吳廣義 常廣發(fā) 柏鎖柱

（1.中國石油國際加拿大公司；2.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司）

中油國投加拿大分公司在加拿大阿爾伯塔省北部地區(qū)麥克默里堡市麥凱河油砂區(qū)塊開發(fā)了一個瀝青熱采項目，即麥凱河油砂項目。該項目位于麥克默里堡市東北30 km處，采用蒸汽輔助重力泄油（SAGD） 技術進行開采。由于該地區(qū)的瀝青油藏埋在190～210 m之間，地層壓力低。鑒于瀝青黏度和流動性問題，選擇比較成熟的蒸汽輔助重力泄油技術作為該項目的開采方案。項目一期目標的生產能力為5565 m3/d，設計了8個鉆井平臺，共鉆42對井對，每個井場含5至6個井對。每對井水平段上下距離為5 m，以滿足熱量的傳遞和注汽井與生產井之間的良好溝通。

1 工藝過程簡介

1.1 集輸工藝

麥凱河區(qū)塊地面集輸采用井口平臺和中心處理站的二級布站，采用多井口平臺串接單干管，高溫密閉集輸工藝[1]。

井口平臺主要作用是分配高壓蒸汽和天然氣，并收集瀝青乳化液和套管氣。井口平臺配有蒸汽分配閥組、天然氣分配閥組、單井產液收集閥組、套管氣收集閥組、測試分離器、多相泵等。

來自CPF的高壓蒸汽（蒸汽干度為98%～100%）進蒸汽分配閥組，并分配至各注汽井，在每口注汽井設壓力、流量控制調節(jié)閥來控制蒸汽注入壓力及蒸汽注入量（井口注汽壓力為5.0 MPa，飽和溫度為265℃）。

循環(huán)階段：在開井循環(huán)時，為減少多相泵的氣相負荷，在各井口平臺處安裝臨時空氣冷卻器橇座。用空氣冷卻器冷凝來自注汽井和生產井的產出物流中的大部分蒸汽，然后由多相泵將冷卻后的套管氣、蒸汽凝結水，混同少量油氣壓入瀝青乳化液管線送至CPF進行處理。

SAGD生產階段：一期和一期達產工程均采用泵機械提升采油工藝。從生產井口采出的瀝青乳化液（壓力為2.6 MPa，溫度為187℃），經(jīng)單井輪換進入計量分離器，計量后與其他未計量來液匯合進入乳化液匯管，乳化液于管道內自壓輸送至CPF處理。

來自各井口的套管氣（壓力為850 kPa，溫度為177℃，水或蒸汽流量為2.6 t/d，伴生氣流量為0.43 t/d），通過匯管匯集后由多相泵經(jīng)瀝青乳化液管線泵輸?shù)街行奶幚碚炯刑幚?。集輸工藝流程見圖1。

1.2 處理工藝

項目在油區(qū)西南方向建成1座中心處理站，一期工程原油處理規(guī)模為5565 m3/d。

圖1 集輸工藝流程

麥凱河中心處理廠主要包括原油處理、采出水處理、蒸汽發(fā)生、清水處理、蒸汽回收、產出氣回收和罐區(qū)等。主要工藝流程[2]如下所述。

1.2.1 原油處理工藝

原油處理采用摻稀釋劑二段脫水處理工藝，一段脫水采用三相分離器熱化學脫水（加入稀釋劑、正相和反相破乳劑），脫出大部分游離水；二段脫水采用電化學脫水，處理合格的瀝青銷售油送油儲罐儲存后，加入適量稀釋劑并經(jīng)計量站確認達到長輸油管規(guī)格要求后送入油管線。圖2為原油處理工藝流程。

1.2.2 采出水處理工藝

采用重力聚結除油以及導入式靜態(tài)氣浮二步除油工藝對采出水進行除油處理，除油罐采用重力聚結除油，ISF采用靜態(tài)導入式氣浮分離收油，工藝流程如圖3所示。

采出水深度處理采用“機械蒸汽壓縮蒸發(fā)器處理技術”[3]，脫除采出水中的硬度、二氧化硅和其他離子。該系統(tǒng)由一、二級蒸發(fā)器和濃縮液提濃器組成，可回收大于98%的采出水。生產的蒸餾水礦化度低于15 mg/L，滿足高壓鍋爐供水水質要求，進入蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，剩余小于2%的濃縮液排入污水罐，裝車運至第三方進行處理（圖4）。

1.2.3 蒸汽發(fā)生工藝

一期工程在中心處理站中部新建注汽鍋爐房1座，內設4臺197 t/h燃氣蒸汽鍋爐，鍋爐房總產汽量（飽和蒸汽）為18 945 t/d。工藝流程見圖5。

1.2.4 清水處理工藝

本工程一期利用麥凱河河谷的地下新鮮水作為補給和公用工程用水，預計需要4口淡水井。根據(jù)目前的水質分析指標，硬度（CaCO3）為249mg/L、總礦化度（TDS）為1352 mg/L，清水處理采用“過濾—次氯酸鈉殺菌技術”，處理達標后接入站區(qū)生活用水管網(wǎng)。工藝流程見圖6。

