電加熱技術(shù)在集輸系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用分析

任漢陽

江蘇石油勘探局 技術(shù)監(jiān)督處 (江蘇 揚(yáng)州 225009)

電加熱技術(shù)在集輸系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用分析

任漢陽

江蘇石油勘探局 技術(shù)監(jiān)督處 (江蘇 揚(yáng)州 225009)

近年來，井口電加熱裝置在油田應(yīng)用的越來越廣，該裝置投資低、管理方便、不污染環(huán)境。但是,該技術(shù)對(duì)油井能耗狀況、機(jī)采系統(tǒng)效率方面，還沒有系統(tǒng)的分析。為此，結(jié)合沙埝油田區(qū)塊的井口電加熱改造情況，分析改造前后的機(jī)采系統(tǒng)效率和能源消耗情況，探討電加熱技術(shù)的節(jié)能潛力。

電加熱 伴熱技術(shù) 節(jié)能

1 原油集輸技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

原油集輸?shù)墓に囉泻芏啵丛臀镄苑譃槔漭敽图訜彷斔蛢纱蠊に?。由于我國原油主要是“三高”原油，所以基本上都采用加熱輸送[1]。江蘇油田大部分油區(qū)自投入開發(fā)以來，原油集輸流程一直采用大站集中供熱、井站三管流程的建設(shè)模式，其優(yōu)點(diǎn)是管理方便、井口回壓低、集輸距離長，適應(yīng)了江蘇小斷塊油田的地質(zhì)狀況。但其能耗高、散熱損失大、腐蝕嚴(yán)重等缺點(diǎn)也是顯而易見的。

隨著新技術(shù)開發(fā)和利用速度越來越快，電伴熱技術(shù)因具有效率高、溫控準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，很快進(jìn)入了原油輸送工藝中。目前主要分為阻抗伴熱、電磁感應(yīng)伴熱、柔性材料伴熱、集膚效應(yīng)伴熱4種類型[2]。

到2005年，江蘇油田井口電加熱器得到了大力推廣，結(jié)合中頻感應(yīng)解堵技術(shù)，被油田多個(gè)油區(qū)應(yīng)用。同傳統(tǒng)三管流程相比，節(jié)約投資、維護(hù)費(fèi)用降低、取消加熱爐、減少向大氣中排放廢氣，是目前較為理想的輸油伴熱技術(shù)。

“十一五”期間，江蘇油田試采一廠已應(yīng)用井口電加熱器162臺(tái)，合計(jì)功率2 613kW。結(jié)合試采一廠沙埝油田集輸系統(tǒng)井口電加熱器應(yīng)用情況，對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行探討。

2 沙埝油田井口電加熱器的應(yīng)用情況

2.1 沙埝油田改造之前現(xiàn)狀

2.1.1 2009年沙埝油田地面建設(shè)現(xiàn)狀

沙埝油田由沙19、沙20東、沙20西等區(qū)塊組成，共有油井134口，正常開井119口，除有2口單井配多功能罐外，其余全是熱水伴熱輸送，日產(chǎn)液量948.4t，綜合含水66%，建有沙埝聯(lián)合站1座。沙埝聯(lián)合站位于油區(qū)中心，日正常運(yùn)行2臺(tái)蒸汽鍋爐，站內(nèi)蒸汽供熱，站外集輸采用熱水供熱。

2.1.2 計(jì)量站和單井分布狀況

（1）沙19塊位于聯(lián)合站以南，最遠(yuǎn)計(jì)量站是沙19－36計(jì)量站，距聯(lián)合站約5 000m，最遠(yuǎn)井是沙19－42、43井，距計(jì)量站750m。

（2）沙20東區(qū)位于聯(lián)合站東北，最遠(yuǎn)計(jì)量站沙20－32計(jì)量站，距聯(lián)合站約3 700m，最遠(yuǎn)沙20－30井，距計(jì)量站813m。

（3）沙20西區(qū)位于聯(lián)合站西北，最遠(yuǎn)計(jì)量站沙X42計(jì)量站，距聯(lián)合站約4 000m，最遠(yuǎn)沙23－13、14井距計(jì)量站823m。

