用核供热堆开发高凝油田的经济评价.pdf

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1、1 9 9 7年 第 3 7 卷 清 华 太 学 学 报 ( 自 然 科 学 敝) J o u r n a l o t Ts ing h t t a Un i v e r s i t y( g c i 8 L Te c h ) 1 7 2 9 第 6 期 第6 3 6 6 l页 一 “ 用核供热堆开 发高 凝油田 的 经济评价 赵剐 ， 张 作义 马远 乐 _一 清华太学 棱能技术设计研究院， 北京 1 0 0 0 8 4 文为 了进一步拓宽棱供热堆应用的领域， 降低油田栗 油成本， 在对大庆曹 北过菠带- 1 6 9 k m 的高凝油苴开展历 史书 【 旨、 热水躯瞢的开发方案和实施热流体话

2、环工艺研究的 基础上， 对置置不同方案的棱供热堆和燃油锅炉提供热潭开 发油苴进行 了针对性研 究， 结果表明 利用棱供热堆摄供 热 豫束进行 高凝油开发的供热成本大约是j 巷油炉曲三分之一 按 2 0 a的生产期计算 净生产原油和净盈利大曲是燃油炉方 案的 4 倍从经济性和运行可幸性来讲， 采用基堆单炉的方 案是 比较备理曲 。 分类号T L 4 1 3 2 油田 甬 羝油毋 ， 通过连续两个五年计划的攻关， 热力采油作为 一 种强化采油的手段已在我国稠油油藏开发中普遍 应用 ， 对稳定和提高我国的原油产量起着越来越重 要的作用。 对于高台蜡、 高凝固点、 高粘度的所谓“ 三 高 油田， 热采

3、的目的除降粘外， 还要考虑油层和井 筒内由于注冷水开采时温度低于析蜡点所造成的析 蜡、 原油凝固以及由此引起的堵塞问题。 通过利用反 映高凝油油藏的数学模型 。 对大庆萨北过渡带 1 6 9 k m 进行历史拟合和热水吞吐、 驱替的方案预 测研究 ， 得出如下结论 ： 1 ) 注热水开发高凝油藏要比注冷水开发效果 好， 能够解决注冷水造成的油层蜡伤害， 导致注不进 去的问题。在作 2 O a的方案预测时， 发现注入量越 大 t 注入温度超高并不一定最好， 得出了注采量均为 4 0 t d的方案是较好的。 2 )为了保证生产井达到设计产 量， 建议采用热 瀛津循环措麓 ， 使产液温度高于析蜡点。

4、分析的 结果表明， 在适宜温度下提高热流体循环流量比提 高温度效果好 而且随产量增加， 要加大循环流量。 收 稿 日期 ： 1 9 9 6 0 9 - 2 0 第一作者 。 男1 9 6 4 年生 助理研究员 弋E 3 对于注采量均 为 4 0 t d时 ， 设计适宜 的注入温度为 I O 0 C时 ， 循环流量为 2 5 0 t d能保证整个井筒 产液 温度在析蜡温度 以上。 3 ) 为实施以上方案， 将消耗大量的热能， 但所 要求的热源温度不高。无论从热流体循环还是热水 驱来看， 所要求热介质温度均为 1 0 0 C 左右， 这正是 核供热堆最佳的运行参数范围【 ， 本文将对核供热 堆在高

5、凝固点油田应甩的可行性作一研究。 ( 考虑物 价影响， 文中所有费用均以 1 9 9 3 年为准) 1 功率选择及方案配置 在热水驱的方案计算中， 选用了油 田原定的 2 9 1 m1 5 0m 井区， 在这块 4 3 6 5 h m 的面积上有 一 口生产井和 1 1 4口注水井。已经计算出一口生产 井需 2 5 0 t d的热水作热流体循环 4 0 t d 的热水作 热水驱 ， 所以这块面积大约需 3 0 0 t d的热水。整 个萨北段油藏面积 1 6 9 k m ， 按面积折算萨北段每 天共需热水 1 1 6 k t 。 一 座功率 P 为 2 0 0 Mw 的核供热堆， 若供给 用户的

