稠油热采新型制汽技术研究

王超　刘明

摘 要：我国稠油资源约198.7亿吨，已在12个盆地发现了70多个重质油田，探明储量35.5亿吨，主要采用注汽热采技术进行开发。热采开发是一种以热换“油”的开发方式，主要采用燃油/燃煤方式锅炉制蒸汽，能耗高，污染大，制汽成本高。本着稠油开发实施低成本、安全绿色战略的要求，需要打破传统思维，开发新型节能环保的制蒸汽方法。高温高压小型反应堆的高能量、少耗料、低成本、低放射性源、高安全性等特点，为稠油开发提供了一种新型热采开发方式，具有重要的经济及社会意义。本文基于小型压水堆、高温气冷堆和铅铋快堆的技术特点，从制汽方面，提供核能制蒸汽技术方案，以满足油井用汽要求，为核能供热采油可行性提供依据。

关键词：稠油;热采;小型反应堆;制汽

1 小型压水堆方案

ACPR50模块化紧凑型小型堆是中国广核集团自主研发的两环路50MW级的非能动安全先进小型堆，热功率200MWt。

ACPR50小型压水堆的输出介质的温度最高只能达到330℃，为了利用核能，考虑反应堆输出热水温度为305℃，经过首站换热器隔离换热，再输出热水的温度为300℃左右，为了达到供汽参数的要求，考虑将首站输出的热水利用注汽锅炉发生合符参数要求的蒸汽，该蒸汽长距离输送到注汽区块中心。小型压水堆冷却剂参数低的特点决定了它不能独立提供核能，而是要和常规能源的蒸汽发生设备配合才能实现正常供蒸汽。

小型压水堆参与的制汽流程由核堆、首站换热器、注汽锅炉及预热器、短距离输送管线、水源水输送管线等构成。核堆产出高能熱水输送到换热首站，经首站换热器产出300℃左右的热水作为给水输送到注汽锅炉，经过锅炉生成满足参数要求的蒸汽，再短距离输送到注汽区块中心。水源采用油田油水分离后的热水，水源水温度80℃以上，经过离子交换除盐输入首站。

注汽锅炉由于给水温度比常规温度大幅度提高，将会导致排烟气温度比常规提高200℃左右，这将导致锅炉的排烟损失大幅度加大，从而使锅炉的效率由92%左右降低到84%，为了充分利用排烟热量，考虑重新设计预热器充分利用排烟热量对少部分水源水进行预热后送入给水入口管。

国内注汽锅炉以拖车移动式和撬装式为主，18t/h以下产量的锅炉可以是拖车式，该容量以上的锅炉一般做成撬装式，最大容量可以到100t/h，注汽锅炉可以烧油或者天然气，受到采油市场需求影响，主流供货产品鲜有烧煤锅炉，现有型号的注汽锅炉稍做设计修改可以满足核能制汽的要求，更大容量的注汽锅炉可以定制。

2 高温气冷堆方案

高温气冷堆HTR-200为球床模块式高温气冷堆，采用全陶瓷包覆颗粒球形燃料元件，氦气作冷却剂，石墨作慢化剂。反应堆由活性区、控制棒和吸收球停堆系统、陶瓷堆内构件和金属堆内构件所构成，支承和包容在反应堆压力容器内。

高温气冷堆采用氦气作为反应堆冷却剂，温度高达580℃以上，能够输出高能热水，输出的热水经过换热首站后能够直接产出符合参数要求的蒸汽，经过长距离输送到注汽区块中心。

高温气冷堆反应堆冷却剂为氦气，根据物理特性，气态介质在同样温度变化的情况下所释放出的热量大大地低于液态和固态介质，这就决定了高温气冷堆核功率密度低的特点，这就使得高温气冷堆在同样输出热功率的情况下，反应堆和厂房的体积要大大地高于其他堆型，占地面积大，设备厚重。高温气冷堆参与的制汽流程由核堆、首站换热器、长距离蒸汽输送管线、水源水输送管线等构成。核堆产出高能热水输送到换热首站，经首站换热器产出满足参数要求的蒸汽，再长距离输送到注汽区块中心。水源采用油田油水分离后的热水，水源水温度80℃以上，经过离子交换除盐输入首站。

3 铅基快堆制汽方案

铅基快堆CLFR-100反应堆的输出热功率为260MWt，2015年起，中广核已设立战略专项开展铅基快堆关键技术研发，已完成固有安全铅基快堆方案设计，正在进行优化设计和初步设计工作。

铅基快堆采用液态铅铋合金作为反应堆冷却剂，温度高达520℃以上，能够输出高能热水，输出的热水经过换热首站后能够直接产出符合参数要求的蒸汽，经过长距离输送到注汽区块中心。

铅基快堆由于采用铅铋合金作为冷却剂，这种合金在液态下具有极高的比热容，使得该堆型功率密度极高，甚至比压水堆还要高得多，在同样的热功率输出的情况下，铅基快堆堆芯体积可以极大地缩小，这种优势非常有利于反应堆的小型化，甚至可以作为陆上移动式反应堆堆型，这将能够更好地适应于机动采油。同样，铅基快堆参与的制汽流程由核堆、首站换热器、长距离蒸汽输送管线、水源水输送管线等构成。

4 结束语

ACPR50小型压水堆因为反应堆冷却剂最高温度只能达到330℃，这样不论是输出蒸汽还是热水均无法满足稠油热采蒸汽参数要求，为此，我们建议ACPR50输出热水，配合注汽锅炉发生符合参数要求的蒸汽用于长距离输送到注汽区块中心;

HTR-200冷却剂温度高达580℃以上，采用这种堆型输出蒸汽可以达到起点参数要求，但这种堆型厂房占地面积大，设备厚重;

CLFR-100的反应堆冷却剂温度同样达到520℃以上，输出蒸汽可以达到长输参数要求，这种堆型堆芯功率密度很高，可以固定式，也可以实现移动式供能。

参考文献：

[1]谢建军，魏淋生，赵长喜.稠油热采井新型增效技术的现场实践及认识[J].石油地质与工程，2007，21（2）：65-68.