2012年2月8日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)重18井區(qū)稠油生產(chǎn)區(qū)，抽油機(jī)、注汽鍋爐正平穩(wěn)運(yùn)行。多年來，克拉瑪依油田稠油開發(fā)水熱資源高效利用，推動(dòng)了稠油乃至超稠油區(qū)塊規(guī)模化開發(fā)步伐。（風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）???????????
????稠油開發(fā)離不開兩個(gè)關(guān)鍵的因素——“熱”和“水”。
????稠油的黏度很高，密度大，流動(dòng)困難，常規(guī)的開采方式很難實(shí)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)效益的開發(fā)。因此，為了經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)稠油資源，利用“熱”的熱力量進(jìn)行開采成了不二選擇，如注熱水、蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)等。
????想要把熱作用到稠油上，就需要通過水來完成——
????熱把水加熱成蒸汽，蒸汽注入地層，把熱傳遞給稠油后凝結(jié)成水混入油中一起被采出?！盁帷卑褵崮軅鬟f給水，“水”成為熱的載體。
????“水”和“熱”相輔相成，缺一不可。那么，采出同樣多的油，如果用“熱”用“水”越少，顯然成本就越低，利潤就越高。怎樣才能用盡可能少的“水”與“熱”采出盡可能多的油呢？為此，克拉瑪依三代石油人前赴后繼進(jìn)行了不懈的探索，取得了處于國內(nèi)國際領(lǐng)先水平的成果。
2011年12月30日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)的員工在特稠油聯(lián)合處理站監(jiān)控室密切關(guān)注生產(chǎn)現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)和各類裝置運(yùn)行情況。（風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）
????稠油儲(chǔ)量豐富
????水熱資源寶貴
????目前，我國已成為美國之后第二大石油能源消費(fèi)國。在我國石油剩余可采儲(chǔ)量中，稠油占40%，稠油已經(jīng)成為非常重要的石油資源。稠油開采的通行方式主要是以蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)開采為主。這兩種方式都存在耗能高、成本高等問題。
????在克拉瑪依市烏爾禾風(fēng)城區(qū)域這片廣袤蒼涼的大地之下，蘊(yùn)藏著當(dāng)今世界上黏度最大、最難開采的稠油，被稱為“流不動(dòng)的油田”。這種“流不動(dòng)的油”叫超稠油。
????在這片土地下，已探明的稠油儲(chǔ)量達(dá)3.6億噸。從上世紀(jì)80年代風(fēng)城油田進(jìn)行稠油開發(fā)起，一直使用國際范圍內(nèi)普遍采用的、相對(duì)成熟的技術(shù)——蒸汽吞吐技術(shù)。通過周期性地向地層注入蒸汽進(jìn)行采油。這種技術(shù)有著快速注汽和快速采油的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于蒸汽加熱范圍有限，成本高而且原油采出程度不高。
????然而，風(fēng)城油田的超稠油具有十分重要的價(jià)值。它的價(jià)值不僅體現(xiàn)在增加能源與增加經(jīng)濟(jì)收入上，而且體現(xiàn)在國防和國家安全上。以風(fēng)城油田超稠油為原料生產(chǎn)出的75種高端化工產(chǎn)品，使我國空調(diào)用冷凍機(jī)油、高檔潤滑油等油品的對(duì)外依存度從90%降至30%以下。
????此外，風(fēng)城油田還是新疆油田公司“十二五”乃至今后一個(gè)時(shí)期稠油開發(fā)的主力接替區(qū)和產(chǎn)能建設(shè)主戰(zhàn)場。
????要實(shí)現(xiàn)風(fēng)城油田超稠油資源的規(guī)模開發(fā)，必須解決兩大難題，一是開發(fā)技術(shù)的優(yōu)選，二是燃料結(jié)構(gòu)的調(diào)整，只有解決了這兩個(gè)問題，才能把開發(fā)成本降下來，才能實(shí)現(xiàn)長效穩(wěn)產(chǎn)，風(fēng)城超稠油資源的開發(fā)才能打開局面。
????2008年，代表著世界先進(jìn)超稠油開采技術(shù)的SAGD先導(dǎo)試驗(yàn)，在風(fēng)城油田重32井區(qū)拉開帷幕。這標(biāo)志著風(fēng)城油田的超稠油資源開發(fā)方式進(jìn)入革命式的改變階段。
????想讓這塊“流不動(dòng)的油田”動(dòng)起來，除了SAGD技術(shù)，還要利用SAGD技術(shù)把高干度的蒸汽注入地下，加熱油層，才能以較低的成本采出超稠油。SAGD技術(shù)雖然先進(jìn)，但要讓這種技術(shù)發(fā)揮應(yīng)有的威力，還必須有生產(chǎn)高干度蒸汽的技術(shù)與設(shè)備與之配套。
????要產(chǎn)生這種蒸汽，就需要合乎要求的鍋爐來加熱水。經(jīng)過新疆油田公司科研人員的持續(xù)攻關(guān)研究，成功研發(fā)出了能生產(chǎn)合格蒸汽的注汽鍋爐。
2013年12月10日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，技術(shù)人員正在對(duì)新建的注汽鍋爐進(jìn)行投產(chǎn)運(yùn)營前的測試。（風(fēng)城作業(yè)區(qū)供圖）
????在風(fēng)城油田邁入跨越式發(fā)展的同時(shí)，圍繞稠油開采過程中的水熱資源高效利用的爭論也日趨激烈。
????因?yàn)樵诔碛蜔岵烧羝纳a(chǎn)、輸送及采出液處理等流程中包含著豐富的余熱資源，主要包括注汽鍋爐高溫?zé)煔?、注汽管網(wǎng)散熱、高溫采出液余熱等，其總量占稠油生產(chǎn)資源消耗總量的30%左右。這些余熱如果任其散失，十分可惜；如果能有效利用效益十分可觀。
????與此同時(shí)，新疆地區(qū)清水資源匱乏，稠油開采時(shí)采出的液體中所含的采出水量與消耗的水量相當(dāng)。因此，采出水成為一種特殊的水資源，如果就地放掉，既浪費(fèi)水又很不環(huán)保。如果采出水能被循環(huán)利用，不僅會(huì)大幅度降低成本，而且可以很好地保護(hù)環(huán)境。
????由此可見，回收利用稠油開采中產(chǎn)生的余熱及采出水資源，實(shí)現(xiàn)水熱資源高效利用，降低稠油生產(chǎn)能耗成本，是稠油生產(chǎn)中必須解決的一個(gè)重要問題。
????但是，這個(gè)問題解決起來沒有那么簡單。傳統(tǒng)稠油開采方式的地面工藝不能滿足稠油水熱資源高效利用和綠色開發(fā)的需要。首先，開放式的集輸流程會(huì)散發(fā)大量余熱和蒸發(fā)水分。其次，現(xiàn)有的注汽鍋爐噸位不夠，不能滿足大規(guī)模開發(fā)的需求，也不能滿足凈化水回用的要求。第三，常規(guī)的原油脫水工藝，無法高效進(jìn)行油水分離，不能滿足交油指標(biāo)。
????這個(gè)重要問題，成了一個(gè)重大難關(guān)。
本報(bào)通訊員 韓志強(qiáng) 攝 2012年7月10日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)員工在鍋爐車間向爐內(nèi)給煤。
????尋找替代能源
????調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)
????在熱能高效利用方面，首先要解決熱能來源的問題。
????因?yàn)槌碛褪呛哪艽髴簦?000年至2009年期間，新疆油田公司稠油開采成本共計(jì)167億元，其中熱采費(fèi)96.7億元，占58%。那個(gè)時(shí)期，稠油開采燒的主要是天然氣，因此，天然氣成本已成為稠油開發(fā)的主要成本。當(dāng)時(shí)在新疆油田公司上千萬噸年產(chǎn)量中，占比不到40%的稠油“吞”掉了75%的能耗。2009年，新疆油田公司用于稠油開采的天然氣總量為13.9億立方米，占全油田天然氣生產(chǎn)總產(chǎn)量的60%，代價(jià)高昂。
????長期以來，風(fēng)城油田注汽鍋爐的燃料也是天然氣，燃料成本約占操作成本的60%左右。隨著風(fēng)城油田開始大開發(fā)，需要大噸位的鍋爐產(chǎn)生更多的蒸汽，也就意味鍋爐需要消耗更多的天然氣。