3個(gè)最遠(yuǎn)的計(jì)量站和邊遠(yuǎn)井一直都存在回壓高、油溫低的問題，隨著沙埝油田進(jìn)一步開發(fā)，各區(qū)塊供熱、集輸負(fù)荷增加，邊遠(yuǎn)計(jì)量站、油井供熱更加不足，嚴(yán)重影響著原油安全生產(chǎn)。

2.2 2010年沙埝油田改造后現(xiàn)狀

改造后，沙埝油田共安裝井口電加熱器45套，同時(shí)配套安裝中頻解堵，井口電加熱器的總裝機(jī)功率545kW。

日常運(yùn)行時(shí)，開啟井口電加熱器，控制油井出口原油溫度，中頻加熱器關(guān)閉，僅做解堵使用，沙埝聯(lián)合站鍋爐仍要為其他油井的輸油管線提供熱水伴熱。

3 應(yīng)用電加熱器前后能耗狀況

2011年3月,選取了沙20-32計(jì)量站轄井區(qū)域,進(jìn)行了井口電加熱器能效測試(表1)。

根據(jù)試采一廠沙埝油區(qū)改造前后采油十隊(duì)和輸油二隊(duì)同期能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算項(xiàng)目實(shí)施前后的綜合能耗情況(表2)。

由表2可知,改造后的年能耗下降869.39t(標(biāo)煤)，下降了 15.87%。

改造后的產(chǎn)液綜合能耗下降30.39kg/t(標(biāo)煤)，下降了21.17%。

4 節(jié)能優(yōu)化應(yīng)用分析

由于該工藝引進(jìn)初期受技術(shù)制約和經(jīng)驗(yàn)不足的影響，每口單井均設(shè)井口電加熱和中頻柜，造成投資高和用電量增加的問題。近幾年，在生產(chǎn)過程中，通過現(xiàn)場測試和加強(qiáng)管理，逐步摸索降低井口電加熱工藝運(yùn)行成本的方法。

4.1 停用井口電加熱器，啟用中頻伴熱加熱

除了井口電加熱器，油管的中頻伴熱也可以將油溫提高。選取沙20-56井進(jìn)行對(duì)比測試(表3)。

很明顯，啟用中頻能耗高于井口電加熱器。據(jù)測試，沙埝地區(qū)井口電加熱器的平均加熱效率是92.35%；2008年李堡油田應(yīng)用了單管中頻伴熱技術(shù)，熱效率測試僅為65%，能耗偏高。其主要原因是中頻功率的選擇按最長管線的解堵需要來設(shè)計(jì)，存在額定功率設(shè)置過大；其次管線熱損失也較高。所以，啟用中頻加熱取代井口電加熱器，不太合適。

4.2 井口電加熱器功率的設(shè)置

表1 沙埝部分電加熱器測試結(jié)果匯總表

表2 采油十隊(duì)和輸油二隊(duì)改造前后年總能耗統(tǒng)計(jì)表

表3 沙20-56井對(duì)比數(shù)據(jù)

目前，試采一廠在用的大部分井口電加熱器功率為8kW和13kW兩種，電加熱器溫度上下限設(shè)置在50～65℃之間，對(duì)其分別進(jìn)行了分析(表4、表 5)。

從表4和表5看出，井口電加熱器功率減半的情況下，發(fā)現(xiàn)井口壓力變化不是很大，對(duì)油井生產(chǎn)沒有造成什么影響。因此,從設(shè)計(jì)方面來講，配備功率是可以降低的，但是,前提是產(chǎn)油量不能太高的井。從使用方面來說，應(yīng)按照季節(jié)、氣溫和油井出液變化情況及時(shí)調(diào)整井口電加熱器的設(shè)定加熱溫度范圍，設(shè)定時(shí)根據(jù)井口壓力和進(jìn)計(jì)量站溫度的變化及時(shí)調(diào)整，在井口壓力可以承受的范圍內(nèi)，盡量將加熱溫度設(shè)定低一些，而沒必要把電加熱器溫度設(shè)置在50～65℃之間。

