河南油田地面保干技术研究

吕谋 魏振国 孙璐

(中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473400)

河南油田稠油油藏基本地质特征为“浅、薄、稠、散”，油层埋藏浅、原油粘度高，对温度敏感性强。稠油密度一般在0.93～0.99g/cm3之间，50℃时脱气原油粘度在0.8～8×104mPa·s之间，稠油粘度对温度都具有较强的敏感性，当温度由50℃上升到90℃时，粘度可降低82%～95%。

1.技术现状

经过30余年的开发和建设，河南油田已形成了适应蒸汽吞吐开采方式的稠油地面集输工艺和注汽系统，集输注汽工艺流程为为单井注采合一、掺水降粘集输注汽流程。注汽干线是随着河南油田稠油滚动开发而逐步建设形成的，具有分布广、跨度长的特点，现有注汽管线采用中支架架空方式成枝状发散敷设。

目前，管线保温采用微孔硅酸钙作为保温材料，保护层采用0.6毫米红色彩钢板，井口保温主要采用防水岩棉保温材料或毛毡简易保温、简易井口保温箱和分体式井口保温箱对采油树进行整体保温。保温箱是由玻璃钢、镀锌铁皮或彩钢板做外护层，由防水岩棉、微孔硅酸钙作保温层材料组成的箱体式结构的外罩，管线隔热管，采用普通钢制T型管托，管道与管托直接接触，因“热桥”效应，管托散热量大，检测管托底板温度高达100℃以上。

2.保干技术研究

2.1 管线保温材料优选

复合硅酸盐保温材料：复合硅酸盐保温材料是以硅酸盐和特殊的非金属矿物为基料，掺入一定数量的辅助材料和填充材料，加入粘结剂和稳定剂，在分散剂的作用下复合而成的。复合硅酸盐保温材料属硬质保温材料，内部呈微小封闭多孔状态，颗粒之间为松解后的短纤维填充，粘结剂用量少。因为是微小闭孔结构，所以导热、对流和辐射传热小，传热效率低，在实际使用中显示出良好的保温性能，在150℃以上的温度中，随着升温，导热系数值增加平稳。这种复合结构组成的保温隔热材料，是一种安全性能极好的材料，可以根据使用温度的不同要求做成涂料、制品和毡等材料，这是近几年发展较快的新型保温隔热材料。

钛陶瓷保温材料：钛陶瓷绝热材料主体材料为表面玻化、内部多孔球状体细径颗粒，主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO和钛化合物晶须组成。钛陶瓷保温材料属硬质保温材料，具有导热系数低，热阻大，热反射功能强。内部含有极为丰富的微米级闭腔孔，使得热流只能沿气孔壁曲线流动，给导热造成极大阻力。在油田地面管道保温应用时，具有抗压强度高、施工均匀性好、修补简单容易等特点。

气凝胶主要成份是二氧化硅，材料密度最小仅为3.55kg/m3,是目前已知的最轻的固体，具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折射率的特性，是一种新型轻质纳米多孔材，也是目前已知的保温性能最好的材料。2006年国内开始气凝胶产品的研发，2009年开始工业化生产与应用，并经过三代技术升级，价格仅为进口产品的40%，2016年国家发改委将气凝胶列入国家重点节能低碳技术推广项目（第229号，蒸汽节能输送技术）。

综合材料技术性能及经济性分析，推荐现场采用采用气凝胶结构进行管线保温。

2.2 井口保温箱优化

针对井口保温箱存在的热损失大、体积大、重量大、拆装劳动强度大等缺点，本次设计主要从“降低热损失、控体积、降重量”3个方面进行改进，在确保隔热保温性能不降低的情况下，达到结构轻便、拆装方便的目的。

玻璃钢保温箱，设计了分体式保温箱结构，将井口中部流程（含大四通、小四通）与4个生产阀门分开设计，降低了单个箱体的重量，方便后期安装与维护。保温结构采用外防护层+保温层+防水内衬三层结构，其中外防护层仍采用强度高、重量轻、耐腐蚀的玻璃钢材质，保温层通过评价优选热导率低、密度小、吸水性小的高效保温材料，防水内衬采用憎水、憎油铝箔便于后期维护，其中三层结构用粘接剂固定。

柔性保温箱，设计了柔性保温箱结构，保温材料采用防火布+硅酸铝进行保温，降低了单个箱体的重量，方便后期安装与维护。箱体结构根据井口阀门分布状况，分块缝制然后进行整体组合的结构；保温结构由内衬层、中间保温层、外防护层三部分构成，采用耐高温缝纫线进行缝制；保温材料，内衬层材料为陶瓷纤维布，中间保温层采用钛陶瓷、硅酸盐、气凝胶等材料；防护层采用特氟龙高温布。

3.现场应用效果

管线保温测试结果：复合结构的管线保温材料和原结构均达到标准散热要求，气凝胶相比硅酸盐保温结构热损失分别下降23.96%、54.56%、69.49%，节能效果显著，同时气凝胶保温结构大幅的降低了保温厚度。

井口保温测试结果：改进后的玻璃钢保温箱较老式井口保温箱散热损失下降61.98%，新设计的柔性保温箱（硅酸盐）较老式井口保温箱散热损失下降45.85%，新设计的柔性保温箱（气凝胶）较老式井口保温箱散热损失下降75.04%，达到了标准允许的最大散热损失，节能效果显著。同时保温箱的重量有了大幅的降低，减轻了现场人员安装的工作强度。根据现场试验情况可以看出，目前所试验的保温箱虽然有效的降低了井口的热损失，新设计的柔性保温箱（气凝胶）保温效果达到标准允许的最大散热损失，需要进一步的改进完善。

4.结论与建议

通过对井楼油田稠油热采地面保干技术研究，明确了稠油注汽系统热损失对稠油油田开发的影响情况，确定了热损失的主要环节。并针对性地开展了保温材料性能的对比分析，并进行了现场试验，确定了新型气凝胶管线保温结构。改进了井口保温箱结构，形成井口保温箱系列，并进行了现场试验，优化设计出滑动/固定型隔热管托，并进行了现场试验，为下步注汽系统管线保温改造明确了方向。