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1、B区注汽管网布局优化研究 我公司因B区整体组合注汽需要而采用23t大排量注汽锅炉，但在注汽过程中因注汽管线管径与排量不相匹配，导致锅炉出口与井口压降过大，增加了能耗注汽质量得不到保证，因此为了降低能耗、使注汽质量得到保证，准备将注汽主干线更换成114mm12mm规格的钢管，而注汽管网的布局与优化将对未来的工作产生较大的影响，通过对大庆黑帝庙稠油公司现场管网的实地调研，结合我公司现场的实际情况，对于B区注蒸汽管网的整体设计安装布局做以下几方面分析： 一、蒸汽管线的膨胀 蒸汽管线安装时在常温下进行的，在温度达到工作状态下后会产生膨胀，而这在长度方向上情况会更加严重，这将在输送系统的某些区域中产生应
2、力作用，例如在管线的连接处，极端情况下还将导致严重变形甚至破裂，因此管线的膨胀是一个不容小觑的问题，管线膨胀的长度可以通过公式计算得出： 膨胀（mm）=LT 式中：L = 支撑点之间的距离（m） T = 环境温度与工作温度之间的温差（） = 膨胀系数（mm/m）103通过查表得知：碳钢与合金钢的管道膨胀系数在0300时为：15.8103（mm/m），以B1B2管线为例： 管道长度约为1000m，输送蒸汽温度300，假设安装温度20，用以上公式来确定管线的膨胀长度：L = 1000mT = 300-20T = 2800300内 = 15.8103mm/m膨胀（mm）=1000 m28015.81
3、03 mm/m =4424mm由此可以看出，由B1B2注汽管线将会产生4424mm的膨胀量，因此管线的支撑于胀力设置显得尤为重要。二、膨胀环的安装膨胀环是吸收管线膨胀的方法之一，这些膨胀环固定在管线上，设计用于吸收管线的膨胀而不改变管线的总体长度，我们B区注汽管线安装的膨胀环由管线本身整根直管煨制而成，呈“几”字形，膨胀环的设计原则：深度为宽度的两倍，这样可以吸收管线膨胀的长度；弯管处不应采用冲压弯头，应采用正偏差的整根直管段煨制，煨制半径不小于5倍的外径。这种方形膨胀环除横向外伸臂的中段受弯矩较小外，其余部位受弯矩都较大，而焊口处金属的机械性能较差，因此焊口应选择受弯矩较小部位。膨胀环如下图
4、所示：2WWR=5膨胀环的间隔距离，依照上面管线膨胀长度的公式计算，1000m管线膨胀长度为4.4m，按照每50m设置一个膨胀环1000m管线应设置20个，既每个膨胀环吸收约220mm的膨胀量，由于在实际施工中蒸汽管线的走向不是呈“一”字形，而是要走很多的折弯，这些折弯在不同程度上也吸收了一定的膨胀量，这样就相应的减少了一些膨胀环的安装，在直线距离较长的管线中，膨胀环之间间隔应为50m，在折弯较多的地方可以相应的减少膨胀环的安装。在我们原注汽管线安装中，膨胀环和过道龙门架的安装采用的都是高架立式安装，这样安装的优点是减少占地面积，便于车辆行人通过，缺点是蒸汽在举升过程中增加了阻力，管线高架相应
5、的安全系数要求较高，而且相应的增加了材料消耗，施工与维护难度也相应的增加了许多；因此在将要改造的注汽管线施工中，采用低管线支柱，在空间条件允许的情况下水平安装膨胀环，过道管线改用地下穿越方式，既能够增加安全系数，又可以降低蒸汽阻力，还可以降低材料消耗。三、管线支架与疏水系统的安装蒸汽管线的敷设中每隔一定距离需要设置一支撑点，以支撑管道、附件、保温层及管道中水重，并承受管道的作用力，我们原注汽管线支架采用的是固定导向式支架，如下图：注汽管线内层保温外层保温玻璃丝布、防水胶带黄夹克护板槽钢管线支柱每个支架间隔距离5m6m左右，管线支柱采用76mm6mm钢管，经过对大庆黑帝庙油田注汽管线实地调研，其
