìn)行處理。

SAGD生產(chǎn)階段：一期和一期達(dá)產(chǎn)工程均采用泵機(jī)械提升采油工藝。從生產(chǎn)井口采出的瀝青乳化液（壓力為2.6 MPa，溫度為187℃），經(jīng)單井輪換進(jìn)入計(jì)量分離器，計(jì)量后與其他未計(jì)量來液匯合進(jìn)入乳化液匯管，乳化液于管道內(nèi)自壓輸送至CPF處理。

來自各井口的套管氣（壓力為850 kPa，溫度為177℃，水或蒸汽流量為2.6 t/d，伴生氣流量為0.43 t/d），通過匯管匯集后由多相泵經(jīng)瀝青乳化液管線泵輸?shù)街行奶幚碚炯刑幚?。集輸工藝流程見圖1。

1.2 處理工藝

項(xiàng)目在油區(qū)西南方向建成1座中心處理站，一期工程原油處理規(guī)模為5565 m3/d。

圖1 集輸工藝流程

麥凱河中心處理廠主要包括原油處理、采出水處理、蒸汽發(fā)生、清水處理、蒸汽回收、產(chǎn)出氣回收和罐區(qū)等。主要工藝流程[2]如下所述。

1.2.1 原油處理工藝

原油處理采用摻稀釋劑二段脫水處理工藝，一段脫水采用三相分離器熱化學(xué)脫水（加入稀釋劑、正相和反相破乳劑），脫出大部分游離水；二段脫水采用電化學(xué)脫水，處理合格的瀝青銷售油送油儲罐儲存后，加入適量稀釋劑并經(jīng)計(jì)量站確認(rèn)達(dá)到長輸油管規(guī)格要求后送入油管線。圖2為原油處理工藝流程。

1.2.2 采出水處理工藝

采用重力聚結(jié)除油以及導(dǎo)入式靜態(tài)氣浮二步除油工藝對采出水進(jìn)行除油處理，除油罐采用重力聚結(jié)除油，ISF采用靜態(tài)導(dǎo)入式氣浮分離收油，工藝流程如圖3所示。

采出水深度處理采用“機(jī)械蒸汽壓縮蒸發(fā)器處理技術(shù)”[3]，脫除采出水中的硬度、二氧化硅和其他離子。該系統(tǒng)由一、二級蒸發(fā)器和濃縮液提濃器組成，可回收大于98%的采出水。生產(chǎn)的蒸餾水礦化度低于15 mg/L，滿足高壓鍋爐供水水質(zhì)要求，進(jìn)入蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，剩余小于2%的濃縮液排入污水罐，裝車運(yùn)至第三方進(jìn)行處理（圖4）。

1.2.3 蒸汽發(fā)生工藝

一期工程在中心處理站中部新建注汽鍋爐房1座，內(nèi)設(shè)4臺197 t/h燃?xì)庹羝仩t，鍋爐房總產(chǎn)汽量（飽和蒸汽）為18 945 t/d。工藝流程見圖5。

1.2.4 清水處理工藝

本工程一期利用麥凱河河谷的地下新鮮水作為補(bǔ)給和公用工程用水，預(yù)計(jì)需要4口淡水井。根據(jù)目前的水質(zhì)分析指標(biāo)，硬度（CaCO3）為249mg/L、總礦化度（TDS）為1352 mg/L，清水處理采用“過濾—次氯酸鈉殺菌技術(shù)”，處理達(dá)標(biāo)后接入站區(qū)生活用水管網(wǎng)。工藝流程見圖6。

圖2 原油處理工藝流程

圖3 采出水除油工藝流程

圖4 采出水深度處理工藝流程

圖5 蒸汽發(fā)生工藝流程

圖6 清水處理工藝流程

2 存在問題及采取措施

在蒸汽輔助重力泄油生產(chǎn)廠的管理和實(shí)踐過程中，為了增加產(chǎn)量，節(jié)省開支，會遇到很多的挑戰(zhàn)。下面將舉例說明主要生產(chǎn)車間常見的問題及解決措施。

2.1 原油處理車間

采出水含有溶解固體物、黏土和懸浮油。在一定溫度、壓力和流量下，采出水的化合物會導(dǎo)致采出水換熱器的污染、結(jié)垢和堵塞[4]。必須制定合理的運(yùn)行措施，減少不必要的維護(hù)費(fèi)用。如發(fā)現(xiàn)換熱器的污染、結(jié)垢和堵塞，應(yīng)及時(shí)安排物理清洗或化學(xué)清洗，從而避免生產(chǎn)損失。圖7示出原油處理車間的采出水換熱器。

采出水換熱器的清洗周期可以是幾個(gè)月，幾周，甚至幾天。影響換熱器維修周期的因素有：采出水的流速，通過換熱器的溫差以及成分，稀釋劑，正相破乳劑和反相破乳劑的應(yīng)用。

