注汽管网保温材料的推广与应用

张红霞

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网和注汽井筒，提高管网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、热采注汽管网现状及存在问题

自1992年10月进入热采开发以来，油藏地面建设逐步扩大，热采配套工艺得到完善，目前，采油厂已建成注汽站21座，注汽锅炉25台，年注汽井350余井次。

（一）注汽管网使用现状

注汽管网主要用来输送注汽锅炉生产的高温高压湿饱和蒸汽。输送的湿饱和蒸汽干度≤80%，管道工作压力一般9-20Mpa，工作温度303-365℃。注汽管网敷设方式采用低支架架空敷设，采用水泥支墩或钢支架固定。

目前注汽管网保温层普遍存在破损老化现象，大部分管道的外层保温出现了分层脱落，热量散失较为严重，同时，造成了管道外部腐蚀加剧。宏观检查发现外壁均存在深度不等的麻点，点蚀现象较为严重。

（二）注汽管道保温材料应用现状

据统计，油田在用输汽管线所用保温材料主要有珍珠岩、硅酸铝等。保温结构为多层毡，采用双层岩棉，交错包裹，外缠玻璃丝布，最外层使用铝箔玻璃钢。油田主要以硅酸铝为主，现场应用情况主要表现在：

1、保温效果不理想

（1）材质软。目前有相当一部分的注汽管道采用了内层软料结构，外层防水处理的保温结构，即内层为岩棉软料材料，外层铝箔玻璃钢。从现场情况看，普遍存在保温材料下沉、脱落现象。

管道保温设计为内外双层交错结构，D127管线选用厚度65mm（双层130mm），D89管线选用厚度55mm（双层110mm）硅酸铝岩棉，采用玻璃丝布2道缠绕，并用铁丝沿周向扎紧，最外层采用铝箔玻璃钢进行防水、防热辐射处理。由于内部材料与输汽管道未形成一个有机整体，长期使用受管线内蒸汽压力波动、水力冲击，以及人为破坏，造成管线振荡，导致软质保温材料变形、滑移、下沉，严重的发生脱落，这势必造成管网保温缺陷处热损过大。

（2）不憎水。硅酸铝岩棉不具有憎水的性能，一旦外保护层（铝箔玻璃钢）出现破损，硅酸铝便出现吸水、吸湿现象，一方面造成保温层黏贴、下沉，另一方面因保温料积水后干燥能力弱，加剧了对管线的外部腐蚀，安全运行系数降低。

2.维护费用较高

现场发现，硅酸铝保温材料使用一段时间后，出现下沉、脱落，上部保温层堆积变薄。近几年，每年用于注汽管网保温维修的费用大约90万元，完全修复保温层3km，零修保温6km，占全部管网长度的9%，管网保温完好率达到85%以上。根据现场应用情况统计，硅酸铝岩棉使用寿命大致5年。

二、钛陶瓷保温绝热技术的应用及效果

（一）输汽热力管道保温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，如果注入地層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，其中固定注汽管网热量损失占到64%。通过使用新型保温隔热材料对注汽管道进行保温，可有效降低热量损失，从而提升注入井蒸汽质量。

（二）新型钛陶瓷保温隔热材料技术优势

1、技术特点

（1）优越的隔热性能。常温下（25℃）导热系数可达到0.039w/m.k，硅酸铝理论导热系数为0.045w/m.k，现场测试为0.05-0.07w/m.k。

（2）良好的耐温性能和防水。本材料耐受温度760℃的高温，完全憎水。

（3）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）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。

综上所述，新型钛陶瓷保温隔热材料技术优势及使用特点在保温型材中形成一个质的突破，所产生的经济效益非常可观，能源效应更具重大意义。

（三）新型钛陶瓷保温隔热材料结构及技术原理

1、钛陶瓷绝热保温材料的结构

钛陶瓷绝热保温材料内部含极大丰富微米级闭腔孔，使得热流只能沿气孔壁曲线流动，形成“无穷长路效应”，给热导造成极大阻力，从而达到最佳的保温效果。

2、钛陶瓷绝热保温技术原理

钛陶瓷绝热材料导热系数低，导热系数相对稳定，是一种节能型新型保温材料。其优异的绝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，在本绝热材料中，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，本绝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。与现有的绝热材料相比，绝热保温性能得到了显著提升。

三、效益评价及前景

在推广应用中，钛陶瓷保温绝热技术不断改善工艺配方，进一步提升了保温效果，是目前常规保温材料的2倍。年经济效益可创57.75万元。