????然而，使用天然氣面臨著供不應(yīng)求及價(jià)格逐步上漲的雙重壓力。如果繼續(xù)使用天然氣，會(huì)進(jìn)一步消耗大量本油田生產(chǎn)的氣，這樣外供的天然氣勢必就會(huì)減少，進(jìn)而造成北疆地區(qū)天然氣供應(yīng)緊張，形成供需缺口，影響城市居民的生活。隨著超稠油的大規(guī)模開發(fā)，這個(gè)缺口會(huì)越來越大，也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)城油田超稠油開采成本居高不下。
????新疆油田公司決策層下定決心一定要把天然氣自耗降下來。于是，他們把目光投向了稠油熱采注汽鍋爐的燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整上。
????天然氣已經(jīng)是公認(rèn)的、便宜的清潔能源了，還要怎么調(diào)整？
????新疆油田公司動(dòng)起了用煤替代天然氣的心思。
????因?yàn)樾陆畵碛姓既珖?0%以上的煤炭資源，卻因就地轉(zhuǎn)化困難和長途運(yùn)輸成本高昂，大部分沉睡地下，不能發(fā)揮優(yōu)勢。有沒有辦法實(shí)現(xiàn)兩全其美？答案是肯定的，比如在稠油開發(fā)中以煤代氣。
本報(bào)通訊員 吳庭智 攝 2012年11月15日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)重32井區(qū)，忙碌一上午的員工在注汽鍋爐前用餐。
????克拉瑪依油田周邊地區(qū)煤炭探明儲(chǔ)量為60億噸以上，風(fēng)城油田距離煤礦更近，在五六十公里的范圍內(nèi)就有質(zhì)量好、價(jià)格低的煤炭。周邊地區(qū)豐富的煤炭資源完全能夠滿足克拉瑪依油田稠油熱采燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求。
????用傳統(tǒng)能源煤替代清潔能源天然氣，很多人不理解，一些人認(rèn)為這是一種倒退，而更多的人是對(duì)環(huán)境擔(dān)憂——
????先不說其他稠油區(qū)塊，單說克拉瑪依油田稠油發(fā)展的主要接替區(qū)風(fēng)城油田。該油田緊鄰國家4A級(jí)景區(qū)魔鬼城，若注汽鍋爐燒煤，將會(huì)給魔鬼城帶來怎樣的環(huán)保威脅？
????新疆油田公司科研人員經(jīng)過大量論證和研究“煤代氣”的可行性和科學(xué)性，認(rèn)為可以消除這種擔(dān)憂。因?yàn)?，近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，通過高效脫硫、原煤密閉運(yùn)輸及處理等先進(jìn)技術(shù)，煤已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了清潔運(yùn)輸和高效燃燒以及清潔排放，也就是實(shí)現(xiàn)了清潔化高效燃燒，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)保問題。
????同時(shí)，“煤代氣”也是依政策順時(shí)勢。國務(wù)院和發(fā)改委2007年8月30日正式頒布實(shí)施的《天然氣利用政策》，明確了天然氣利用的順序：城市燃?xì)馀旁趦?yōu)先位置。同時(shí)要求提高資源利用效率。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2016年4月15日，紅山公司員工在采油現(xiàn)場的杠點(diǎn)多通閥前檢查注汽開采的運(yùn)行情況。
????“煤代氣”符合國家的要求——將西部的煤炭就地開發(fā)在油田加以利用，把天然氣等清潔能源置換出來輸送到城市。以煤替代天然氣進(jìn)行稠油熱采的燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整，不僅對(duì)解決稠油開采成本居高不下和北疆地區(qū)城市供氣緊張的狀況具有重要的意義，而且對(duì)帶動(dòng)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣具有重要的意義。
????對(duì)于用作燃料，天然氣無論是否集中使用，它都是清潔能源。煤則不然，越分散使用污染越大。“煤代氣”工程將稠油開采上用的天然氣置換出來，用于城市供氣，使城市中原來污染大的分散用煤形式變?yōu)槌碛烷_采的集中用煤，這適合煤的集中清潔化燃燒處理和無害化排放，工業(yè)上“煤代氣”，城市中“氣代煤”，雖然只是順序變了一下，但卻具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。
????2009年前后，新疆油田公司為了轉(zhuǎn)變油田發(fā)展方式、提高稠油開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益，做出了調(diào)整油田稠油熱采燃料結(jié)構(gòu)的舉措。至此，當(dāng)了油田開發(fā)中幾十年燃料主角的天然氣，將被煤炭取代。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2018年9月6日，克拉瑪依油田百里油區(qū)的新港公司生產(chǎn)片區(qū)，鍋爐工正在向流化床注汽鍋爐燃料區(qū)加煤。
????沒有拿來主義
????只能自力更生
????2008年，風(fēng)城超稠油開始進(jìn)行SAGD先導(dǎo)試驗(yàn)并取得了較好的效果，新疆油田公司稠油穩(wěn)產(chǎn)400萬噸計(jì)劃的實(shí)施已然提上日程。如果沒有更好的水熱資源高效利用技術(shù)，那么，水熱綜合能耗繼續(xù)上升的趨勢不可避免。
????如前所述，風(fēng)城超稠油資源的規(guī)模開發(fā)，必須解決兩大難題，一是開發(fā)技術(shù)的優(yōu)選，二是燃料結(jié)構(gòu)的調(diào)整。
????而新疆油田公司下定決心調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)，為熱能高效利用奠定了基礎(chǔ)。此外，稠油開發(fā)過程中，采出1噸油，需要4噸清水，如果能將這些水高效循環(huán)利用，那么不管是對(duì)新疆油田公司，還是對(duì)干旱缺水的新疆來說，其意義不言而喻。
????稠油穩(wěn)產(chǎn)400萬噸計(jì)劃的實(shí)施近在眼前，傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸桎梏效益開發(fā)，水熱資源高效利用迫在眉睫。為此，新疆油田公司決定進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，突破傳統(tǒng)地面工藝不能滿足稠油水熱資源高效利用和綠色開發(fā)的技術(shù)瓶頸。
????2009年，新疆油田公司組織多家下屬相關(guān)單位，準(zhǔn)備立項(xiàng)研究。由于風(fēng)城超稠油資源的獨(dú)特性，這些相關(guān)技術(shù)基本上沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，沒有辦法實(shí)行“拿來主義”，只有自力更生。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2018年1月27日，重油公司采油作業(yè)二區(qū)，2號(hào)流化床注汽鍋爐工正在檢查設(shè)備運(yùn)行情況。
????針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)城超稠油水熱資源高效利用，新疆油田公司設(shè)立了風(fēng)城超稠油開發(fā)地面工程配套技術(shù)研究重大項(xiàng)目，包含燃煤高干度注汽鍋爐研發(fā)、高溫采出液脫水、采出水凈化處理、超稠油密閉集輸、超稠油長距離輸送和熱能綜合利用這6個(gè)子課題，由當(dāng)時(shí)的新疆油田勘察設(shè)計(jì)研究院油田工藝設(shè)計(jì)所所長兼總工程師黃強(qiáng)作為總課題長帶領(lǐng)研究人員分頭研究、逐個(gè)攻破。
????其中，匹配適合超稠油規(guī)模開發(fā)的燃煤高干度注汽鍋爐的任務(wù)由該院的科研人員吳偉棟負(fù)責(zé)。
????“符合風(fēng)城油田超稠油規(guī)模開發(fā)的注汽鍋爐，必須是大噸位的燃煤鍋爐。”吳偉棟說，這種鍋爐只有電廠使用，但是這種電站汽包鍋爐對(duì)鍋爐用水的水質(zhì)要求非常高，只能燒礦化度小于5mg/L的無鹽水。
