过热注汽锅炉的试验与应用

过热注汽锅炉的试验与应用

一、过热锅炉简介

随着油田稠油开发的不断深入，沿用注湿蒸汽的常规注汽方法已不能更好地满足稠油采收率的提高和开采新技术发展的紧迫需要。稠油的高轮次开采主要是依靠蒸汽汽化潜热加热原油，蒸汽中的水分对原油产出无益，反而增加占据地层的孔隙体积，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，要求注井的蒸汽品质越高越好，当以蒸汽过热态为最佳。

常规注汽使用的蒸汽为干度为75%左右的湿饱和蒸汽，所含的水分不但携带的热量低，而且会使采出液含水率上升，导致原油产量和采收率降低，相比而言，过热蒸汽是对干度为100%的干饱和蒸汽继续加热产生的，其本身即为纯气体状态，具有更高的温度和压力，携带有更多的热量，对降低稠油粘度，提高原油产量和采收率具有更显著的作用。

中油八建公司生产制造的过热注汽锅炉，通过将湿饱和蒸汽经过球形汽水分离器进行汽液两相彻底分离，将分离出的蒸汽通过过热段继续加热至高过热状态，再将分离出的饱和水与过热后的干蒸汽进行汽化混合，产生出高品质的过热蒸汽，同时将产生的蒸汽全部利用注井，具有出口零分离、一次性注井、热能利用率高、节能环保的优点。整个生产过程由程序控制全自动进行，保证注汽质量，安全可靠。

（一）、主要流程

过热注汽锅炉的研发设计基于成熟的油田专用注汽锅炉技术，采用的结构部件均经过油田实际使用的检验，保证稳定可靠。

主要流程简介：生水通过处理后，合格的软化水供到高压泵入口端，水经强制升压后进入水-水换热器，经预热后的水进入对流段，在这里吸收热量后再进入水-水换热器作为热源加热给水，经冷却后进入辐射段的入口，水在辐射段经加热汽化后达到70～80%的蒸汽干度，然后进入到球形汽水分离器进行汽水分离，分离出的干蒸汽（干度99%以上）再进入到过热段，加热后进入喷水减温器，与分离出的饱和水充分混合后注入井下。

与常规注汽锅炉相比，过热注汽锅炉把原来锅炉对流段的光管段改变为过热段，并在原流程的基础上增设了汽水分离器装置和喷水减温装置。通过增设的这些装置，可以巧妙地把含有各种盐分的水，在汽水分离装置中分离，并通过喷水减温装置排出，让汽水分离装置中分离出的饱和蒸汽再进入过热段受热成为过热蒸汽。

过热锅炉使用的燃烧器为意大利爱诺基ENERGY-EBR 9MNV 油气两用型产品。以重油或稠油为燃料时采用介质雾化，其额定出力、最大火焰长度、最大火焰直径均满足锅炉设计负荷的要求，该燃烧器可以在燃烧过程中根据燃料结构和组分适度调节炉膛火焰的长度和直径，达到降低燃料单耗、节约燃料的效果。

（二）、运行过程中的安全保障措施

控制系统自动化程度高，有效保证安全运行。

过热注汽锅炉实现了从启动、点火到运行的全过程自动控制。程控全过程包括从启动点火、水火跟踪、辐射段出口蒸汽干度检测、球型汽水分离器适时分离、液位保持、干度恒定、汽水混合等，实现设计参数的全程在线。整机系统具备了过程监测与控制、故障报警、故障诊断、历史数据

查询、历史故障查询、数据报表自动生成。

过热锅炉在原有普通锅炉18项报警的基础上增设了11项报警，并且按照安全等级分为一级报警和二级报警进行设定。一级报警18项，主要有：辐射段出口温度、压力，过热段出口温度、压力高报警等。一级报警后，锅炉自动灭火，保护锅炉不超压、不烧高，保证锅炉安全运行。二级报警11项，主要有：过热段入口流量低报警和分离器液位高低报警等。二级报警后，不立即灭火，以警示操作人员立即进行调整，如果十分钟内未将运行参数调整到范围之内锅炉将灭火，这样可以保证锅炉过热运行平稳。

二、过热注汽锅炉运行情况

欢喜岭采油厂热注45#站使用的YZG23-17.2/380-D型过热注汽锅炉，为辽河油田第一台过热注汽锅炉，也是国内首台过热锅炉。其由中国石油天然气第八建设有限公司建造，锅炉的设计蒸发量为23t/h，工作压力17.2MPa，蒸汽温度375℃，热效率≥88%。