6、水温丁 按 I O 0 C， 回水温度 z 按 7 0 C 计算 ， 则它每天所提供的热水量G 为： pA G 一 一 1 0 3 2k t d P J 1 一J 2， 这与萨北过渡带的热水需求恰好相当， 所以选 定核供热堆的功率为 2 0 0 Mw。 在方案配置中， 考虑到采油工作是非间歇的， 必 须连续供热。 如果供热停止 3 h以上， 则油气介质将 凝固在井筒中， 造成重新启动的困难， 因此采用集中 供热必须能保证长期、 稳定地供热， 对于反应堆因换 料， 检修和供热事故所造成的停堆必须有足够的备 用手段， 保证在停堆期间的正常供热。 作如下三个方案的比较。 1 ) 建造一台2 0 0

7、MW 的核供热堆。 但考虑到在 停堆期间不能停止供热， 必须建造相同功率的燃油 维普资讯 6 4 清 华 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 敷) 锅炉作备用， 在反应堆换 料和维护期 间可用锅炉供 热。 当然可以考虑锅炉在冬季供暖或发电， 而在夏季 反应堆停堆时替代反应堆供热。 2 )建两座 1 0 0 Mw 的核供热 堆， 同时建造功率 =I O O MW 的供热锅炉。 通常两座反应堆运行 ， 在 一 座反应堆停运时 ， 备用锅炉投八使用。 3 ) 全部采用燃油锅炉 ， 功率选为 3 0 0 MW， 建成 3个供热站保证任意两座 P =1 0 0 Mw 的锅炉投入 运行 2 初步经济分析

8、2 1 基本参数 对上述三个方案， 分析中假设反应堆建设周期 为 5 a ， 折旧年限为2 0 a 锅炉房建设周期为 3 a ， 折 旧年限为 1 5 a 核燃料费为 6 5 0万元 t 原油或重 油费为 8 0 0 元 t 核供热堆年负荷因子为 9 1 ， 反 应 堆其 他运行 管理 费为 1 0 ， 核 供 热堆 定 员 2 0 0 人， 基本参数见表 1 。 寰 1 基奉歙寰 2 2 分析结果 核供热堆折旧年限2 0 a ， 锅炉效率接 7 8 A计算， 分析结果见表 2 寰 2 方案 比较 结果 注 1 表中各项所缺数据按 。处理。 注 2 其它材料中包括水处理费等杂项一 注 3 1

9、0 0 MW 棱供热堆投资以2 0 0 MW 揍供热堆投资为基数 用经验公式计算 A=A o ( P Po ) ， 其中P为功率， 为投资颧 2 3 结论分析 从最终的供热折算成本来看， 完全采用燃油锅 炉的方案三大约是前两个方案的三倍多。虽然它的 初投资只有 6 0 0 0万元， 但它若产生 2 0 0 MW 的同 样参数 的热每小时约需燃烧 2 2 t 原油， 一天要烧掉 约 5 3 0 t 的原油。按这个指标计算， 萨北过渡带的原 始贮量为 1 9 2 2 Mt ， 必须保证年采收率在 l 以上， 从产量上才不会亏本。接以前的方案开发生产， 前 1 0 a 的采收率约是 l 5 ， 也就

10、是前 1 0 a 累计净生产 9 6 0 k t ， 而后 1 0 a的采收率逐年降低 ， 在 2 O a的开采 末期采收率约为 2 5 ， 后 l O a 相当于白干了。因而 若用燃油锅炉生产， 需要对井组重新计算 ， 找出更好 的开发方案， 提高最终采收率。 方案一和二采用反应堆供热时， 虽然初始的一 次性投资分别为 2 6 0 0 亿元和 3 1 0 3 亿元， 但由于 运行燃料费很低， 约为方案三的十分之一， 也就是每 天节省4 7 0 多吨原油， 一年节省 1 7 0 k t 原油， 这是从 燃料费来考虑 ， 若将一次性投资等所有项 目均考虑 维普资讯 赵刚等： 用核供热堆开发高凝油

11、田的经济评价 进去， 方案一的折算总成本为0 5 2 6 亿元 a ， 方案二 的折算总成本为 0 5 7 3 亿元 a ， 见表 3 。 寰 3 比较结果 项 目 方案一方案二方案三 由表 3可见 ， 方案三的总成本为 1 7亿元 a ， 以 方案三作为基准， 方案一和方案二每年节省的资本 折算成油当量分别为 l 5 4 4 和 1 4 8 5 万t 。 在 2 0 a的 生产期 内， 采收率按 2 5 计算， 共生产原油 4 8 0 5 万 t ， 扣除所有成本。方案三累计净得原油 9 6 万 t ， 而方案一、 方案二分别为 4 0 4 8万 t 和 3 8 6万 t ， 均 为方案三的