????然而風(fēng)城油田超稠油采出水的礦化度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)要求。因?yàn)?，稠油開采的過程也是一個(gè)污染水的過程。鍋爐用清水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽注入地下，加熱稠油后降溫凝結(jié)成水，水和油一同被采出，成為采出液，這其中水占大部分。清水經(jīng)過這個(gè)流程，成為了采出液中的水，分離出來后其礦化度可達(dá)到3000 mg/L至5000 mg/L。加之稠油開采的用水量很大，每天可達(dá)幾萬方，如果要使用電站汽包鍋爐，并且循環(huán)利用采出水，那就得源源不斷的處理大量高礦化度的采出水成為無鹽水。處理這些水不僅成本將非常驚人，而且技術(shù)也很難，所以使用電站汽包鍋爐的想法被排除了。
????當(dāng)時(shí)新疆油田公司也嘗試過使用技術(shù)相對(duì)成熟的鏈條爐排的鍋爐。可是鏈條爐排有個(gè)不足之處，它的控制主要靠司爐人員的經(jīng)驗(yàn)，因而這種鍋爐的控制不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，只能靠半自動(dòng)化半經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，因此生產(chǎn)的蒸汽品質(zhì)相對(duì)低一些，而且燃燒效率低，環(huán)保指標(biāo)相對(duì)較差，所以也不適合使用。
????“稠油開采伴生大量的稠油采出水，每天可達(dá)幾萬方的循環(huán)量，這些采出水雖然礦化度很高，但是如果不用實(shí)在可惜，也不能達(dá)到稠油開采過程水熱資源高效利用的目的?！眳莻澱f。
????那么，如果能在合適的水處理成本內(nèi)，降低這些稠油采出水的礦化度，回注到一種燒“粗糧”——高礦化度的水的燃煤注汽鍋爐中，那不是一舉兩得，既能滿足水資源的循環(huán)利用又能降低水處理的成本嗎？
????風(fēng)城油田SAGD技術(shù)對(duì)注汽鍋爐蒸汽參數(shù)高要求和汽水循環(huán)方式的特殊性，使得當(dāng)時(shí)現(xiàn)有的燃煤鍋爐系列產(chǎn)品都不符合風(fēng)城油田超稠油開發(fā)水熱資源高效利用的要求。
????吳偉棟和同事們漸漸明白，種種客觀因素都指向一個(gè)方向——必須研制出一種能燒高礦化度稠油采出凈化水的大噸位燃煤注汽鍋爐。
????為此，吳偉棟和同事們開始著手研究合適的鍋爐。他們查閱大量的資料，聯(lián)系國內(nèi)各大鍋爐廠和研究院所，一直密切關(guān)注著國內(nèi)鍋爐技術(shù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)。
????多方攜手合作
????研制新型鍋爐
????研發(fā)適用于風(fēng)城超稠油SAGD開發(fā)的燃煤注汽鍋爐，需要解決三大難題——燒煤技術(shù)的高效環(huán)保問題、回用高礦化度采出水問題和高干度蒸汽品質(zhì)問題。
????“除了三大難題以外，油田上使用的鍋爐和其他行業(yè)使用的鍋爐還有很大不同，因?yàn)橛吞锷系囊慌_(tái)鍋爐帶了很多生產(chǎn)井，每口井都有一輪輪的注采周期，并且頻繁調(diào)整，所以對(duì)鍋爐的可靠性要求很高，要能適應(yīng)油田注采輪次的負(fù)荷調(diào)節(jié)?！眳莻澱f，要研發(fā)制造符合要求的鍋爐，面臨的問題實(shí)在太多了。
2017年11月12日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)重18井區(qū)，專業(yè)作業(yè)車輛設(shè)備正在進(jìn)行接轉(zhuǎn)密閉集輸裝置的建設(shè)作業(yè)。（風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）
????吳偉棟和同事經(jīng)過市場調(diào)研和多次論證發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床燃煤鍋爐技術(shù)擁有高效低污染清潔燃燒技術(shù)、燃料適應(yīng)性廣、環(huán)保效果好等特點(diǎn)，但是在稠油開采領(lǐng)域的應(yīng)用是一片空白。
????正當(dāng)吳偉棟和同事們一籌莫展時(shí)，2010年國內(nèi)的流化床鍋爐技術(shù)有了大突破，一舉位列國際領(lǐng)先地位。長期關(guān)注鍋爐技術(shù)發(fā)展的吳偉棟及時(shí)獲悉了這個(gè)消息。
????“當(dāng)年清華大學(xué)的第三代流化床鍋爐技術(shù)已經(jīng)成熟，是基于流態(tài)重構(gòu)理論的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，此前的第一代和第二代流化床鍋爐技術(shù)都是美國的技術(shù)，第三代是中國自己的技術(shù)了?！闭f到這里，吳偉棟語氣中透露著自豪。
????更讓吳偉棟欣喜的是，他認(rèn)為流態(tài)重構(gòu)理論的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)十分適合新疆的煤炭，因?yàn)樾陆拿禾坑捕缺容^低。
????2010年初，由吳偉棟主導(dǎo)項(xiàng)目組一同論證，從鍋爐的燃燒原理分析、水循環(huán)過程、能否用凈化水、能產(chǎn)生什么樣品質(zhì)的蒸汽等方面，向油田公司提交了一份初步研究報(bào)告。
????這份一百多頁的詳盡研究報(bào)告，把用燃煤鍋爐開發(fā)稠油從頭到尾進(jìn)行了全過程的分析。給油田公司領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)完后，引起了高度重視，油田公司決定向中石油集團(tuán)公司匯報(bào)。沒過多久，集團(tuán)公司就下達(dá)了該項(xiàng)目的立項(xiàng)研究通知。
????隨后，新疆油田公司安排當(dāng)時(shí)的勘察設(shè)計(jì)研究院對(duì)國內(nèi)的主要鍋爐廠和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面考察。
????由于長期密切關(guān)注，在考察前吳偉棟對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的主要科研人員是誰、在哪都很清楚，實(shí)地考察完后他更加胸有成竹了，他建議跟清華大學(xué)和太原鍋爐廠合作研究。因?yàn)榈谌骰插仩t技術(shù)是清華大學(xué)研究出來的，而要論國內(nèi)制造鍋爐水平的佼佼者，非太原鍋爐廠莫屬。
????三方一拍即合，決定合作完成這項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的創(chuàng)新研究。該項(xiàng)目由新疆油田公司負(fù)責(zé)，由新疆油田勘察設(shè)計(jì)研究院、清華大學(xué)和太原鍋爐廠共同參與。
????勘察設(shè)計(jì)研究院對(duì)整個(gè)鍋爐的形式、系統(tǒng)、控制、調(diào)節(jié)、蒸汽、分配和水動(dòng)力循環(huán)等方面提出要求。清華大學(xué)負(fù)責(zé)在第三代流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上研究水動(dòng)力循環(huán)問題，重點(diǎn)解決采出水回用鍋爐的技術(shù)難點(diǎn)，這需要做大量的室內(nèi)試驗(yàn)，而清華大學(xué)具備試驗(yàn)條件。太原鍋爐廠則負(fù)責(zé)鍋爐的設(shè)計(jì)和制造。
????換言之，勘察設(shè)計(jì)研究院注重如何將該鍋爐應(yīng)用于超稠油生產(chǎn)中的工程研究，清華大學(xué)注重理論研究和室內(nèi)試驗(yàn)，太原鍋爐廠注重鍋爐的設(shè)計(jì)和制造研究，三家既有分工又是一個(gè)整體。
????與此同時(shí)，勘察設(shè)計(jì)研究院同步完成了該鍋爐用于超稠油開發(fā)的可行性研究。主要內(nèi)容包括多大規(guī)模的鍋爐既能滿足油田生產(chǎn)，又能滿足高效運(yùn)行并在現(xiàn)有的條件下可以進(jìn)行鍋爐制造。當(dāng)時(shí)該院確定這種鍋爐一臺(tái)的蒸發(fā)量是每小時(shí)130噸，可帶兩三百口井，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍從30%到110%。