圖7 采出水換熱器

為了延緩換熱器污染、結(jié)垢和堵塞，可以采取以下措施：采出水采用間隔流動、連續(xù)高速流動、或使其反向流動；在換熱器的入口使用防污劑。

采出水換熱器污染、結(jié)垢和堵塞后，可以使用壓力水進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)力清洗，或者使用堿液進(jìn)行化學(xué)清洗。

采取上述措施后，防止了采出水換熱器的污染、結(jié)垢和堵塞，有效地延長了換熱器的清洗周期。

2.2 采出水處理車間

在蒸汽輔助重力泄油生產(chǎn)廠使用蒸汽鍋爐，對采出水的處理提出了更高的要求。蒸汽鍋爐要求使用高純度的蒸餾水，例如：在鍋爐用水中，二氧化硅（SiO2）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1×10-6，pH值在8.5～9.5之間，可溶解氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于16×10-9等。

在SAGD生產(chǎn)廠采用蒸發(fā)器技術(shù)，并輔以適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)溶劑，可以將采出水處理成滿足蒸汽鍋爐用水的水質(zhì)要求。圖8示出采出水水質(zhì)控制原理。

圖8 采出水水質(zhì)控制原理

采出水首先被送到脫氧罐進(jìn)行脫氣處理，降低采出水中溶解氧和二氧化碳的含量，然后被泵送到反應(yīng)罐與強(qiáng)堿（NaOH）混合，脫除產(chǎn)出水中的硬度、二氧化硅和其他離子，反應(yīng)式如下：

SiO2+2HaOH→Na2SiO3+H2O

Mg2++2NaOH→Mg(OH)2+2Na+

Ca2++2NaOH→Ca(OH)2+2Na+

此外，稀釋的堿液會噴灑在蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽過濾網(wǎng)上，可以溶解蒸汽中的二氧化硅和其他離子，進(jìn)一步降低采出水的硬度。

為了有效控制采出水的硬度，反應(yīng)罐pH值應(yīng)控制在10～12之間，蒸餾水罐出口的pH值應(yīng)控制在8.5～9.5之間。

在鍋爐用水泵的進(jìn)口，會適時(shí)地添加除氧劑。鍋爐用水在送入鍋爐之前應(yīng)該定期測量鍋爐用水中溶解氧的含量。正確地測量鍋爐用水中溶解氧的含量，既可以確定除氧劑使用的有效性，也可以用于判斷上游設(shè)備是否有泄漏。

通過應(yīng)用上述原理并輔以適時(shí)的儀表和控制系統(tǒng)監(jiān)控，從而保證了鍋爐的用水質(zhì)量，延長了鍋爐的使用壽命。

2.3 蒸汽發(fā)生車間

蒸汽發(fā)生車間有4臺鍋筒式燃?xì)庹羝仩t，其參數(shù)為：額定蒸發(fā)量197.3 t/h，額定壓力7.5 MPa，干度為100%（連續(xù)排污2%，注回干蒸汽管道后，干度成為98%），鍋爐燃料為天然氣和回收產(chǎn)出氣混合后的混合燃料氣。

燃?xì)庹羝仩t配套輔機(jī)有：燃燒器、助燃風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器，輔機(jī)的選型及參數(shù)確定均由鍋爐生產(chǎn)廠家完成。

在工廠運(yùn)行階段，4臺鍋爐都有啟動困難和不同程度的振動和噪聲問題，出現(xiàn)過風(fēng)機(jī)中間導(dǎo)向片斷裂和軸承過度磨損等故障。

經(jīng)過對鍋爐風(fēng)機(jī)的動平衡以及對風(fēng)機(jī)和燃燒進(jìn)行微調(diào)，解決了上述運(yùn)行中的問題，目前鍋爐運(yùn)行正常。

2.3.1 鍋爐啟動困難

在工廠試運(yùn)行結(jié)束后，在鍋爐的啟動中，經(jīng)常因?yàn)榭諝馊細(xì)獗群蜔煔馊細(xì)獗瘸^限值，而導(dǎo)致鍋爐無法正常啟動。

經(jīng)過仔細(xì)的觀察研究，采集鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在不同的鍋爐負(fù)荷下，對空氣、煙氣和燃?xì)饬窟M(jìn)行計(jì)算，調(diào)整配比，并對燃燒曲線進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，解決了鍋爐啟動困難?？諝狻煔夂腿?xì)饬康挠?jì)算公式表示如下：

式中：Qv——?dú)怏w流量，m3/h；

Cd——流量系數(shù)；

Y1——膨脹系數(shù)；

d——喉部直徑，m；

ΔP——壓差，Pa；

ρ——?dú)怏w密度，kg/m3；

β——管徑比例。

2.3.2 鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中振動噪聲

在風(fēng)機(jī)中間導(dǎo)向片斷裂和軸承過度磨損故障發(fā)生后，采集了風(fēng)機(jī)的振動檢測數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)2臺風(fēng)機(jī)存在動平衡問題。對風(fēng)機(jī)做動平衡處理，并重新采集、分析振動數(shù)據(jù)，顯示風(fēng)機(jī)振動在做動平衡后有較大改善。