圖2 原油處理工藝流程

圖3 采出水除油工藝流程

圖4 采出水深度處理工藝流程

圖5 蒸汽發(fā)生工藝流程

圖6 清水處理工藝流程

2 存在問題及采取措施

在蒸汽輔助重力泄油生產廠的管理和實踐過程中，為了增加產量，節(jié)省開支，會遇到很多的挑戰(zhàn)。下面將舉例說明主要生產車間常見的問題及解決措施。

2.1 原油處理車間

采出水含有溶解固體物、黏土和懸浮油。在一定溫度、壓力和流量下，采出水的化合物會導致采出水換熱器的污染、結垢和堵塞[4]。必須制定合理的運行措施，減少不必要的維護費用。如發(fā)現(xiàn)換熱器的污染、結垢和堵塞，應及時安排物理清洗或化學清洗，從而避免生產損失。圖7示出原油處理車間的采出水換熱器。

采出水換熱器的清洗周期可以是幾個月，幾周，甚至幾天。影響換熱器維修周期的因素有：采出水的流速，通過換熱器的溫差以及成分，稀釋劑，正相破乳劑和反相破乳劑的應用。

圖7 采出水換熱器

為了延緩換熱器污染、結垢和堵塞，可以采取以下措施：采出水采用間隔流動、連續(xù)高速流動、或使其反向流動；在換熱器的入口使用防污劑。

采出水換熱器污染、結垢和堵塞后，可以使用壓力水進行機械強力清洗，或者使用堿液進行化學清洗。

采取上述措施后，防止了采出水換熱器的污染、結垢和堵塞，有效地延長了換熱器的清洗周期。

2.2 采出水處理車間

在蒸汽輔助重力泄油生產廠使用蒸汽鍋爐，對采出水的處理提出了更高的要求。蒸汽鍋爐要求使用高純度的蒸餾水，例如：在鍋爐用水中，二氧化硅（SiO2）的質量分數(shù)小于1×10-6，pH值在8.5～9.5之間，可溶解氧的質量分數(shù)小于16×10-9等。

在SAGD生產廠采用蒸發(fā)器技術，并輔以適當?shù)幕瘜W溶劑，可以將采出水處理成滿足蒸汽鍋爐用水的水質要求。圖8示出采出水水質控制原理。

圖8 采出水水質控制原理

采出水首先被送到脫氧罐進行脫氣處理，降低采出水中溶解氧和二氧化碳的含量，然后被泵送到反應罐與強堿（NaOH）混合，脫除產出水中的硬度、二氧化硅和其他離子，反應式如下：

SiO2+2HaOH→Na2SiO3+H2O

Mg2++2NaOH→Mg(OH)2+2Na+

Ca2++2NaOH→Ca(OH)2+2Na+

此外，稀釋的堿液會噴灑在蒸發(fā)器內的蒸汽過濾網(wǎng)上，可以溶解蒸汽中的二氧化硅和其他離子，進一步降低采出水的硬度。

為了有效控制采出水的硬度，反應罐pH值應控制在10～12之間，蒸餾水罐出口的pH值應控制在8.5～9.5之間。

在鍋爐用水泵的進口，會適時地添加除氧劑。鍋爐用水在送入鍋爐之前應該定期測量鍋爐用水中溶解氧的含量。正確地測量鍋爐用水中溶解氧的含量，既可以確定除氧劑使用的有效性，也可以用于判斷上游設備是否有泄漏。

通過應用上述原理并輔以適時的儀表和控制系統(tǒng)監(jiān)控，從而保證了鍋爐的用水質量，延長了鍋爐的使用壽命。

2.3 蒸汽發(fā)生車間

蒸汽發(fā)生車間有4臺鍋筒式燃氣蒸汽鍋爐，其參數(shù)為：額定蒸發(fā)量197.3 t/h，額定壓力7.5 MPa，干度為100%（連續(xù)排污2%，注回干蒸汽管道后，干度成為98%），鍋爐燃料為天然氣和回收產出氣混合后的混合燃料氣。

燃氣蒸汽鍋爐配套輔機有：燃燒器、助燃風機、空氣預熱器，輔機的選型及參數(shù)確定均由鍋爐生產廠家完成。

在工廠運行階段，4臺鍋爐都有啟動困難和不同程度的振動和噪聲問題，出現(xiàn)過風機中間導向片斷裂和軸承過度磨損等故障。

經(jīng)過對鍋爐風機的動平衡以及對風機和燃燒進行微調，解決了上述運行中的問題，目前鍋爐運行正常。

2.3.1 鍋爐啟動困難

在工廠試運行結束后，在鍋爐的啟動中，經(jīng)常因為空氣燃氣比和煙氣燃氣比超過限值，而導致鍋爐無法正常啟動。

經(jīng)過仔細的觀察研究，采集鍋爐運行數(shù)據(jù)進行分析。在不同的鍋爐負荷下，對空氣、煙氣和燃氣量進行計算，調整配比，并對燃燒曲線進行相應調整，解決了鍋爐啟動困難。空氣、煙氣和燃氣量的計算公式表示如下：