过热注汽锅炉座落于欢127西块，于2008年10月开始建设，2009年5月建成，同年6月10日13：00启炉小火烘炉，次日12:00正式启用投注，到目前累计注汽量91079 m3，累计投注井57口，其中过热运行21口，饱和运行36口。上述运行都是以原油作为燃料进行的。通过57口井的实际运行来看，该过热锅炉运行较为平稳，确实可以生产出过热蒸汽，同时也能够保障过热运行的安全。 （一）实际运行情况统计

过热运行一览表：（共21口井）

井号 73-475 LH102 H7 33-20 22-12 33-18 33-30 75-473 33-23 34-23 34-21 H24 25-12 33-24 LH102 33-13 34-17 LH4 34-16 26-26 30-23 投注时间 2009年6月11日12:00 2009年7月4日16:00 2009年7月18日16:00 2009年8月1日10:00 2009年8月13日9:00 2009年9月3日16:00 2009年9月10日14:00 2009年10月21日9:00 2009年11月5日16:00 2009年11月27日8:00 2010年5月13日15:00 2010年5月23日11:00 2010年6月18日14:00 2010年6月22日14:00 2010年10月13日13:00 2010年10月20日14:00 运行状况 排量 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 过热 16.5 18 18 15 15 16 15 18 15 16 18 15 15 15 15 15.5 蒸汽出口参数 温度 344 336 351 348 344 343 351 338 349 345 344 336 335 335 333 338 压力 15.1 13.5 15.2 15.6 14.8 14.7 15.8 13.6 15.7 14.9 14.6 13.6 13.3 13.2 13.1 13.6 过热度 1.6 2.3 6.3 2.9 2.2 2.8 3.8 3 3.7 2.6 2.3 1.6 1.8 2.4 2 3.7 干度 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 （二）过热注汽锅炉运行中存在的主要问题

1、由于过热注汽锅炉水处理目前采用化学除氧，随着药品在减温喷头处的高温析出，致使喷水减温器喷头发生堵塞，从启炉至今，因处理减温器故障累计停炉5次。

2、过热运行时，当过热度达到6℃以上时，因喷水减温器冲洗减温喷头前后的蒸汽温度差异较大，易造成钢圈损坏，导致管线漏失，从启炉至今，因处理注汽管线漏失停炉15次。

三、多轮次注汽井注汽效果分析

在投注过热运行的21口油井（吞吐轮次在8—13周期）中， 4口井

周期未完，3口井油井水淹，1口井因井况问题转大修，1口井周期内多次防汽窜关井，1口井防井间干扰封井，1口油井为长停井复产，此11口油井无可对比性，剩余10口油井对比情况如下：

表1 10口油井过热注汽前后周期效果统计表

上二周期 井号 注汽 量 33-23 33-18 34-21 33-25 33-30 22-12 28-19 34-23 33-16 33-13 1472 1650 1665 1755 1377 1785 1652 1017 1584 1350 排水 期 0 2 2 19 2 1 3 3 42 5 周期 产油 242 287 1315 1506 934 304 81 239 713 953 生产 天数 141 114 139 399 125 142 185 106 256 189 油汽 比 注汽 量 排水 期 6 7 9 40 8 21 14 3 17 11 上一周期 周期 产油 323 334 1268 325 329 30 246 41 438 894 生产 天数 155 108 210 218 127 94 416 56 166 204 油汽 比 注汽 量 本周期（过热注汽） 排水 期 4 1 6 3 5 24 33 2 8 3 周期 产油 939 711 1300 671 624 115 221 75 347 562 生产 天数 油汽 比 备注 0.16 1184 0.17 1696 0.79 1695 0.86 1799 0.68 986 0.17 1808 0.05 2070 0.24 1020 0.45 1475 0.71 1488 0.27 1287 0.20 1538 0.75 1322 0.18 1829 0.33 1330 0.02 1758 0.12 1506 0.04 1287 0.30 1500 0.60 1500 285 0.73 周期天数变长 326 0.46 周期天数变长 320 0.98 周期天数变长 350 0.37 周期天数变长 262 0.47 周期天数变长 481 0.07 周期天数变长 482 0.15 周期天数变长 149 0.06 周期天数变长 122 0.23 生产周期变短 123 0.37 生产周期变短 10口油井采用过热注汽后，在注汽量不变的情况下，油井周期产油、油汽比较常规注汽有所上升，平均排水期有所下降。

累注汽变化趋势180001600014000153071522114857注气量（吨）120001000080006000400020000上二周期上一周期末周期周期