4.3 長距離單井加熱方式的優(yōu)化

對(duì)于長距離的單井管線采用井口電加熱器加熱時(shí)，井口溫度必須很高，散熱損失也較大，而且會(huì)造成電加熱器頻繁起跳，使其使用壽命減少 (表6)。

對(duì)于沙19-36長距離，低液量的情況，可以取消井口電加熱，將中頻控制分設(shè)伴熱檔和解堵檔，平時(shí)僅采取低負(fù)載伴熱，實(shí)現(xiàn)低溫輸送，也能節(jié)約不少投資費(fèi)用。

因?yàn)橹蓄l解堵只在油井作業(yè)或其他原因長時(shí)間停井時(shí)才使用，安裝中頻伴熱電源柜利用率較低，目前，采用配備撬裝移動(dòng)式中頻電源柜來取代單井（井組）安裝中頻電源柜，是比較合理的選擇。

4.4 取消井口電加熱器，實(shí)現(xiàn)不加熱輸送

目前單管集輸工藝，普遍在每個(gè)油井上都加井口電加熱器，既造成投資浪費(fèi)，也增加了能耗。而實(shí)際使用中，由于大部分油井是叢式井，井站距離不長，即使井液溫度低于凝固點(diǎn)也可以正常流動(dòng)。通過在沙26平4井、瓦18井單井拉油站所做實(shí)驗(yàn)可知（表7），在井口電加熱器關(guān)閉情況下井口回壓上升不大，對(duì)油井正常生產(chǎn)不造成影響。

通過分析，一般井站流程距離在100m以內(nèi)，不需要安裝井口電加熱器，只需要配中頻解堵工藝；對(duì)于采用串聯(lián)集輸模式的叢式井，如果油井距離干線較遠(yuǎn)，可以在叢式井流程的匯合點(diǎn)加井口電加熱器；對(duì)于高含水、高液量（≥15t/d）的油井，不加熱集輸?shù)姆秶蓴U(kuò)大到200～300m以上。

表4 沙20-54井調(diào)整功率對(duì)比

表5 沙20-55井調(diào)整功率對(duì)比

表6 沙19-36和沙20-54井對(duì)比數(shù)據(jù)

表7 開啟和關(guān)閉井口電加熱器運(yùn)行狀況

5 結(jié)束語

采用井口電加熱技術(shù)，能耗設(shè)備效率利用明顯優(yōu)于原熱水伴熱工藝，也略優(yōu)于中頻伴熱工藝，節(jié)能效果顯著，值得在油田新、改建工程中大力推廣。但是，在選擇電加熱器時(shí)，必須考慮輸送距離、產(chǎn)能情況和熱損失等其他因素，合理計(jì)算所需有功功率，降低能源消耗。在測試中發(fā)現(xiàn)井口電加熱的管理還不到位,需要進(jìn)一步細(xì)化調(diào)節(jié),使能耗水平進(jìn)一步下降。同時(shí)，在含氣高的區(qū)塊和單井，井站流程短的盡可能采用不加熱集輸或低負(fù)載加熱，對(duì)流程長的井站，安裝井口電加熱和中頻解堵，成本及運(yùn)行費(fèi)用較高,最好結(jié)合條件,選擇小型燃?xì)鉅t或多功能罐升溫。

[1]黃春芳.原油管道輸送技術(shù)[M].北京:中國石化出版社,2005.

[2]佟德斌.原油輸送中電伴熱技術(shù)的應(yīng)用問題研究[J].中國科技信息,2006(19):55-56.

In recent years,electrical heating equipment at well head is widely used in the oilfields,for this equipment is lower in investment,convenient in management,and does not pollute the environment.However,this technology has no systematic analysis in the energy consumption of wells and the efficiency of mechanized oil production.Therefore,based on the electrical heating reform state at well head of Shanian oilfield block,the analysis focuses on the efficiency of mechanized oil production and the state of energy consumption before and after the modification so as to explore the energy-saving potential of electrical heating technology.

electrical heating;heat tracing;energy-saving

任漢陽(1974-)，男，現(xiàn)主要從事節(jié)能監(jiān)測工作。

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2012-01-05▏