6、114mm12mm注汽管线支架间隔为6.5m，管线支柱单管采用100mm钢管，双管采用70mm钢管，由此可以看出原注汽管线支架间隔与支柱参数能够满足使用要求。我们原注汽管线基础是采用水泥加钢筋预埋件导制而成，上部400mm400mm，底部500mm500mm，高500mm呈矩形，参照黑帝庙油田注汽管线基础上部为560mm560mm，下部因在地下未能测量，但据上部参数推算应比我们原管线基础要大许多，而且由于原注汽管线基础时间久远，预埋件腐蚀严重，在承受管线横向作用力上无法保证安全，容易导致预埋件断裂支柱倾斜甚至管线垮塌。所以管线支架基础需要采取加固措施，如要全部更换基础不仅施工工期长，而且工程量
7、巨大，后续生产工作无法进行，因此加固支架基础只能是在原基础上进行，如下图所示：原基础500m500mm500mm400m400mm500mm预埋件500mm铁板300m300mm500mm加固基础在原有管线基础之外做水泥加固，不仅将原基础覆盖而且将管线支架一并固定为一体，增强了抗横向作用力，达到安全使用的要求。蒸汽管线上必须要安装疏水系统，这是为了排除管线内蒸汽冷凝下来的积水，防止冬季管线冻堵，疏水系统的安装应遵循以下几个原则：1、管道的各个管段的最低点；2、垂直升高前的管段的最低点，3、地下穿越管线两侧垂直升高前的低点。我们原注汽管线疏水系统采用的是螺纹式丝堵排水，这种排水方式优点在于：成本
8、低、空间小；缺点是：操作占用空间大，丝扣经常拆装容易损坏，只能在管线内没有压力情况下才能排水；而采用高压截止阀排水优点是：可以随时进行排水操作，不易损坏；缺点是：成本较高。在我们注汽管线系统改造中应该采取两种疏水方式结合使用，在地下管线低点两侧安装高压截止阀疏水，这样操作起来方便易行，在地面管线采用螺纹式丝堵排水方法，地面具有较大的操作空间，便于人员安装拆卸。四、管线的分支布局及附属部件的安装我们的注汽主干线是由B1区注气站向B2区延伸，在途中有若干分支延伸至各个井场，由于我们B区采取的是多井整体组合注汽方式，而多井组合注汽多是考虑到油井的地质条件与油井汽窜等综合因素，因此在管线设计中要充分考
9、虑到油井的排列关系，合理布置管线走向，避免重复分支。由于我们23t注汽锅炉落座在B1区，由注汽站至B22-57井注汽管线长度约为2000m，由此可见注汽半径已经达到极限，由于油井井距较远，这样就不可避免的增加了管线的分支，造成干线压降增大导致蒸汽干度损失增加，油井注汽质量得不到保证，影响采收效果；因此注汽管网的合理布局显得尤为重要。根据有关资料显示：注汽管网油井分配方式布置最为合理的是呈T字形分配，这样的分配方式优点在于：将蒸汽引入三通的盲端，当离开三通两侧支线的体积流量大致相等时，能够起到良好的分配作用，如下图所示：主干线第二种方式：注汽管网系统多采用的是柱状分支排列方式，即由一个点或者一条