進(jìn)一步對風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)片、中間導(dǎo)向片、出口調(diào)節(jié)片進(jìn)行調(diào)整，避免因風(fēng)機(jī)內(nèi)部負(fù)壓而產(chǎn)生混流，導(dǎo)致振動和噪聲。

經(jīng)過上述調(diào)整，風(fēng)機(jī)的振動和噪聲均被控制在正常范圍內(nèi)。圖9示出風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)片、中間導(dǎo)向片、出口調(diào)節(jié)片調(diào)整前的位置；圖10示出風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)片、中間導(dǎo)向片、出口調(diào)節(jié)片調(diào)整后的位置。

圖9 風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)片、中間導(dǎo)向片、出口調(diào)節(jié)片調(diào)整前的位置

圖10 風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)片、中間導(dǎo)向片、出口調(diào)節(jié)片調(diào)整后的位置

如圖9所示，當(dāng)鍋爐負(fù)荷超過60%時(shí)，中間導(dǎo)向片的開度小于進(jìn)口調(diào)節(jié)片的開度，從而造成空氣在風(fēng)機(jī)內(nèi)的回流，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)內(nèi)的負(fù)壓、混流，引起風(fēng)機(jī)的振動和噪聲；在各個(gè)鍋爐負(fù)荷下，出口調(diào)節(jié)片相對于進(jìn)口調(diào)節(jié)片和中間導(dǎo)向片，基本處于大開狀態(tài)。

由圖10可知，進(jìn)口調(diào)節(jié)片、中間導(dǎo)向片和出口調(diào)節(jié)片相互配合，在各個(gè)鍋爐負(fù)荷下，進(jìn)口調(diào)節(jié)片開口大于中間導(dǎo)向片開口，中間導(dǎo)向片開口又大于出口調(diào)節(jié)片開口，從而使空氣在風(fēng)機(jī)內(nèi)始終處于一種順流狀態(tài)，解決了風(fēng)機(jī)的振動和噪聲問題。

圖11 LACT密度的平均計(jì)算及稀釋劑控制

2.4 罐區(qū)車間

經(jīng)原油處理車間脫水合格的稀釋瀝青與處理合格的回收污油匯集后，進(jìn)入罐區(qū)車間的銷售油罐儲存。大罐內(nèi)填充燃料氣封閉油罐，油罐上設(shè)輕烴回收裝置，銷售油罐內(nèi)的混合油經(jīng)外輸泵增壓后經(jīng)激流管道自動交接計(jì)量裝置（LACT）檢測，檢測合格后進(jìn)入外輸管線并送往銷售網(wǎng)進(jìn)行銷售。

這一過程中存在的問題是銷售的產(chǎn)品不能滿足LACT的檢測要求，為了滿足這一要求，有時(shí)會過度地添加稀釋劑到銷售原油中，從而給公司帶來不必要的損失。

為了減少這方面損失，采取了下面的措施并取得了明顯的成效：

1）加強(qiáng)MRCP現(xiàn)場采樣，盡量使銷售產(chǎn)品達(dá)標(biāo)即可，不要超標(biāo)。

2）加強(qiáng)與LACT的聯(lián)系，如發(fā)現(xiàn)LACT的檢測與MRCP采樣檢測不一致，即時(shí)要求LACT校正其相應(yīng)儀表。

3）在自動控制上，調(diào)整控制邏輯，使控制參數(shù)更趨合理。例如，來自LACT的參數(shù)（黏度和密度）變化太大，導(dǎo)致工藝過程不穩(wěn)定，從而過多地添加稀釋劑。通過對LACT來的黏度和密度進(jìn)行平均計(jì)算 （圖11），穩(wěn)定了稀釋劑添加的工藝過程，降低了稀釋劑的用量，減少了不必要的損失。

3 結(jié)束語

SAGD項(xiàng)目是中石油在加拿大的第一個(gè)重油項(xiàng)目，對該類工廠的運(yùn)行維護(hù)管理，還需要一個(gè)摸索過程。通過對該工廠的運(yùn)行維護(hù)管理實(shí)踐，積累經(jīng)驗(yàn)，為將來類似項(xiàng)目的成功打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]YASER S，MOHAMMAD A，HASSAN K，et al.Experimental analyses of Athabasca bitumen properties and field scale numerical simulation study of effective parameters on SAGD performance[J].Energy and Environment Research，2012，2（1）：140-156.

[2]DAS S.Improving of performance of SAGD[C]//SPE.USA：SPE，2005：1-8.

[3]DAN P，WEST H，WASHINGTON B.Guidelines for produced waterevaporators in SAGD[J].IWC，2006，68（7）：1-16.

[4]MULLER-STEINHAGEN H， MALAYERIR M，WATKINSON，A P.Heat exchanger fouling：mitigation and cleaning strategies[J].Heat Transfer Engineering，2011（32）：189-196.