新型保温托架在注汽管线中的应用

王阳

引言

蒸汽热力降粘是稠油热采最重要的机理，因此反映热量大小的蒸汽热焓是热采过程中最重要的参数。减少热损失，提高井底干度，就能提高热采效果。

油田注蒸汽系统主要包括蒸汽发生系统、地面管线和注汽井筒。地面蒸汽发生器（注汽锅炉）所产生的热流体处于高温、高压状态，热流体流经地面管线到达井口，然后流经井筒注汽管柱到达井底。由于热损失的存在，热流体的沿程管线压力、蒸汽干度发生变化，最终影响井底热流体参数。在由蒸汽发生器注入到井底加热原油的过程中，热损失主要发生在地面注汽管线和注汽井筒，提高管线及附件隔热保温效果是保障输送蒸汽质量、降低热量损失节约能源最直接有效的途径。

一、热采注汽管线托架的现状及存在问题

1、老式丁字托立板、底板由于完全暴露在空气中，造成部分热量损失。虽然普通保温托架在底板加了隔热板，但它的立板暴露在空气中，仍有部分热量损耗。

2、由于两种管托都有暴露在空气中部分，而注汽管线敷设方式是采用低支架架空敷设，输送高温高压的蒸汽，势必存在安全隐患。

3、两种管托由于下料、焊接时存在误差，加上管墩制做的误差，造成注汽管线很难调直、调正，有的支架甚至悬空，从而影响管线正常收缩时的滑动，存在安全隐患。

4.普通保温管托虽然有一定的隔热性能，但它的制做是用两块隔热板夹住丁字托，由于丁字托的底板常年沉浸在潮湿环境中，势必加快底板的腐蚀，缩减使用寿命，同时影响管线滑动，存在安全隐患。

正是由于现有管托存在这些问题和隐患，我们研制了新型保温管托。

二、新型保溫托架的研制及使用效果

（一）输汽热力管道保温及附件在注汽过程中的重要性

在稠油开采过程中，通过向油井注入高温蒸汽的方式来提高地层压力和降低原油粘度，如果注入地层单位体积蒸汽所携带的能量较少，不仅不能有效降低原油混合液的粘度，还会增加抽油机的有效载荷、降低地层原油的采收率。因此，注汽质量直接关系到油井的产量和吨油能耗的高低，是稠油热采中最为重要的一环。而注汽质量除与锅炉出口的蒸汽质量有关外，还和注汽管线保温及附件效果的好坏有直接关系。

现场调查发现，注汽锅炉出口至井口，热量损失分别由固定注汽管网、补偿器、阀门、支架、活动管线、热采井口组成，其中管网支架的热量损失占到10%。通过在注汽管道使用新型保温管托，可有效降低热量损失，从而提升注入井蒸汽质量。

（二）新型保温托架的结构及技术原理

新型保温托架是适用于油田蒸汽管道附件的一项新型节能环保技术，它是由外部普通钢材作为支撑，内部由特种钛陶瓷纤维、纳米闭腔孔轻质陶瓷颗粒及空心微粉、纳米级反辐射材料作为主材，采用深度复合工艺，形成高效节能环保的高品质的陶瓷隔热材料组合而成，革新了传统托架及普通保温托架的生产工艺和安装工艺。它里面陶瓷保温材料具有导热系数低，热阻大，热反射功能强的特点。