10、主干分支向四周辐射分散开，我们B区原有注汽锅炉3台，其中B1区2台，B2区1台，分别负责本区域内的油井注汽任务，因此原注汽管网是采用由一个点向四周延伸辐射开。我们公司23t注汽锅炉落座在B1区，由于注汽锅炉坐落位置已将固定、而且油井分布位置基本都在注汽管线主干线两侧，并且将要改造的注汽管线又要尽可能采用原有支架基础进行敷设，因此在这些因素条件制约下，B1B2区注汽管网只能采用柱状分支结构与辐射式相结合的方式，由一条主干线延伸至B2区，途中向四周延伸分支辐射至每个井场，而且这种布局方式能够满足于现有油井的分排组合注汽的要求，并能够将施工成本控制在最小的范围内，在注汽管网布局的过程中要遵循几个原则
11、 ：一、注汽管线的分支走向尽量与蒸汽走向保持一致，即由主干线向四周辐射分开，避免管线折回，以降低蒸汽阻力。二、设计分支管线途中尽可能覆盖周边油井，以减少分支降低工程造价。三、注汽管线过道采用地下穿越方式时，应考虑到管道的排潮设施安装，防止雨水腐蚀保温材料，降低保温效果。在管线的安装中高压截止阀是必不可少的装置，在我们原注汽管线中，由于考虑到注汽工期等因素，减少了一些阀门的安装，这在后来注汽过程中造成了许多不利因素，比如：某一口井出现问题，由于没有阀门切断这一口井的蒸汽输送，必须要所有油井停止注汽，将整条管线内的蒸汽排除后才能处理，这就造成了不必要的能源浪费，也影响到其他油井的注汽工作。因此在将
12、要改造的注汽管线中，高压截止阀不可缺少，每口单井分支源头必须要有阀门控制，这样既能在蒸汽输送过程中控制汽量，又能在单井出现问题时可以单独处理，不必影响到其他油井注汽工作的进行。在主注汽干线的阀门安装中，要考虑到油井的组合方式，是整排组合还是跨排组合，例如：B27排井组要与B26排井组组合，在通往B25排的主干线上就要加装阀门控制，避免蒸汽窜到B25排或是更远的油井，造成不必要的能量损失防止冬季管线冻堵。除了上述控制阀门的安装外，蒸汽排放阀门也是不可缺少的重要装置，蒸汽放空阀门的作用是在注汽完成或者中期管线出现某些问题时将管线内的蒸汽排放干净，防止人员带压操作发生危险。放空阀门的安装应遵循以下原
13、则：1、放空出口处要远离操作人员，2、放空出口避免对准道路、配电设施等设备。五、管线的保温措施注汽的质量关系到油井的产量，而注汽质量除了与锅炉出口蒸汽质量有关外，一个重要的因素就是注汽管线保温质量的好坏，现阶段我公司注汽管线采用的是以下几种保温方式内层外层缝隙1、单层微孔硅酸钙瓦片包装，缝隙采用水泥封口，外部缠绕油毡纸和玻璃丝布，刷沥青漆。2、石棉毡缠绕，外部缠绕沥青布，这种方式只在A区4#、5#井组管线上使用，虽然成本低但是保温效果较差，3、双层微孔硅酸钙瓦片包装，内部采用两片瓦片，外部采用三片瓦片组合包装，缝隙采用破碎的微孔硅酸钙调和成泥状封口，外部缠绕玻璃丝布和防水胶带，保温效果较好，但成本相应要高。无论采取哪种保温方式，施工中的重点是瓦片之间的缝隙，其散热量非常大，将对蒸汽质量产生很大影响，而且在管线热胀冷缩来回移动时，横向与纵向的缝隙会不规则的变化，因此瓦片之间的缝隙采用水泥封口效果较好，并且纵向与横向之间的缝隙要交错分布，这样才能保证施工质量；在外部缠绕防水胶带时，需要注意的是防水胶带避免过度拉伸，以防止冬季冷缩后产生破裂。以上几点是我对B区注汽管网布局优化的一点建议，不足之处请领导和大家批评指正！ 谢谢！ 注汽队：刘玉伟 2012、3、7 参考资料：稠油注汽系统设计规范 蒸汽管道设计与安装 三次采油注汽管网和蒸汽测量