平均排水期平均排水期（天）161412108642013.68.97.9上二周期上一周期末周期周期

累产油变化趋势70006000657455654228累产油（吨）500040003000200010000上二周期上一周期末周期周期

油气比0.500.450.400.350.300.250.200.150.100.050.000.430.370.28油气比上二周期上一周期末周期周期

例如：欢127-33-18井

该井上二周期注汽量1650吨，排水期2天，周期产油287吨，生产天数114天，周期油汽比0.17；上一周期注汽量1696吨，排水期7天，周期产油334吨，生产天数108天，周期油汽比0.20；采用过热注汽后，周期注汽量1538吨，排水期1天，周期产油711吨，生产天数326天，周期油汽比0.46。

33-18井上二周期生产曲线日产液日产油含水日产量（吨/天）902015105008-7-298070605040302010008-8-1808-9-708-9-2708-10-1708-11-6日期含水（%）

25100

33-18井上一周期生产曲线日产液2520日产油含水10090807015105009-4-25605040302010009-5-1009-5-2509-6-909-6-2409-7-909-7-24日期

日产量（吨/天）含水（%）33-18井末周期生产曲线日产液日产油含水1009080706050403020100日产量（吨/天）30252015105009-8-2309-10-1209-12-110-1-2010-3-1110-4-3010-6-19日期

四、节能降耗方面

1.注汽单耗方面

经计算统计，过热注汽锅炉自投产以来，过热运行时的实际平均单耗为60.49kg/m3；饱和运行时的平均单耗为55.58kg/m3，相比采油厂单耗指标低4.92 kg/m3，累计节约燃料油约280吨。

截止到目前，该过热锅炉的利用率仅为47.5%，若将其利用率增加至80%，每年预计可以节约燃料油230吨。

2.锅炉热效率方面

我厂技术监督部门参照GB/T10180-2003 《工业锅炉热工性能试验规程》和SY/T6422-2008 《石油企业节能产品节能效果测定》标准对中油天

含水（%）然气第八建设有限公司生产的过热注汽锅炉进行了现场测试，实测该注汽锅炉热效率为78.1%，于出厂设计的≥88%相差较大。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 名 称 设备名称 设备型号 设备生产厂家 检测地点 检测日期 给水温度 给水压力 蒸汽温度 蒸汽压力 蒸汽干度 给水焓 湿蒸汽焓 蒸汽流量 燃油温度 燃油压力 燃油密度 燃油流量 燃油热值 燃油带入热 燃油放热量 锅炉输入热 锅炉输出热 锅炉表面温度 锅炉正平衡效率 环境温度 排烟温度 排烟处CO含量 排烟处CO2含量 排烟处O2含量 过剩空气系数 排烟损失 散热损失 化学不完全燃烧损失 锅炉反平衡效率 单 位 ℃ MPa ℃ MPa ％ kJ/kg kJ/kg kg/h ℃ MPa kg/m3 L/h kJ/kg kJ/h kJ/h kJ/h kJ/h ℃ ％ ℃ ℃ 10-6 ％ ％ ％ ％ ％ ％ 数据来源 测试 测试 测试 测试 测试 查表 查表 测试 测试 测试 化验 测试 化验 计算 计算 计算 计算 测试 计算 测试 测试 测试 测试 测试 计算 计算 计算 计算 计算 具体数据 过热注汽锅炉 YZG23-17.2/380-D 中国石油天然气第八建设有限公司 欢喜岭采油厂热注作业一区45#号站 2011 .3.2 25.7 15.7 330.4 14.3 100.0 122.4 2631.0 15920.0 76.0 0.6 930.0 1260.0 43478.0 171879.6 50947520.4 51119400.0 39937540.9 49.0 78.1 -2.0 194.0 25.0 9.5 6.9 1.4 10.8 8.0 0.0 81.2 五、下一步建议

1、采用真空除氧装置解决喷水减温器喷头易堵的问题。

目前过热注汽锅炉采用的除氧方式为化学除氧，即向含有溶解氧的水中加入亚硫酸钠做为还原剂，使其与氧作用，达到除氧的目的。但是由于亚硫酸钠过多时，会造成锅炉炉水含盐量升高，蒸汽品质恶化，使锅炉喷水减温器发生堵塞，影响锅炉的正常运行。若改为真空除氧则可以有效解决过热锅炉喷水减温器喷头易堵的问题。

2、为45#站铺设固定管网，解决活动管线漏失多的问题。

为45#站蒸汽出口铺设固定管网可以从根本上解决管线漏失问题，排除处理管线漏失的安全隐患，提高注汽有效率，保证设备安全运行。

目前45#站蒸汽出口未铺设注汽固定管网。