2020年9月21日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)重32井區(qū)，新建的注汽鍋爐正平穩(wěn)運(yùn)行。本報(bào)首席記者 閔勇攝
????克服多項(xiàng)困難
????成功研制鍋爐
????可行性研究意味著把想法變成實(shí)施方案。但是這份可行性研究報(bào)告在多次審查期間，經(jīng)歷了各路專家的激烈爭論，因?yàn)檫@項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)是對(duì)一些固有觀點(diǎn)的挑戰(zhàn)。比如，在固有的觀念里鍋爐是中心，所有的其他條件都要去適應(yīng)鍋爐，而項(xiàng)目組的想法是要求鍋爐去適應(yīng)油田生產(chǎn)。
????“以前大家都是圍著鍋爐轉(zhuǎn)，必須要保證這個(gè)核心裝置，所有的配套都是怎么有利于鍋爐就怎么來，而我們當(dāng)時(shí)提出的研究方向是，鍋爐要盡量滿足超稠油開采對(duì)鍋爐的要求?！眳莻澖榻B說，這是一個(gè)顛覆性的觀念，必然會(huì)引起激烈的爭論。
????若按原有的觀念去實(shí)施，雖然鍋爐的研發(fā)難度會(huì)減小，但是油田的生產(chǎn)成本會(huì)大幅增加。因此必須尋找平衡，鍋爐和水質(zhì)之間的平衡，效益和成本之間的平衡。
????有爭論才有思想的碰撞，最后大家一致同意根據(jù)超稠油開采的實(shí)際需求在現(xiàn)有的能力下做到最好。但這需要大量的基礎(chǔ)工作和長期的數(shù)據(jù)來支撐，比如鍋爐的用水量是多少？采出水的性質(zhì)如何？清水的補(bǔ)充量是多少？一年內(nèi)的水平衡是什么情況？
????基于綜合考慮和大量的試驗(yàn)研究，合作三方確定了新鍋爐使用40%清水混摻60%凈化采出水的方案。
????為了能讓鍋爐燒較高礦化度的采出水，研究小組必須面對(duì)鍋爐的爐筒排布方式、循環(huán)方式是什么路徑、流速控制在多少、如何排污、如何進(jìn)水、如何加藥等等一系列問題。
????這些問題像一個(gè)被貓抓亂的毛線團(tuán)困擾著項(xiàng)目組，一時(shí)理不清頭緒。
????一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，吳偉棟在單位的圖書館里發(fā)現(xiàn)了一本非常舊的鍋爐原理書，他從這本書中得到了啟發(fā)。
????“五六十年代時(shí)，水處理技術(shù)不先進(jìn)，鍋爐采用凈段和鹽段的設(shè)計(jì)方式，后來水處理技術(shù)提高后，這種設(shè)計(jì)方式就慢慢被大家淡忘了。”吳偉棟豁然開朗，這種設(shè)計(jì)技術(shù)，針對(duì)的正是鍋爐水質(zhì)條件不好的情況。
????因此，結(jié)合油田實(shí)際情況，吳偉棟提出鍋爐要采用凈段和鹽段分段蒸發(fā)技術(shù)。他的想法雖然讓清華大學(xué)和太原鍋爐廠感到意外，但也十分認(rèn)可。
????大方向確定了是分段蒸發(fā)技術(shù)，接下來就是研究如何具體實(shí)現(xiàn)了。項(xiàng)目組細(xì)化研究了凈段和鹽段的比例、凈段和鹽段的循環(huán)方式、凈段和鹽段的控制方式等問題，最終形成了汽包分段蒸發(fā)低床壓降循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。
????此外，清華大學(xué)進(jìn)一步研究了新疆煤炭，發(fā)現(xiàn)新疆的煤炭物料粒徑更細(xì)更小，具備運(yùn)行穩(wěn)定和燃燒高效的條件，也證實(shí)了吳偉棟認(rèn)為新疆的煤炭適合第三代流化床鍋爐技術(shù)的想法。根據(jù)煤炭的特性，清華大學(xué)和太原鍋爐廠精細(xì)化了技術(shù)環(huán)節(jié)，提高了煤炭的燃燒效率。
????隨后，項(xiàng)目組又解決了鍋爐排放煙氣環(huán)保達(dá)標(biāo)的問題，實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放的要求。
????歷時(shí)兩年，合作三方成功制造了第一臺(tái)回用油田采出水的大型燃煤流化床鍋爐。隨后，勘察設(shè)計(jì)研究院完成了試驗(yàn)工程的可行性研究報(bào)告，2011年中石油集團(tuán)公司將風(fēng)城130噸循環(huán)流化床鍋爐試驗(yàn)工程確立為集團(tuán)公司重大試驗(yàn)項(xiàng)目，正式進(jìn)入工程試驗(yàn)階段。
2011年6月2日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，準(zhǔn)備投用的新建鍋爐正在緊張施工中。近年來，通過對(duì)注汽鍋爐的連續(xù)改造升級(jí)，稠油生產(chǎn)處理能力不斷提高。（風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）
????72小時(shí)試運(yùn)行
????鍋爐順利投產(chǎn)
????試驗(yàn)階段，就是對(duì)鍋爐的一次集中大考驗(yàn)，要經(jīng)歷一個(gè)個(gè)難點(diǎn)的驗(yàn)證。
????鍋爐的負(fù)荷波動(dòng)變化頻繁是一個(gè)難點(diǎn)，與常規(guī)鍋爐相比這臺(tái)鍋爐有兩套循環(huán)系統(tǒng)，兩套循環(huán)系統(tǒng)之間循環(huán)量的分配也是一個(gè)難點(diǎn)，尤其是當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，凈段的循環(huán)量和鹽段的循環(huán)量之間的匹配，更是難上加難。
????“鍋爐每天都在調(diào)整負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致鍋爐的壓力不停波動(dòng)，對(duì)鍋爐的水位控制有影響，因?yàn)閴毫Σ▌?dòng)容易引起汽水共騰，汽和水沒有分界面，那鍋爐到底有多少水就不知道了?！眳莻澱f，為了確保試驗(yàn)順利，項(xiàng)目組考慮了許多可能遇到的問題。
????回用油田采出水的大型燃煤流化床鍋爐在石油開采領(lǐng)域應(yīng)用可謂史無前例，沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目組人員面臨的壓力可想而知。
????2011年4月試驗(yàn)工程開工，同年年底項(xiàng)目主體完工。2012年2月正式注汽，此后項(xiàng)目組經(jīng)歷了許多曲折，特別是在配套系統(tǒng)中暴露出很多問題。
????“當(dāng)時(shí)是冬天，像管線凍堵，連夜烤幾公里的管線解凍這都是容易解決的小事，難的是現(xiàn)場如何操作，因?yàn)榇蠹叶紱]經(jīng)驗(yàn)，只能靠不斷摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。”現(xiàn)在回憶起那段時(shí)間的經(jīng)歷吳偉棟仍然覺得心有余悸。面對(duì)這個(gè)配套系統(tǒng)多、相關(guān)設(shè)備多的新鮮事物，大家畢竟都是第一次接觸，誰的心里也沒有底。
????出現(xiàn)問題就解決，沒有經(jīng)驗(yàn)就摸索，項(xiàng)目組硬著頭皮也要啃下這塊“硬骨頭”。后來，大家漸漸對(duì)這臺(tái)鍋爐系統(tǒng)熟悉了起來，也摸索出了經(jīng)驗(yàn)，后期的試驗(yàn)就相對(duì)比較順利了。
????2012年3月初，項(xiàng)目組在解決除塵、吹灰系統(tǒng)相關(guān)問題，確保所有主要設(shè)備正常投用后確定了72小時(shí)試運(yùn)行時(shí)間。
????72小時(shí)試運(yùn)行是為鍋爐進(jìn)行的最后一道體檢。試運(yùn)行過程中，設(shè)備工作狀態(tài)與正式投產(chǎn)相同，通過觀察期間運(yùn)行工況，跟蹤記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷鍋爐是否達(dá)到長時(shí)間安全平穩(wěn)運(yùn)行條件，以驗(yàn)證鍋爐的安全性、可靠性。
????試驗(yàn)后期的相對(duì)順利，讓項(xiàng)目組以為可以平穩(wěn)度過72小時(shí)試運(yùn)行，沒想到卻被嚇出一身冷汗。
