全面质量管理在稠油热采中的应用

庄煜

摘  要：稠油热采过程中影响采出率的主要因素为蒸汽携带热量，蒸汽携带热量的质量衡量依据为蒸汽干度。如何控制和提高蒸汽干度是提高蒸汽质量的有效途径。本文运行全面质量管理（TQC）方法，对影响蒸汽干度的因素进行全面梳理分析，通过产热、吸热、输热环节热管理，建立提高蒸汽质量的有效措施。

关键词：蒸汽; 干度; 质量

注汽站（企业）产生的合格蒸汽（产品）通过注汽锅炉注入到指定油层，采油管理区（顾客）关注的是蒸汽的质量和成本。因此，上述指标是稠油热采全面质量管理的着力点。

一、稠油热采全面质量管理技术背景

1.1 稠油热采全面质量管理的提出

TQM是融合了质量控制理论、系统理论、质量管理工具模型的结构化系统，从而实现全组织范围的参与规划，进而完成连续改进过程。TQM理论是建立在90%的质量问题，而非雇员问题这一假设基础上的。TQMD的关键工具是统计过程控制（SPC）和质量功能配置，交叉工作团队是TQM的主要工作方式。

稠油热采注汽过程作为吞吐井转周周期的关键环节，需经历注汽计划、地质工艺方案、设备搬迁、注汽施工、完注焖井等环节，涉及采油、地质、作业等部门。其主要生产过程是利用的湿蒸汽发生器（注汽锅炉）对前端水处理装置处理的指标（硬度、含氧、PH值）合格水加热，转化为规定干度的蒸汽，通过地面管线、管网注入底层，对稠油油藏进行加热，实现吞吐或蒸汽驱开采。

蒸汽产生过程简单来说就是放热和吸热的过程。放热过程为燃料燃烧过程，蒸汽传输过程;吸热过程为水转化为蒸汽的热交换过程：

1）放热过程包括燃料燃烧放热和蒸汽传输放热。燃料的燃烧过程中，需要关注燃料和燃烧设备两个方面。燃烧设备主要为燃烧器，主要作用为雾化燃料和提供助燃空气，最终目标是使燃料热量最大程度释放，这是需要加强的方面;蒸汽传输放热指蒸汽在管道输送过程中，由于管线与外界温差产生的热量流失，该部分热量是需要控制减少的。

2）吸热过程包括水吸收燃料燃烧释放的热量和油层吸收蒸汽携带的热量。水吸收燃料热量过程中，需要关注换热面积，换热温差和换热形式。油层吸收蒸汽热量主要井底蒸汽干度，即蒸汽携带热量的多少。

稠油热采蒸汽产生过程涉及环节多，各节点异常都会造成质量缺陷，目前只针对单个环节进行相关控制，无系统的质量管理措施。为抓住蒸汽干度质量指标，从吸热和放热过程寻找质量提升空间，提出并实施了稠油热采全面质量管理。

1.2 稠油热采全面质量管理实施意义

随着节能和环保要求提升，稠油热采作为用能的大户，通过质量管理技术不断提升其用能水平，减少能量损失，是稠油热采全面效率提升的重要措施。

二、稠油热采全面管理技术的实施

2.1 用热过程的质量管理

热量利用程度的好坏，直接影响蒸汽品质。根据蒸汽产生中吸热和放热两大主要环节，分别对用能设备，用能环节进行分析，找出影响因素并采取相应措施。

2.1.1放热过程

放热过程质量控制指标为热量利用率，具体控制措施为燃料放热率增加和蒸汽输送散热率降低。

1）提高燃料燃烧放热率

针对放热过程，根据现场实验数据，分析燃烧过程可调参数对锅炉热效率影响敏感程度可以得出，配风比例对燃烧的影响最为敏感。配风比例是通过燃烧器风门开度控制鼓风机送风量大小来实现的。即通过执行器推动调节连杆机构动作，产生一定的位移和转角，实现送风量的变化。风门调节由于线性不同，开度与风量非正比关系。实际风门开度达到80%以后，基本没有调节性能，也正因为内在线性关系，不同风门的相同开度也会有差别。