2.新型保温管托保温技术原理

新型保温管托的保温一是主要摒弃以往管托的与注汽管线直接焊接的工艺，使得管箍内部形成与管线一样的相对密闭的腔体。二是管箍内的钛陶瓷隔热材料的导热系数低，且相对稳定，是一种节能型新型保温材料。其优异的隔热保温效果主要缘于零对流效应、无穷多折板效应及无穷长路效应等原理。绝热材料中的气孔都为小于50nm的理想封闭气孔，能使几乎所有的空气分子失去运动迁移的能力，因而失去热对流运动和对流传热的能力；另外，在钛陶瓷隔热材料中，由于六钛酸钾晶须会在内部形成反射层结构，使得热辐射射线穿过六钛酸钾晶须界面时都会发生反射、吸收、透射和再辐射，相当于在热辐射传播途径上设置了近似无穷多的遮热板，无穷多次的反射作用，使得热辐射的传播能力迅速衰减，最后大部分被吸收在纳米孔绝热材料上的靠近热面一侧的表层，然后再以辐射的方式返回原有的发射体，从而达到保温的目的；再者，本隔热材料中钛酸钾的应用大大增加了固体热传导路径的延长。与现有的隔热材料相比，绝热保温性能得到了显著提升。

（三）新型保温托架技术优势

1.技术特点

（1）优越的保温隔热性能。由于新型保温托架安装方式是将带有保温层的管壳包裹注汽管线，常温下（25℃）这种保温材料的导热系数是0.039w/m.k，从而彻底切断了金属导热的途径。

（2）所用的保温材料具有良好的耐温和防水性能。本材料耐受温度760℃的高温，完全憎水。

（3）所用保温材料具有很好的化学稳定性。可长期耐受除氢氟酸、强碱外的大部分酸碱环境，不分解不变质，可长期耐受各种热辐射（紫外光，红外光，可见光）及电磁辐射，性能不退化，在常规使用环境下，具有极长的寿命，无需更换维护。

（4）所用保温材料环保无毒。主要成分为自然界最常见矿物质——石英，不含苯类、酚类有毒致癌物质。

2 使用特点

（1）安装简单，操作方便，缝隙处采用软质保温材料密封。

（2）可通过修整保温材料调整管线，简单易行。

（3）注汽管线在保温壳中自由收缩，不会出现支架脱墩现象。

（4）使用寿命为现有托架的2-3倍。

综上所述，新型保温托架技术优势及使用特点较以往托架形成一个质的突破，所产生的社会效益、经济效益非常可观，能源效应更具重大意义。

三、效益评价及前景

（一）消除隐患，安全、节能、环保生产

目前，国家倡导节约资源，保护环境的同时，特别强调企业的安全生产。消除各种隐患，保证安全生产已放到重要议事日程。为适应油田发展需要，逐步淘汰高耗能、存在安全隐患产品。新型保温托架不但消除了现有支架存在各种安全隐患，同时又能最大限度降低蒸汽管线输送蒸汽时热量损耗，从而节约能源，保护了环境。

（二）降低热量损失，提高了蒸汽注汽质量

稠油的高轮次开采主要是依靠蒸汽汽化潜热加温原油，蒸汽中的水不仅对生产毫无帮助，反而会增加占据地层孔隙体积，使采出液含水率上升，原油产量降低。为了大幅度提高稠油的采收率，要求注入蒸汽干度越高越好。新型保温托架有效降低了管网热量损失，注入井注汽干度得到进一步保障，对于稠油井注汽生产具有重要意义。

（三）推广前景

新型保温托架克服以往托架所有的弊端和安全隐患，相信在未来十三五规划中，随着大规模汽驱及稠油产能区块的地面配套都将用到新型保温托架技术。

四、结束语

孤岛油田的稠油开发已走过了20年的历程，已进入深度开发和精细开发的阶段，稳产难度越来越大，效益风险越来越大。如何实现稠油的高产稳产，如何提高稠油开发的效益，不仅是摆在全厂科技人员面前的一个重大课题，也是地面工程施工管理的重大课题。而稠油生产又是一项系统工程，涉及油藏、工艺、地面配套、生产运行与管理等多个环节，稠油的增产增效需要多方共同研究、协同配合。

通过全厂上下的共同努力，解决了稠油热采领域多项技术难题，形成了适合孤岛油田的稠油增产增效综合配套技术，同时地面工程配套也做出了应有的贡献，为采油厂的原油稳产做出了应有的贡献。

参考文献：

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[2]刘建桥，高月滢，石涛，等.油田注汽管线热损失分析与保温技术研究[J].中国科技博览，2011（8）：15-16.

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