26MPa超临界注汽锅炉特性分析与实践应用

胡庶祥，刘天鹏

（胜利油田井下作业公司稠油试油大队，山东 东营 257077）

一、前言

胜利油田有丰富的未动用稠油资源，约占未动用储量的1/4，埋藏深度＞1 100m，最深超过了2 000m，罗家—垦西地区发现的1 800～2 400m深层稠油预测储量为7 166×104t。目前在国内外广泛应用的热采设备为21MPa亚临界高压湿蒸汽发生器，可对1 500m左右、地层压力＜21MPa的油层进行注汽施工，不能满足更深层油藏勘探、开发的需要。从2004年到现在孤岛、现河、郑王庄、河口地区都发生过因压力过高而致注汽失败的情况。因而研制和引进更高注汽能力的注汽设备对于超深稠油藏的开发具有重要的现实意义。因此胜利油田井下作业公司与抚顺石油八公司合作设计生产了YZF9-26/395-D型超临界活动注汽锅炉并于2007年8月进行了超临界注汽施工，对深层高压稠油井的开采取得了较大的突破。

二、超临界状态下水的特性及参数确定

1.临界的概念及特性

水通常有三相（固、液、汽）、五态（未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽），在一般情况下水由液相变为气相都是要经过一个汽化过程，即水经过吸热首先变为饱合水，再经过吸热部分水变为蒸汽，继续吸热后水全部变为蒸汽形成饱合蒸汽，整个汽化要经过一段时间的两相共存过程，并且在湿饱和蒸汽和干饱合蒸汽状态时，增大压力可使水蒸汽重新变为液态。但是当水压＞22.14MPa时，水由液相向汽相的转化没有液、汽两相共存过程，而是在温度升到374℃时，水由液相全部转变为汽相，并且超过此温度后不管再加多大的压力也不能将它变为液相。此时的压力22.14MPa称为临界压力，此时的温度374℃称为临界温度。凡超过此压力、温度的状态，称为超临界状态。

2.超临界状态下运行参数的确定

由于水在超过临界状态后有某些特定的性质，最主要的就是在当压力P/22.14MPa≤1.2范围内，温度处于拟临界温度附近时，水的某些物性会发生剧烈的变化，尤其是比热容急剧增大，存在一个大比热区。在大比热区内管壁与水的换热特点如下。（1）在热负荷较小、工质质量流速较大时，接近大比热区的工质换热系数很大；（2）热负荷较高、质量流速较小时，大比热区的工质的换热系数突然减小，管壁温度飞升，会出现传热恶化现象。从理论上分析在此压力下水的液、汽相变很不稳定，因此在确定超临界下运行参数时应充分考虑该现象，主要是控制好两个方面的参数：一是在临界压力时温度要快速通过拟临界温度；二是保持较大的锅炉排量（不低于7t/h）。同时考虑到要使蒸汽具有最高的热焓值及锅炉的承受能力，确定最佳注汽参数，超临界注汽参数见表1。

三、26MPa超临界锅炉注汽性能优势

1.蒸汽质量高

由于26MPa超临界锅炉具有生产过热蒸汽的能力，所以与同压力条件下21MPa亚临界锅炉相比所生产的蒸汽质量明显要高。两种锅炉运行参数比较见表2。

超临界注汽锅炉生产的蒸汽从压力、温度、干度都超过了普通21MPa亚临界锅炉生产的蒸汽指标，表现出了生产高质量蒸汽的能力。

表1 超临界注汽参数表

表2 亚临界与超临界蒸汽质量比较

2.热焓值高

从理论上来讲超临界锅炉生产的是过热蒸汽，这样就比亚临界锅炉70%干度的湿蒸汽在热焓值上多了30%的汽化潜热和3～5℃的过热度所含的热值，从而具有更高的热焓值（图1）。

图1 亚临界与超临界热焓对比

3.超临界特性优势

超临界特性优势主要表现在稳定性上，由于超临界状态下水的相态不受压力变化影响，因此可以保证在蒸汽到达油层以后仍会保持汽相状态。众所周知，纯干蒸汽对油层的加热作用和渗透作用都明显好于热水对油层的加热效果，这主要是因为纯蒸汽具有更高的热焓值和穿透性，对油层的污染也显著降低。而热水进入油层会与油层发生水敏反应，从而使油层受到污染而降低油层的开采率。亚临界锅炉生产的蒸汽为70%干度的蒸汽（含30%的水），温度为该压力下的饱合温度，但是当井底压力＞井口压力时，蒸汽干度将大幅度降低，这主要是因为亚临界下水蒸汽相态受压力影响十分敏感所造成的。而超临界下由于水的特性发生变化，不受压力增大而发生相变，从而保证了井底油层蒸汽的质量。

从以上三点优势可以断定超临界注汽工艺比亚临界具有优势。

四、应用效果

1.与亚临界锅炉效果对比

2006年采用21MPa亚临界注汽锅炉分别对草104-斜31井、草104-斜32井进行注汽施工，施工情况如下：草104-斜31注汽压力20.1MPa、注汽速度6.5t/h、干度0、注汽量约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，共产油300t；草104-斜32井，注汽压力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，共产油97t。2007年8月又采用26MPa超临界注汽锅炉分别对以上两口井进行注汽施工，有关数据见表3、表4，施工效果对比见图2。

表3 草104-斜31井注汽综合日报

表4 草104-斜32井综合日报

从图2可看出在同等地质条件下超临界注汽产油量是亚临界的4～5倍。

图2 注汽施工效果对比图表

2.推广应用情况

2008年公司又用超临界锅炉施工了6井次，具体施工情况见表5。

图5 推广应用情况统计表

从表5可知：施工注汽压力最高为25.2MPa，井深最高为1 776m，温度最高为387℃，该6井次的施工均获得了成功，放喷求产后，增油效果均十分明显。

五、结语

由以上施工对比分析及推广应用效果可看出超临界注汽锅炉的应用是蒸汽吞吐工艺的一次质的飞跃，对于超稠油井的开采是一个较大的突破，在深层超稠油藏的勘探和开发方面具有较好的应用前景。

[1]傅秦生，何雅玲.热工基础[M].西安：西安交大出版社.

[2]童钧耕等.热工基础（第2版）[M].上海：上海交大出版社.