12、4 倍以上。 由以上比较可见， 核供热要比 燃油供热经济得多。 在以上的讨论中， 看到方案二比方案一初始投 资要多 5 0 0 0万元左右， 在折算供热成本和其它项 目的比较中方案一也比方案二略好些， 但相差不大， 从运行的可靠性上考虑， 最好采用方案二， 即双堆一 炉的方案。 3 结论与建议 针对大庆萨北过渡带 1 6 9 k m 高凝油藏的反 应堆配置分析的结果表明， 供热折算成本大约是燃 油炉的三分之一， 按 2 O a的生产期计算净生产原油 和净赢利大约是燃油方案的4 倍， 可见， 利用反应堆 提供热源来进行高凝油田的开发从经济上来讲是台 算的， 从技术上来讲也是切实可行的， 这无疑为

13、核能 的和平利用开辟了一个新途径。 由于反应堆的经济分析中未考虑贴现率、 物价 上涨等图紊， 因而只得出大致的结论。 建议在考虑反 应堆的实际应用时， 应根据油藏的实际情况， 从开发 方案和开发年限出发怍动态分析， 用系统工程的思 想和方法作可行性分析， 从中得出更科学、 更合理的 结论 参考文献 1 赵刚马远乐高凝油藏热采数值模型研究石油 勘探 与开发 ，1 9 9 5 ，2 2 ( 2 ) ： 4 2 4 6 2 赵刚。 马远乐 牛金刚高麓油藏热采数值模拟研 究特种油气藏，1 9 9 5 ，2 ( 4 ) ：1 6 2 2 3 任瑛加热开采稠油工艺的探讨井俺中的热流 体德 环华束 石油学院

14、学报 ，1 9 8 2 4 ： 5 3 6 5 4 镣明海 任瑛沈阳油田高古培高凝 固点油藏注热 水开发 可行性 研究石油学报 。1 9 9 1 ，1 0 t 6 3 7 3 5 王桂颖低捏核供热反应堆的经济评竹及相关能源系 统分析： 博士学位论文 北京t清华大学藩艟技术 设计研 究院 ，1 9 8 9 。 Ec o no mi c s t ud y of NHR a pp i i c a t i o n on hi gh po u r p oi nt o i l f i e l d Z h a o Ga n g，Zh a n g Zu o y i ，Ma Yu a n l e I n s t

15、 it u t e o f N u c le a r E n e r g y T e c h n o ! o g y T s i n g h u a Un i v e r s i t y ， B * i ng 1 0 0 0 8 4 Al b s t r n c t I n o r d e r t o e x t e n t t h e a p p l i e a t i o n o f NHR ( n u c l e a r h e a t i a c tor )a n d C U t d o wn t h e o l 1 p r o d u c t i o n c o s t st h e

16、 a u t ho r s d e s i g n e d d i ffe r e n t h e a t i n g d i s p o s i t i o n b y NH R a n d b o i l e r h e a t i n g s t a t i o n s i n h i g h p o u r point o ff r e s e r v o i r ，t o t o 1 1 6 9 k m。 ，i n D t q ing o i I fie l d wo r k wa s b a s ed o n t h e s t u d y o f h i s t o r y ma

17、 t t n gwa t e r flo o d p l a n n i n g a n d h o t w& ttr c i r c u lar i on f o r t h e r e s e r v o i r T h e a n a l y z i ng r e s u l t s s h o w t h a t the c o n v e r t h e a t i ng c o s t 0 f NHR i s a t hir d o f b o i l e r s a n d t h e n e t o i 1 p r o d u c t i o of NHR 4 t i me s

18、 mo r e t h a n t h e l a t t e r Co n s i d e r ing e c o n o mi z a t l on a n d r e l ia b i l i t ya u tho r s s u g g e s t t o a d o p t t h e s c h e me o f t WO NHR wit h o n ebo rhe i ng s t a t i o n Ke y wm n u me r i c a l s i mu la t i o n- t h e r ma l rec o r y t n u cle a r h t i ng

19、r e a c tor( NHR) 维普资讯 1 9 9 7 年 第 3 7 卷 清 华 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) J o u r n a l o f Ts i ng h u a Un i v e r s i t y( S c i 8 L Te c h) 1 8 2 9 第 6 期 第 6 6 6 9页 f 用标记x e + 及背散射分析研究N b 的阳极氧化机理 白 新 皇 文 周 放 ，删 娟 孬 ； ； 工 程 系 北 京l 。 0 o 8 4 、。 文摘用膏子注入不同深度x e厚子标记法和卢瑟福背 散射分新技术 x射线谱 、 Au g e r电子谱 法分斩研 究 了