????當(dāng)時(shí)，試運(yùn)行馬上接近七十小時(shí)，眼看成功在即。吳偉棟正在現(xiàn)場觀察注汽分配和靈敏度調(diào)節(jié)這些問題，當(dāng)他認(rèn)為鍋爐已經(jīng)可以了的時(shí)候，鍋爐卻突然自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)了，這讓現(xiàn)場人員大吃一驚。項(xiàng)目組趕緊去查看運(yùn)行記錄，這要是有什么問題，可就前功盡棄了。大家的心都提到了嗓子眼。
????幸好有驚無險(xiǎn)！原來是一個(gè)誤操作導(dǎo)致了鍋爐停止運(yùn)轉(zhuǎn)，還是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，操作人員無意中啟動(dòng)了緊急停車程序并進(jìn)行了確定。好在不是系統(tǒng)問題，項(xiàng)目組松了一口氣，但是要進(jìn)行下一次72小時(shí)試運(yùn)行，要等鍋爐冷卻一周才行。這期間項(xiàng)目組對(duì)操作人員加強(qiáng)了培訓(xùn)，并調(diào)整了操作系統(tǒng)，避免再次發(fā)生誤操作。
????2012年3月14日，首臺(tái)回用油田采出水的大型燃煤流化床鍋爐在風(fēng)城油田順利結(jié)束了72小時(shí)試運(yùn)行。試運(yùn)行期間，該鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，近130噸高干度蒸汽注入風(fēng)城超稠油地下管網(wǎng)，為超稠油熱采注入新活力。
????2012年5月，該鍋爐進(jìn)入對(duì)各類水質(zhì)的適應(yīng)及運(yùn)行調(diào)試階段。一個(gè)多月時(shí)間里，項(xiàng)目組分別對(duì)這臺(tái)鍋爐按照100%清水、摻混20%、40%、60%比例采出水展開運(yùn)行調(diào)試。結(jié)果顯示，這臺(tái)鍋爐成功實(shí)現(xiàn)了最高混摻60%采出水的設(shè)計(jì)要求。
????“我們對(duì)混摻50%以下的采出水都不擔(dān)心，但是混摻50%到60%時(shí)，看著爐水的含鹽量和礦化度迅速上升，大家心里還是比較緊張?！眳莻澱f，他們一直在現(xiàn)場分析化驗(yàn)爐水的各種水質(zhì)指標(biāo)、鍋爐液位和壓力波動(dòng)等，生怕有什么閃失。
????2012年6月14日凌晨，這臺(tái)鍋爐開始正式運(yùn)行。經(jīng)過凈化的采出水混摻清水后成為礦化度2000mg/L高含鹽水被送入這臺(tái)鍋爐的爐膛，在鍋爐的轟鳴聲中，變成了汩汩有力的“汽龍”，輸送到風(fēng)城油田廣袤的大地深處。它每小時(shí)生產(chǎn)130噸蒸汽的能力可替代六七臺(tái)普通燃?xì)庾⑵仩t，還具有燃料適應(yīng)性廣、熱效率高、運(yùn)行安全可靠、脫硫效果好、煙塵排放濃度低、節(jié)能節(jié)水等特點(diǎn)。
????這不僅意味著中石油集團(tuán)公司重大試驗(yàn)項(xiàng)目的成功，更是創(chuàng)造了生產(chǎn)出全國首臺(tái)可回用稠油凈化污水的循環(huán)流化床鍋爐的歷史。
2018年1月2日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)員工在稠油生產(chǎn)區(qū)塊注汽作業(yè)。 （風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）
????從頭開始研究
????找尋脫水方法
????循環(huán)流化床鍋爐要想回用超稠油采出水，有個(gè)前提是得從SAGD高溫采出液中分離出水，這也是整個(gè)稠油開采過程中水熱資源高效利用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果沒有這個(gè)技術(shù)，那么后續(xù)的水資源高效利用就無從談起。
????這項(xiàng)SAGD高溫采出液脫水項(xiàng)目子課題，由當(dāng)時(shí)新疆油田勘察設(shè)計(jì)研究的蔣旭等人負(fù)責(zé)。
????2009年該項(xiàng)目立項(xiàng)之初，蔣旭是一個(gè)工作才一年的新人。正所謂初生牛犢不怕虎，雖然接到的是中石油集團(tuán)公司重大項(xiàng)目這種大活，但是他卻沒有感受到什么壓力，因?yàn)樗鞠胂蟛坏剿酉聛頃?huì)面對(duì)什么樣的難題。
2020年9月21日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)新建的稠油處理裝置鳥瞰圖。 本報(bào)記者 戴旭虎 攝
????當(dāng)時(shí)，風(fēng)城的重32和重37兩個(gè)SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)還沒有投產(chǎn)，蔣旭和同事們對(duì)SAGD采出液，可謂一無所知。所謂無知者無畏，形容那時(shí)的他們正好。????通過了解和調(diào)研，蔣旭和同事們得知SAGD的采出液溫度可達(dá)180℃，這可比100℃以內(nèi)的常規(guī)吞吐采出液溫度高了很多。
????“那會(huì)兒我們的思路都在換熱方面，想著把熱換掉，就跟常規(guī)采出液一樣了，然后再把換出來的熱綜合利用一下?！笔Y旭說當(dāng)時(shí)他們想得挺簡單，于是在重37SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)建了個(gè)換熱站。
????2010年，重32和重37兩個(gè)SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)先后投產(chǎn)，SAGD高溫采出液換完熱后進(jìn)入風(fēng)城一號(hào)稠油聯(lián)合站，導(dǎo)致了該聯(lián)合站系統(tǒng)癱瘓。
????這可給蔣旭和同事們“當(dāng)頭澆了一盆涼水”，大家只能先把SAGD高溫采出液改出系統(tǒng)，查找原因。
????“風(fēng)城一號(hào)稠油聯(lián)合站的處理能力是八九十萬噸常規(guī)采出液，SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)投產(chǎn)初期產(chǎn)量很低，也就一兩萬噸采出液，我們覺得一兩萬噸SAGD采出液混入七八十萬噸常規(guī)采出液中應(yīng)該不會(huì)有什么影響，就比如100瓶清水中混入1瓶臟水，也不會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)變化很嚴(yán)重?！笔Y旭坦言，他們沒有想到會(huì)帶來導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓這么大的影響，也就是從那時(shí)起他們開始感到有些壓力了。
????整理思路之后，項(xiàng)目組猜想會(huì)不會(huì)是因?yàn)橐恍┥a(chǎn)過程中產(chǎn)生的比較難處理的老化油或者是SAGD新井投產(chǎn)，有些修井泥漿沒有排干凈，殘留在采出液中導(dǎo)致的，項(xiàng)目組認(rèn)為解決這個(gè)問題要不了多長時(shí)間。
????隨后，他們又讓SAGD采出液接連進(jìn)了幾次風(fēng)城一號(hào)稠油聯(lián)合站，每進(jìn)一次都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。項(xiàng)目組開始意識(shí)到，這不是短時(shí)間能過去的事。也就是說，SAGD采出液根本不能進(jìn)當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)，一進(jìn)就會(huì)出事。這種采出液開始展現(xiàn)它“兇狠”的一面。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2018年1月27日，重油公司采油作業(yè)二區(qū)，巡檢工檢查注汽設(shè)備的運(yùn)行情況。
????“大家都懵了，如果因?yàn)镾AGD采出液，導(dǎo)致風(fēng)城一號(hào)稠油聯(lián)合站交不了油，進(jìn)而影響風(fēng)城油田的產(chǎn)量，那就是非常嚴(yán)重的后果了?！笔Y旭說，聯(lián)合站的作用就是對(duì)含水百分之八九十的采出液進(jìn)行脫水，采出液脫水后，一部分是水，一部分是油，再把油交走。
