油砂SAGD地面工程中的关键技术

辛敏东 王强 郭超 中国石油工程建设公司北京设计分公司

油砂SAGD地面工程中的关键技术

辛敏东 王强 郭超 中国石油工程建设公司北京设计分公司

SAGD是目前加拿大油砂工业应用最广泛的开采技术。其原理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换；被加热的原油黏度降低并与蒸汽冷凝水在重力作用下向下流动，从水平生产井中采出。要使油砂SAGD地面处理系统更经济、可靠、环保，必须处理好油砂乳液多相集输、脱水、除砂泥、污水处理回用热采锅炉、地基处理等关键环节的技术问题。

SAGD；油砂；降黏；分离；地基处理；污水回用

1 SAGD开采技术简介

SAGD（蒸汽辅助重力泄油）是目前加拿大油砂工业应用最广泛的开采技术。蒸汽辅助重力泄油是利用水平井、浮力及蒸汽来有效地开采稠油。其原理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换；被加热的原油黏度降低并与蒸汽冷凝水在重力作用下向下流动，从水平生产井中采出。其蒸汽腔持续扩展，占据原油的体积。蒸汽室内压力恒定，没有施加压力梯度，流动完全是重力所致。

目前，SAGD开采油砂配套的地面处理系统包括井场、集输管网、集中处理站及其他附属设施。

2 几个关键的技术环节

2.1 从井口到集中处理站的油砂乳液集输工艺技术

加拿大SAGD井口套管产出气CO2含量很高，如采用分输方案，输送过程中腐蚀现象比较严重。考虑到人工成本昂贵，管线和设备维护费用高等特点，故采用油气混输方案。主要流程为：井口采出油砂沥青乳液经计量后通过流量调节阀控制，与井口套管产出气混合（在混合输送中沥青乳液所占比例需不低于4%，以确保多相混输泵的最低工作要求），气液混合物经过空冷器冷却至一定温度，经多相泵增压，再经接收器稳定后进入外输管线。建议利用软件进行油砂多相流动的稳态和瞬态模拟，模拟流体在管道内的流动状态、腐蚀规律等，为工程设计提供参考。

2.2 稀释沥青降黏技术

国内对于掺入稀油方面的研究也见于各类期刊，早期文献对稠油中掺入稀油后的混合物黏度的计算进行了研究，通过将稀油掺入稠油的降黏实验，总结分析了混合液黏度的有关计算公式及曲线，并推荐使用双对数公式。刘文胜等人对稠油管输技术及其方法进行了介绍，并就采用每种方法的可行性进行了论述，提出了建议，其中有关稀释输送的章节，探讨了加入稀油后混合外输的优缺点。雷西娟等人也对稠油掺稀输送方法进行了列表比较分析。

结合加拿大油砂沥青实际工程项目，总结出以下经验：①要根据目标对象的实际物性，选择适合的稀油品种；②根据实际可以获取到的稀油源，选择最优方案；③要考虑生产上可行并且综合成本最低；④要符合业主要求，同时遵守项目所在地的法律法规。

2.3 沥青乳液脱水工艺技术及优化

在进行脱水前需要加入破乳剂和稀释剂，以保证最终从电脱水器出来的稀释沥青的沉淀固体及水的含量少于0.5%。稀释剂和破乳剂的添加方案及用量均会对分离效率产生影响，因此必须对脱水工艺进行整体设计与优化，以提高其效率及经济性。

国内对于类似的重油分离也有一些研究，例如采用热化学沉降脱水、掺稀释剂脱水及电法脱水对超稠油进行脱水试验研究，通过大量试验比对，解决超稠油脱水难题，提出了超稠油脱水最佳工艺参数，以满足生产需要。

2.4 除砂设备的研究及设计

锥底罐是除砂系统的关键设备，其结构尺寸（直径、高度）很大。因此，在锥底罐的设计中，首先在工艺结构上要满足脱除油砂的基本要求，其次在结构强度上还要考虑罐体沉降、抗风、抗震等要求，最终设计出锥底罐的合理结构。

锥底罐作为油砂处理用的新型罐体结构，其锥底部分设计已经超出了API650的适用范围。目前，国内在尺寸较大（超过500 m3）、大锥角（超过30°）的油砂处理用锥底罐的理论性研究还处于空白阶段。建议开展这方面的研究，优化结构和支撑设计，推导相应的计算方法。

2.5 污水处理回用热采锅炉技术

近几年，一种新型处理油田污水并用于锅炉生产蒸汽的技术---机械压缩法（MVC水处理系统）已被广泛使用。与传统工艺相比，该技术的优点是：①流程大大缩短；②实现SAGD高温产出水循环利用，节约了清水资源；③能实现了高温污水的热能利用，节约了汽包锅炉燃料；④可以实现高矿化度稠油污水回用；⑤MVC技术对废水的要求不高，只对少数指标敏感（如硅含量、碱度）。

2.6 特殊条件下的地基处理技术

加拿大寒冷地区的建筑结构物当采用桩基础时，常因地基土冻胀而使基桩上拔，地基设计需考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力会造成上部结构物的破坏。

分析土的冻结过程是研究高寒地区地基处理方法的一个重要环节，而土的物理性质对冻胀性的影响作用剖析是冻结过程分析的重要内容。因此，有必要通过对比，研究国内外冻胀土条件下的桩基础实例和技术规范，形成一套在加拿大冻胀土条件下桩基的设计计算方法，包括经验参数的选取，为将来在同类条件下的工程设计提供技术参考。

3 结语

要使油砂SAGD地面处理系统更经济、可靠、环保，必须处理好油砂乳液多相集输、脱水、除砂泥、污水处理回用热采锅炉、地基处理等关键环节的技术问题。并且在解决这些问题时应注意：①经系统外排的油泥（砂）必须满足当地的排放标准，同时尽量降低外排泥砂的油含量，从而减少油损耗；②经系统处理后的油要达到管输标准，尽量减少加稀释剂和掺稀油的量，以达到经济指标要求；③经系统排入到下游污水深度处理单元的污水的处理指标要尽量高，以减轻下游处理的负担；④在系统中加入的各种药剂，不应改变系统原有的酸值和含氮量等，避免给下游炼制带来难度；⑤提高水循环利用率，减少水资源消耗。

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.011