式中：Qv——氣體流量，m3/h；

Cd——流量系數(shù)；

Y1——膨脹系數(shù)；

d——喉部直徑，m；

ΔP——壓差，Pa；

ρ——氣體密度，kg/m3；

β——管徑比例。

2.3.2 鍋爐風機運行過程中振動噪聲

在風機中間導向片斷裂和軸承過度磨損故障發(fā)生后，采集了風機的振動檢測數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行了分析，發(fā)現(xiàn)2臺風機存在動平衡問題。對風機做動平衡處理，并重新采集、分析振動數(shù)據(jù)，顯示風機振動在做動平衡后有較大改善。

進一步對風機進口調節(jié)片、中間導向片、出口調節(jié)片進行調整，避免因風機內部負壓而產生混流，導致振動和噪聲。

經(jīng)過上述調整，風機的振動和噪聲均被控制在正常范圍內。圖9示出風機進口調節(jié)片、中間導向片、出口調節(jié)片調整前的位置；圖10示出風機進口調節(jié)片、中間導向片、出口調節(jié)片調整后的位置。

圖9 風機進口調節(jié)片、中間導向片、出口調節(jié)片調整前的位置

圖10 風機進口調節(jié)片、中間導向片、出口調節(jié)片調整后的位置

如圖9所示，當鍋爐負荷超過60%時，中間導向片的開度小于進口調節(jié)片的開度，從而造成空氣在風機內的回流，進而導致風機內的負壓、混流，引起風機的振動和噪聲；在各個鍋爐負荷下，出口調節(jié)片相對于進口調節(jié)片和中間導向片，基本處于大開狀態(tài)。

由圖10可知，進口調節(jié)片、中間導向片和出口調節(jié)片相互配合，在各個鍋爐負荷下，進口調節(jié)片開口大于中間導向片開口，中間導向片開口又大于出口調節(jié)片開口，從而使空氣在風機內始終處于一種順流狀態(tài)，解決了風機的振動和噪聲問題。

圖11 LACT密度的平均計算及稀釋劑控制

2.4 罐區(qū)車間

經(jīng)原油處理車間脫水合格的稀釋瀝青與處理合格的回收污油匯集后，進入罐區(qū)車間的銷售油罐儲存。大罐內填充燃料氣封閉油罐，油罐上設輕烴回收裝置，銷售油罐內的混合油經(jīng)外輸泵增壓后經(jīng)激流管道自動交接計量裝置（LACT）檢測，檢測合格后進入外輸管線并送往銷售網(wǎng)進行銷售。

這一過程中存在的問題是銷售的產品不能滿足LACT的檢測要求，為了滿足這一要求，有時會過度地添加稀釋劑到銷售原油中，從而給公司帶來不必要的損失。

為了減少這方面損失，采取了下面的措施并取得了明顯的成效：

1）加強MRCP現(xiàn)場采樣，盡量使銷售產品達標即可，不要超標。

2）加強與LACT的聯(lián)系，如發(fā)現(xiàn)LACT的檢測與MRCP采樣檢測不一致，即時要求LACT校正其相應儀表。

3）在自動控制上，調整控制邏輯，使控制參數(shù)更趨合理。例如，來自LACT的參數(shù)（黏度和密度）變化太大，導致工藝過程不穩(wěn)定，從而過多地添加稀釋劑。通過對LACT來的黏度和密度進行平均計算 （圖11），穩(wěn)定了稀釋劑添加的工藝過程，降低了稀釋劑的用量，減少了不必要的損失。

3 結束語

SAGD項目是中石油在加拿大的第一個重油項目，對該類工廠的運行維護管理，還需要一個摸索過程。通過對該工廠的運行維護管理實踐，積累經(jīng)驗，為將來類似項目的成功打下了堅實的基礎。

[1]YASER S，MOHAMMAD A，HASSAN K，et al.Experimental analyses of Athabasca bitumen properties and field scale numerical simulation study of effective parameters on SAGD performance[J].Energy and Environment Research，2012，2（1）：140-156.

[2]DAS S.Improving of performance of SAGD[C]//SPE.USA：SPE，2005：1-8.

[3]DAN P，WEST H，WASHINGTON B.Guidelines for produced waterevaporators in SAGD[J].IWC，2006，68（7）：1-16.

[4]MULLER-STEINHAGEN H， MALAYERIR M，WATKINSON，A P.Heat exchanger fouling：mitigation and cleaning strategies[J].Heat Transfer Engineering，2011（32）：189-196.