????項(xiàng)目組住到現(xiàn)場，“手忙腳亂”去改進(jìn)風(fēng)城一號(hào)稠油聯(lián)合站的系統(tǒng)。他們一邊恢復(fù)老系統(tǒng)的穩(wěn)定，確保正常交油，一邊把SAGD采出液引入站外的大池子，用罐車?yán)咛幚??？蛇@也不是長久之計(jì)，因?yàn)橄葘?dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)投產(chǎn)的井越來越多，產(chǎn)量也隨之增加。
????留給項(xiàng)目組的時(shí)間不多了，壓力也越來越大。他們開始走訪其他油田試圖尋求解決之道，但是采出液跟地層和原油特性密切相關(guān)，其他油田的采出液表現(xiàn)出的特性跟風(fēng)城SADG采出液并不一樣，所以別人的方法對(duì)自己沒有什么實(shí)質(zhì)性幫助。
????當(dāng)時(shí)有人這樣調(diào)侃：你要是能拿下這個(gè)項(xiàng)目，可算是為國爭光呀！
????蔣旭清楚這句話的分量，原因不外乎兩點(diǎn)，一是SAGD高溫采出液脫水這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)時(shí)僅有少數(shù)幾個(gè)國家掌握，國內(nèi)還沒有成功案例。二是掌握此項(xiàng)技術(shù)的幾個(gè)國家，對(duì)技術(shù)中的脫水工藝、核心設(shè)備及藥劑配方，實(shí)施了技術(shù)封鎖。
????蔣旭和同事決定開始正視這種前所未見的采出液，從頭開始分析研究，尋找脫水方法。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2020年9月27日，重油公司采油作業(yè)二區(qū)十七號(hào)供熱站，巡檢工人在檢查水處理設(shè)備的運(yùn)行情況。
????發(fā)現(xiàn)獨(dú)特物性
????思路慢慢清晰
????SAGD采出液脫水的難點(diǎn)之一是要在高溫、高壓的狀態(tài)下進(jìn)行密閉脫水，因?yàn)镾AGD采出液溫度高達(dá)180℃，潛藏著很大的熱能資源，如果常溫脫水就會(huì)損失這些熱能，也違背了水熱資源高效利用的初衷。
????想要脫水，得先研究SAGD采出液，那就得先取樣研究清楚物性，才知道要干什么和怎么干。
????“但是剛開始時(shí)，我們連如何取樣都不知道。” 風(fēng)城超稠油開發(fā)地面工程配套技術(shù)研究重大項(xiàng)目總課題長黃強(qiáng)說，“科研”二字說起來簡單，但是科研的每一步都不簡單。
????180℃的采出液，在常規(guī)的裝置中會(huì)汽化，不利于對(duì)其物性進(jìn)行分析研究。為此，項(xiàng)目組制作了帶壓密閉取樣器等一系列帶壓密閉裝置，確保180℃的采出液是液態(tài)，方便研究。
????SAGD采出液呈黃褐色，像泥糊糊一樣，項(xiàng)目組對(duì)它進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)跟常規(guī)采出液相比，它還真如外表一樣含泥量比較高，這就使它的乳化特性很特殊。常規(guī)采出液靜止5分鐘就會(huì)分成兩層，上面是油包水，下面是水包油，而SAGD采出液就很難分層。
????在發(fā)現(xiàn)SAGD采出液乳化特性不一樣后，項(xiàng)目組便開始篩選破乳劑，但是先后篩選了幾十種大類，效果都不理想。有的破乳劑即便能有效果但是需要的劑量很大，成本太高。而且當(dāng)時(shí)是90%的常規(guī)采出液和10%的SAGD采出液混摻進(jìn)行試驗(yàn)，這樣都需要大量的破乳劑，那么之后SAGD產(chǎn)量大了豈不更加難辦。
????剛有點(diǎn)思路就又陷入了困境，項(xiàng)目組想到去當(dāng)時(shí)SAGD技術(shù)最成熟先進(jìn)的加拿大調(diào)研?？墒羌幽么箅m然也是采用高溫脫水，但是他們的SAGD采出液含泥量不大。風(fēng)城SAGD采出液含泥量高，是地質(zhì)原因?qū)е碌模莻€(gè)無法回避的客觀因素。
????又一次沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目組只能再次靜下心仔細(xì)研究含泥量高帶來的影響。
????“含泥量是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，泥在采出液中充當(dāng)乳化劑的作用，能把油和水充分乳化，在油水界面形成一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)?！笔Y旭說，常規(guī)情況下油和水有密度差，油慢慢往上浮，水慢慢往下沉，就會(huì)慢慢分層，而有了泥以后，泥會(huì)和油“抱”得很緊，使本來比水輕的油變得跟水一樣重了，改變了油水原本的密度差，這樣油就能穩(wěn)定地懸浮在水中間，導(dǎo)致油水難分離。
????此外，SAGD采出液是復(fù)雜乳化狀態(tài)，從微觀角度來看是水包油包水，即——外層是水、水中間包著油、油中間又包著水這種混合乳化狀態(tài)。常規(guī)采出液一般要么是水包油，要么是油包水，不會(huì)像這樣一層一層的包，層數(shù)多了難破乳，油水分離難度就大。
????可是不管怎么樣優(yōu)化破乳劑，脫水效果還是不明顯。正當(dāng)項(xiàng)目組又犯愁時(shí)，有人發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室有罐SAGD采出液，還沒來得及加乳化劑做試驗(yàn)，就被忘記了，放置一兩個(gè)月還是跟取出時(shí)一樣呈黃褐色，完全沒有變化。
????這個(gè)美好的遺忘，讓大家很詫異，似乎預(yù)示著什么。
????“竟然一兩個(gè)月都不發(fā)生變化，這么反常會(huì)不會(huì)還有什么別的原因？”蔣旭和同事開始往膠體特性上聯(lián)想。他們著手測SAGD采出液的Zeta電位，常規(guī)采出液并不具備膠體特征，Zeta電位一般在-10到0毫伏之間，而他們測出SAGD采出液的Zeta電位竟有-70毫伏左右。這個(gè)結(jié)果讓項(xiàng)目組又驚又喜，驚的是超過正負(fù)60毫伏說明膠穩(wěn)定性極強(qiáng)，喜的是終于找到了SAGD采出液這么穩(wěn)定難以分離的原因。
????繼續(xù)研究，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)SAGD采出液帶負(fù)電荷，這還是泥“搞的鬼”。因?yàn)槟啾旧砣菀讕ж?fù)電荷，而它又跟油“抱”得很緊，導(dǎo)致小油滴都帶負(fù)電荷，互相排斥，當(dāng)然很難聚集形成大油滴，進(jìn)而跟水分離。
????終于搞清楚了風(fēng)城油田SAGD采出液的獨(dú)特之處，那就是具有乳液和膠體的雙重特性。項(xiàng)目組的研究思路也因此慢慢清晰了起來。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2018年10月23日，克拉瑪依油田百里油區(qū)觀景臺(tái)腳下，新一代流化床注汽鍋爐生產(chǎn)熱火朝天。
????找準(zhǔn)脫水方向
????全力攻克難題
????隨后，項(xiàng)目組對(duì)SAGD采出液進(jìn)行了脫水影響因素的全面分析，提出了先破膠再破乳的技術(shù)思路。
????破膠就是把SAGD采出液的復(fù)雜乳化狀態(tài)變成常規(guī)采出液那種上面是油包水、下面是水包油的狀態(tài)。如果能實(shí)現(xiàn)這一步，那么上面的油包水再加破乳劑，就很容易把水脫掉了。也就是后半部分可以用常規(guī)技術(shù)來處理了，前半部分破膠是難點(diǎn)。
????“但是破膠跟破乳是兩種截然不同的方式，一個(gè)是從水里面把油拿出來，另一個(gè)是從油里面把水拿出來，一旦加了過多的破膠藥劑，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)的破乳效果?！笔Y旭說，要做到既能破膠，又不能對(duì)后續(xù)破乳產(chǎn)生影響，這需要通過優(yōu)化藥劑來實(shí)現(xiàn)。
????藥劑的第一個(gè)要求是破膠的同時(shí)不能影響破乳，第二個(gè)要求是必須耐高溫。因?yàn)槌Ｒ?guī)藥劑的合成溫度不超過120℃，而合成和分解又是可逆的，只要溫度超過合成溫度就會(huì)分解。SAGD采出液的溫度是180℃，會(huì)導(dǎo)致常規(guī)藥劑分解失效，所以藥劑需要耐高溫。
????在藥劑合作單位篩選藥劑的同時(shí)，項(xiàng)目組開始研究最佳脫水溫度，雖然是高溫脫水，但不是一味追求溫度很高，因?yàn)樽罱K目標(biāo)是要高效脫水。