现场结果显示，在电动执行器改进过程中，使得下风门连杆的行程缩短，转角变小约10度，对连杆的机构做了二次改进，经过理论计算，重新加工连杆超出原长度2.3cm，较好的解决了配风系统的匹配性。

油枪作为燃烧器的燃烧终端，对炉膛内的火形位置起着至关重要的作用。随着设备的老化，部分油枪的火焰状态发生了改变，影响了设备的燃烧效果。火焰位置一般处在炉膛前段至2/3处的几何中心，呈现飞旋的长“桃”形状，分为内焰区、高温区、和尾部3个区域。为进一步提高燃烧效果，尝试将油枪前移，使火焰高温区更加接近炉膛中心，提升辐射效果。通过将油枪进行前探，既要保持火型，又防止尾部炉管温升太快，根据理论计算，前探距离为1.5cm，火焰长度增加20cm，即后部炉管更接近火焰高温区域，达到了最好的辐射效果。

2）降低蒸气管线散热率

蒸汽输送过程中，由于管线与环境温差导致的热量散失，作为蒸汽质量的负面影响因素，实际运行过程中需要减少控制。蒸汽通过活动管线、补偿器输送到井口，管线环境温差在240～320℃之间，为保证蒸汽注入效果，就需要額外增加燃料弥补这部分损失。

注汽站通过采用设备精简、场地选择、井口推进三个阶段，实现注汽管线安装距离单井平均缩短到170米，全年缩短距离总长度缩短12.4公里，利用热成像仪检测井口温度变化并计算得出，实施该措施后，实现井口注汽干度提升1个百分点。

2.2.2 吸热过程

吸热面积决定管内水和蒸汽接收热量的多少，炉膛高温区域增加后，换热面积不进行增加，放出的热量就不能完全转化为干度提升。但由于炉膛深度确定，为确保炉膛热结构不受影响，对过渡段流通面积进行增加。辐射段平均温度水平上升，炉膛辐射吸热量增加同时，出口烟气温度上升，通过增加光管吸热，实现烟温控制。实施尾部光管改造后，对流换热面积增加6.7㎡，注汽干度由74%上升到80%。

2.2 用热效果的质量管理

为保证热量使用效果，从锅炉效率和油汽比两方面实施效果监控，通过锅炉参数调整，实现热效率最大化，即单位蒸汽干度的最优化。油汽比指采油管理区（顾客）吞吐井通过注蒸汽后增油效果，以此验证蒸汽携带热量是否被指定油层最大化吸收。

2.2.1 热效率最佳工况监测

通过实施锅炉反平衡热效率测试，结合锅炉工况优化措施，调整油温、雾化、对流段入口水温等参数，及时掌握锅炉运行工况点并进行调整。利用软件诊断分析，得出最优运行参数调整区间，现场应用后实现锅炉热效率提高4%。

2.2.2 油汽比动态跟踪

注汽锅炉每口井进行油汽比回访跟踪，所注蒸汽量、干度数据形成数据库后，按照一定周期统计当口井产液量和含水率数据，计算该周期产油量数据，并与未实施注汽的产油量数据进行比较，分析蒸汽热量利用效果。通过油汽比质量管理后，注汽油汽比从1.2提高到1.4。

三、结束语

（1）燃烧器配风调整，燃料燃烧放热更加充分，实现锅炉出口烟气含氧控制在3～3.5%之内，既能保证燃料完全燃烧，同时又能烟气体积最小;

（2）油枪前探15mm后，炉膛火焰充满度提高，温度检测显示炉膛平均温度升高10摄氏度，更有利于吸热过程进行;

（3）通过缩短活动注汽管线距离，蒸汽输送平均热量散失降低0.62%/百米，井口蒸汽干度提升1个百分点;

（4）实施稠油热采全面质量管理技术，注汽过程中锅炉热效率提高5%，注汽干度提高7%，注汽总体油汽比提升0.2，取得效果显着。