20、N b在 质量分敷为 5 柠簟唛铵溶液中阳极氧化戚崖机制， 计算 了不同阳极氧化 电压下 离子 迁荸敷 结果表 明阳极氧化膜 主 要是由千Nb膏子和0 离子相向迁荸， 瞳着阳极氧化 电压的 兰 ： ： 兽 黼 嗽舭 髅 号 黼射 嘶 ， 。 点， 广泛应用于冶金、 航空航天等工业。对 N b的阳 极氧化微观机制研究， 将有利于深入研 究 Nb抗腐 蚀的性能 。 金属阳极氧化是金属表面改性及制备各种功能 表面膜( 如光敏、 压敏元件) 和 着色 的重要手段 。6 0 年代 A n s e r l 等人利用示踪技术如 X e 标记法、 ” o 示踪等研究了A l 的阳极氧化成膜机制。 本文用离子注

21、入不同深度 X e原子标记法对 N b的阳极氧化微观机制进行了研究。标记的原子 在阳极氧化过程中应不发生迁移， 不影响氧化过 程， B r o w n和 J P S P r i n g l e 等人发现情性气体原 子 X e 满足作为标记原子的条件 。 用 H e 离 子 背 散 射 分 析 ( R u t h e r f o r d b a c k s e a t t e r i n g s p e c t r o me t r y ， R B S ) 技术 确定标记 原 子 的 位 置 和 氧 化 膜 厚 度 。甩 Au g e r de c t r o n s p e c t r o s

22、 c o p y ，AE S分析 样品的成分 ， 用 x射 线分 析氧化物结构， 用原子发射光谱分析溶液中的成分， 研究了 Nb在质量分数 ( 柠檬酸铵 ) 为 5 的溶液 中阳极氧化成膜的机制和规律。 收稿 日期 ：1 9 9 6 - 0 3 0 7 第一 作者 ：男1 9 4 1年生 ，教授 *国家教委和冶金部资助课题 1 实验 1 1 注人 Xe 能量的确定 离子注入X e 的要求 ； 注入X e 峰的深度分布较 窄， 这样可以较为准确地定出X e 的峰位。 理想条件 是注入到不同深度的诸 X e峰间隔应大于 RB S深度 分辨率。 为此， 实验中将两个不同深度的X e 注入到 两块完全

23、相 同状 态的样品中， 分析实验 条件相 同， 以 模拟在同一块样品上注入两个深度的标记原子 层， 即双标记法 。 RB S深度 分 辨率 一# E s ， 要求 距 近似 为 R B S探测器的能量分辨率 ， 通常为 1 4 1 8 k e V， s 为 N b ： O 化合物的能量损失因子， 在垂直入射 2 1 Me V He离子 ， 散射角 = 1 6 5 条件下 ， 可算 出 s = ( d E d X) +( d E d X) K I c o s 0 I =7 7 0 1 e V n m， 所以 为 1 8 2 2 3 4 n m。 用 TRI M 软件模拟注入离子的深度分布 ， 该

24、软 件给出了注入离子的平均深度和分布歧离， 可以得 出两层标记的深度差及各自的深度分布宽度。计算 得出， 对 应能量为 4 0 k e V 和 1 4 0 k e V Xe离子的平 均深度是 2 4 9 n m 和 5 7 I n m， 分布歧离为 8 5 n m 和 1 5 4 n m， 因此本实验选取的注入能量可满足甩 R B S进行分析 的能量要求 。 1 2 注人 Xe的离子数选择 为了使注入 标记原子尽量不影响阳极氧化的迁 移机制 ， 注入量越 小越好， 但又需要能准确探测 R B S 。实验结果表 明， 注入离子为 1 0 ” e m 时， 仍不 会影响阳极氧化微观机制， 在该条件下 R B S 分析也 能得到较为明显的 X e峰 ， 因此选取低能注入能量 E 为 4 0 k e V， 注入离子量 为 1 0 1 0 ” e r g l ， 高能注 入能量为 1 5 0 k e V， 为 2 0 1 0 “ c m 。 为了研究氧化膜 中不同区域 的成膜情况 ， 在注 入标记原子前需在样品表面形成一层均匀致密的氧 ，b 维普资讯