????那么到底多高的溫度脫水效率最好，這需要大量的試驗(yàn)來論證。項(xiàng)目組要通過軟件模擬不同溫度下的脫水過程，初步確定合適的溫度，再進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證模擬的溫度是否合適。
????最終，項(xiàng)目組對(duì)藥劑合作單位提出的耐溫要求是160℃至180℃，藥劑的合成溫度要高于200℃。該單位通過不斷的努力終于研制出了符合先破膠后破乳并且耐高溫的藥劑。
????此時(shí)，時(shí)間已經(jīng)來到了2011年下半年，那年新疆油田公司擴(kuò)大了SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)，又打了二三十對(duì)SAGD新井，眼看著風(fēng)城SAGD產(chǎn)量越來越高，留給蔣旭他們的時(shí)間越來越少了。
本報(bào)首席記者 閔勇 攝 2020年9月21日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)員工在巡檢。目前，一批新建的注汽鍋爐已在稠油生產(chǎn)區(qū)塊投用。
????完成藥劑研發(fā)和室內(nèi)試驗(yàn)后，2011年冬天項(xiàng)目組馬不停蹄開始在現(xiàn)場做小型模擬試驗(yàn)。歷時(shí)兩個(gè)月，項(xiàng)目組驗(yàn)證了不同溫度、不同加藥量、不同電場對(duì)脫水的影響，分析、化驗(yàn)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一千多組，優(yōu)化了最佳脫水溫度、沉降時(shí)間等，克服了現(xiàn)場凝管等種種困難和灰心喪氣的時(shí)刻。
????“當(dāng)小型高溫脫水模擬試驗(yàn)裝置分離出合格油時(shí)，我們心里基本有底了?！笔Y旭說，這為后續(xù)的SAGD高溫密閉脫水工業(yè)化試驗(yàn)打下了良好基礎(chǔ)。
????其實(shí)，在做小型模擬試驗(yàn)時(shí)，項(xiàng)目組也在考慮如何能改進(jìn)脫水裝置，進(jìn)一步提高效率。立式的脫水裝置沉降界面高，離出水口遠(yuǎn)，越往下水越清，所以水質(zhì)較好，而臥式脫水裝置沉降界面大，能作用的藥劑多，脫水更高效，二者各有優(yōu)劣。
????為了能優(yōu)化脫水裝置，蔣旭那時(shí)“瘋狂”查閱論文資料，有次他在查看資料時(shí)突然受到段塞流捕集器的啟發(fā)，要是脫水裝置也是斜式的會(huì)是什么樣呢？
????所謂斜式，就是讓裝置有一定仰角，這一個(gè)小小的改變，就能結(jié)合立式和臥式的優(yōu)點(diǎn)，既能保障沉降界面較大，又能保障水質(zhì)干凈，而且還能增加油滴的碰撞幾率。
????“因?yàn)椴还苁橇⑹竭€是臥式，油滴始終垂直往上走，水滴始終垂直往下走，這種直上直下的方式，油滴的碰撞幾率并不高。斜起來之后，油滴和水滴的運(yùn)動(dòng)軌跡變成了邊斜著邊往上或往下，成了曲線，曲線的碰撞幾率就比直線大多了，而且我們還在中間添加了填料，把一個(gè)空間分成幾個(gè)小空間，每個(gè)小空間都可以看作是一個(gè)小分離器，這樣就進(jìn)一步增加了碰撞幾率，也提高了藥劑反應(yīng)的效率?！笔Y旭說，不僅如此，改為仰角后泥砂堆積角變小，更有利于排砂。
????思路越來越順，項(xiàng)目組便開始軟件模擬，他們在0度到45度之間反復(fù)試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)了仰角在9度到15度之間最為合適。此外，項(xiàng)目組基于仰角裝置，將傳統(tǒng)重力沉降脫水升級(jí)為強(qiáng)制對(duì)流脫水，脫水效率提高50%以上。
2013年9月3日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)重32井區(qū)，供熱站注汽作業(yè)正在進(jìn)行。 （風(fēng)城作業(yè)區(qū)供圖）
????工藝逐步成熟
????開展工業(yè)試驗(yàn)
????2011年底，隨著脫水工藝、密閉集輸工藝的成功和裝置設(shè)備的優(yōu)化，整套SAGD采出液高溫密閉脫水工藝已經(jīng)成熟了，具備開展工業(yè)化試驗(yàn)的條件。
????2012年，新疆油田公司決定建設(shè)30萬噸處理能力的風(fēng)城油田SAGD采出液高溫密閉脫水試驗(yàn)站，中石油集團(tuán)公司也將其確定為集團(tuán)公司的重大試驗(yàn)。
????蔣旭和同事又承擔(dān)起該試驗(yàn)站的設(shè)計(jì)任務(wù)。時(shí)間緊、任務(wù)重，自參與該項(xiàng)目以來，蔣旭的壓力越來越大?！安豢奢p言放棄，否則對(duì)不起自己?！边@是蔣旭的QQ簽名，也是他面對(duì)此項(xiàng)試驗(yàn)的態(tài)度。
????試驗(yàn)站的設(shè)計(jì)難點(diǎn)還是在于高溫脫水，因?yàn)椋邷匾馕吨邏?，各?jí)壓力要是控制不住，那就像家里的鍋開鍋的情況，本來就難脫水，再一開鍋那基本就脫不了水了，所以每個(gè)點(diǎn)的壓力控制都非常關(guān)鍵。領(lǐng)導(dǎo)安慰大家說試驗(yàn)站允許失敗，但是大家心里都清楚，這個(gè)站只能成功，不能失敗。
????試驗(yàn)站從設(shè)計(jì)到施工建設(shè)，歷時(shí)近一年，2012年底試驗(yàn)站投產(chǎn)。雖然冬季投產(chǎn)比夏季投產(chǎn)要難，但是時(shí)間不等人，項(xiàng)目組別無選擇。冬季投產(chǎn)要嚴(yán)防管線凍堵，尤其是埋地管線一旦凍堵，就只能等來年開春再施工了。項(xiàng)目組重點(diǎn)關(guān)注有靜止液體的管線，因?yàn)樵诹阆露當(dāng)z氏度的天氣里，靜止的液體很容易凍堵。項(xiàng)目組每隔半小時(shí)就去給管線測溫，發(fā)現(xiàn)溫度較低便打開管線用桶接著放出液體，讓高溫液體補(bǔ)充流入一些，整體提高管線中液體的溫度。
????所有管線查看一遍，一晚上也就不用睡了。在項(xiàng)目組的精心呵護(hù)下，試驗(yàn)站在投產(chǎn)過程中雖然有些小問題，但是沒有出現(xiàn)大問題，投產(chǎn)第四天就分離出合格的油，這宣告了風(fēng)城油田SAGD采出液高溫密閉脫水試驗(yàn)站投產(chǎn)成功。
2017年11月20日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)員工在除硅反應(yīng)器等裝置下巡檢。稠油污水除硅系統(tǒng)的投用，為風(fēng)城稠油開采立下大功。（風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）
????2012年12月10日，試驗(yàn)站生產(chǎn)出首批含水率在2%以下的合格油品，并超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。當(dāng)大家都在手舞足蹈地慶祝試驗(yàn)成功的時(shí)候，蔣旭卻在試驗(yàn)站中控室的椅子上睡著了。之前的5天5夜試驗(yàn)時(shí)間里，他只睡了不到3個(gè)小時(shí)。????2013年前半年，項(xiàng)目組依托該試驗(yàn)站完成了全部階段的工業(yè)化試驗(yàn)，在此期間對(duì)高溫密閉脫水工藝、關(guān)鍵設(shè)備和藥劑配方進(jìn)一步優(yōu)化和定型，形成了SAGD采出液高溫密閉脫水工藝包。
????高溫密閉脫水工藝是水熱資源高效利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果采用開放式流程，無疑會(huì)散失大量熱能；如果油水分離不了，那么后續(xù)也沒有污水可以處理，進(jìn)而回用鍋爐了。
????解決了循環(huán)流化床鍋爐和高溫密閉脫水的難題，距實(shí)現(xiàn)水熱資源高效利用就差最后一個(gè)主要環(huán)節(jié)了，就是通過水處理把SAGD采出液中分離出來的高礦化度水，凈化處理成低礦化度水，以便回用鍋爐。
????勘察設(shè)計(jì)研究院采出水凈化處理項(xiàng)目組，在傳統(tǒng)常規(guī)的水處理工藝上進(jìn)一步攻關(guān)研究，形成了前端除硅，后端除鹽，且工藝段更短，成本更低的水處理工藝。在這個(gè)過程中，他們自主研發(fā)了離子調(diào)整旋流反應(yīng)裝置，創(chuàng)新重核強(qiáng)化催化絮凝技術(shù)，成為新疆油田公司獨(dú)具特色的采出水處理工藝。該工藝技術(shù)大幅提高了水質(zhì)凈化穩(wěn)定效率，降低了系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢趨勢，同比國內(nèi)外項(xiàng)目，節(jié)約投資30%。
????此外，針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐定期排放經(jīng)過高溫蒸煮的礦化度高達(dá)15000mg/L至30000mg/L的濃鹽水，項(xiàng)目組通過“降膜蒸發(fā)+強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶”工藝進(jìn)行深度處理后再次回用鍋爐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)稠油開采流程基本上沒有廢水排放。
本報(bào)通訊員 白建茹 攝 2012年10月28日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供氣聯(lián)合站的兩名員工正在疏通鍋爐水汽流程，給鍋爐上水。
????水熱高效利用
????技術(shù)國際領(lǐng)先
????至此，整個(gè)風(fēng)城SAGD超稠油開發(fā)地面工程中能達(dá)到水熱資源高效利用效果的主要技術(shù)已經(jīng)成熟，其余三個(gè)子課題也都先后完成，剩下就是相關(guān)配套技術(shù)的整合和優(yōu)化系統(tǒng)了。其中，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一套高效的換熱系統(tǒng)，通過乙二醇循環(huán)系統(tǒng)把所有熱都換進(jìn)去暫存起來，等需要時(shí)乙二醇系統(tǒng)再把熱傳遞出去。
????要實(shí)現(xiàn)熱能高效利用，第一個(gè)環(huán)節(jié)是密閉集輸和密閉處理，這樣方便把熱集中起來。注入到地層的熱能，有三分之一隨著高溫采出液和蒸汽返回地面，這部分蒸汽通過密閉集輸，集中到處理站里，隨后蒸汽中的熱被換到乙二醇系統(tǒng)中暫存，冷凝后蒸汽變成水，再回到水系統(tǒng)中。而高溫采出液通過密閉集輸進(jìn)入高溫密閉脫水系統(tǒng)，脫完水后，油和水多余的熱量也被回收到乙二醇系統(tǒng)中暫存，整個(gè)過程沒有熱損失。
????第二個(gè)環(huán)節(jié)是通過乙二醇換熱系統(tǒng)作為中間介質(zhì)，把熱量傳遞給需要的各個(gè)用戶。乙二醇換熱系統(tǒng)高溫段140℃，低溫段50℃，這中間的90℃的溫差可用于冬季采暖或?qū)⑺幚砗?0℃的凈化水升溫至120℃再回注鍋爐等。
????第三個(gè)環(huán)節(jié)是管網(wǎng)的保溫，因?yàn)榧敼芫€溫度180℃左右，注汽管線溫度達(dá)三百多℃，而且管網(wǎng)遍布地面。如果不注重保溫，會(huì)散失許多熱量。項(xiàng)目組研發(fā)了各種管網(wǎng)高效保溫隔熱結(jié)構(gòu)材料，最大程度減少散熱損失。
????第四個(gè)環(huán)節(jié)是通過煙氣回收裝置，把一百多℃的鍋爐煙氣中的熱量回收。
????通過這4個(gè)環(huán)節(jié)，基本上有效控制了超稠油SAGD開發(fā)地面工程全流程中的散熱點(diǎn)，每年可以節(jié)約五六十萬噸標(biāo)煤的熱量。
????實(shí)現(xiàn)水資源高效利用的核心就是采出液脫水，因?yàn)殄仩t把水燒成蒸汽注入地層，其中80%的水會(huì)隨著采出液返回地面，采出液脫水分離后的采出水經(jīng)過水處理，再次回注鍋爐用于產(chǎn)生蒸汽。整個(gè)流程下來可以實(shí)現(xiàn)95%的采出水回用，對(duì)于風(fēng)城油田每天7萬方的采出水來說，采出水回用的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保意義不言而喻。
????2018年夏天投產(chǎn)的擁有120萬噸SAGD采出液處理能力的風(fēng)城二號(hào)稠油聯(lián)合站二期工程全部實(shí)現(xiàn)上述的所有環(huán)節(jié)，形成了以“高干度注汽、高溫集輸、高效脫水、低成本污水回用”為特點(diǎn)的超稠油地面工藝模式，成為國內(nèi)首個(gè)超稠油水熱資源高效利用工業(yè)化的全流程密閉處理站。
????在新疆油田公司實(shí)現(xiàn)超稠油開發(fā)水熱資源高效利用的過程中，其中的關(guān)鍵技術(shù)循環(huán)流化床鍋爐和高溫密閉脫水工藝，一舉成為國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的技術(shù)。
2017年11月20日，風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)員工在凈化污水處理反應(yīng)間巡檢。（風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供圖）
????回用稠油凈化污水的循環(huán)流化床鍋爐更是屬于世界首創(chuàng)，填補(bǔ)了國內(nèi)外在燃煤注汽鍋爐上的技術(shù)空白，獲得專利授權(quán)6項(xiàng)，其中發(fā)明專利3項(xiàng)。該鍋爐以分段蒸發(fā)水循環(huán)技術(shù)與“流態(tài)重構(gòu)”理論協(xié)同創(chuàng)新為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了鍋爐的節(jié)能高效，鍋爐出口蒸汽過熱5℃至30℃，噸汽成本下降40%，并把鍋爐用水礦化度限值由國際標(biāo)準(zhǔn)的5mg/L拓寬到2000mg/L，實(shí)現(xiàn)了高溫污水回用。目前，該技術(shù)已推廣至中石化勝利油田新春采油廠、加拿大多佛油田。
????高溫密閉脫水工藝則針對(duì)復(fù)雜采出液脫水難的問題，創(chuàng)新提出“破膠失穩(wěn)—破乳脫水”油水分離機(jī)理，發(fā)明高溫（180℃）脫水技術(shù)，研發(fā)耐220℃高溫的有機(jī)化學(xué)藥劑，突破了有機(jī)藥劑合成溫度小于等于140℃的禁區(qū)，且加藥量降低80%以上。同時(shí)，基于仰角脫水裝備的強(qiáng)制對(duì)流脫水工藝，使脫水時(shí)間由國內(nèi)常規(guī)工藝的120小時(shí)脫水效率95%，縮短至4小時(shí)脫水效率99.5%，脫水效率提高30倍以上。
????此外，和加拿大高溫脫水工藝相比，該技術(shù)藥劑耐溫提高40℃，加藥量同比降低25%以上，且處理原油黏度是國外同類技術(shù)的5倍。
????上述全部技術(shù)及裝備的應(yīng)用，使新疆油田公司實(shí)現(xiàn)了水熱資源綜合利用率由傳統(tǒng)的75%提高到95%以上，噸油單耗同比降低21.4%，年節(jié)能效益達(dá)9.5億元。克拉瑪依油田稠油開采累計(jì)回用采出水4.2億噸，相當(dāng)于新疆油田公司5年用水量總和。
????這些技術(shù)和裝備用于風(fēng)城超稠油開采已經(jīng)清晰地展現(xiàn)了它的價(jià)值和意義。那么，如果自覺地向全世界擁有相似稠油的區(qū)域提供技術(shù)服務(wù)，其價(jià)值和意義又將如何呢？
????相關(guān)說明
????1、從1955年10月29日克拉瑪依一號(hào)井噴射出工業(yè)油流開始，克拉瑪依油田就以新中國第一個(gè)大油田的身份名揚(yáng)全國。后來，由于中石油重組，“新疆油田”又成為正式文件中對(duì)“克拉瑪依油田”的稱謂。為了不給讀者造成困惑，本文統(tǒng)一采用“克拉瑪依油田”這個(gè)名稱來作為新疆石油管理局、新疆油田公司先后在準(zhǔn)噶爾盆地開發(fā)的各個(gè)油田的總稱。
????2、克拉瑪依油田的開發(fā)主體由于中石油的重組，名稱也在變化，以前主要是“新疆石油管理局”，現(xiàn)在為“新疆油田公司”。本文中，開發(fā)主體在所述年代叫什么名字就用什么名字。
????3、文中涉及到的人物的職務(wù)，所述新聞事實(shí)發(fā)生時(shí)是什么職務(wù)就寫什么職務(wù)。
????明日請關(guān)注克拉瑪依油田稠油開發(fā)的奮進(jìn)歷程系列報(bào)道之八：《百折不撓浴火重生——克拉瑪依油田注蒸汽開采后稠油油藏高溫火驅(qū)開發(fā)攻關(guān)紀(jì)實(shí)》
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