淺談遼河油田高溫余熱利用

馬 強(qiáng)婁銀環(huán)

1.中國(guó)石油遼河油田分公司 質(zhì)量節(jié)能管理部 （遼寧 盤(pán)錦 124010）

2.中國(guó)石油遼河油田分公司 金馬油田開(kāi)發(fā)公司 （遼寧 盤(pán)錦 124010）

中國(guó)石油遼河油田分公司SAGD（水平井蒸汽輔助泄油）工程是遼河油田公司重點(diǎn)采油工程項(xiàng)目，目前一期工程已經(jīng)投產(chǎn)，在產(chǎn)能過(guò)程中需要通過(guò)鍋爐產(chǎn)生高品位的高溫高壓高干度蒸汽熱能注入地層來(lái)保證正常生產(chǎn)運(yùn)行。伴隨生產(chǎn)運(yùn)行同時(shí)產(chǎn)生了鍋爐煙氣、采出液（160℃左右）、生產(chǎn)污水（90℃左右）等“中、低品位”的余熱熱能，這些熱能不能在產(chǎn)能生產(chǎn)過(guò)程中得到充分利用，大部分被作為“廢品”處理后外排，造成極大的浪費(fèi)。

1 SAGD工程余熱特點(diǎn)

（1）由清水軟化水作為冷源給高溫采出液換熱降溫,以保證聯(lián)合站進(jìn)行油水分離，日消耗11000m3的地下水資源和及其水處理費(fèi)用；

（2）鍋爐給水由加熱后的清水軟化水提供，造成聯(lián)合站分離出的75℃左右含油污水必須通過(guò)污水處理廠處理后排放，加大了油田生產(chǎn)污水排放量，同時(shí)又有大量熱能浪費(fèi)；

（3）鍋爐煙氣熱能沒(méi)有充分利用，造成大量熱能浪費(fèi)；

（4）高溫分離水經(jīng)過(guò)少部分換熱后，作為污水排放造成熱能浪費(fèi)。

2 SAGD余熱資源分析

2.1 SAGD余熱分類(lèi)

油田SAGD開(kāi)采過(guò)程中余熱主要有4大部分:煙氣余熱、采出液余熱、汽水分離器高溫分離水余熱和污水余熱，其中煙氣余熱有干煙氣所帶走的余熱和水蒸汽潛熱2部分組成。按照余熱的“品位”高低，可分為高溫余熱、中溫余熱和低溫余熱。高溫余熱為溫度在400℃以上煙氣,中溫余熱為溫度在250～400℃的煙氣,低溫余熱為溫度低于250℃的煙氣以及液體；因此油田余熱資源主要集中在中、低溫余熱資源。

2.2 余熱資源計(jì)算方法

根據(jù)余熱資源國(guó)標(biāo)，余熱資源由下面公式計(jì)算

式中 Qy—年余熱資源量，kJ/a；

mi—第i種余熱載體流量，kg/h；

h1i—第 i種余熱載體排出狀態(tài)下的比焓,kJ/kg；

h2i—第i種余熱載體在下限溫度時(shí)的比焓，kJ/kg；

τi—排出第i種余熱載體的設(shè)備年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，h/a；

下限溫度:又稱(chēng)為載體溫度，即計(jì)算余熱資源時(shí)，用以判定熱能是否可利用的溫度界限。余熱載體下限溫度的確定原則是技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。規(guī)定余熱載體的下限溫度，當(dāng)余熱利用設(shè)備排出的介質(zhì)溫度低于余熱載體下限溫度時(shí)，其余熱資源量的計(jì)算應(yīng)按該排出溫度為余熱載體的下限溫度。

計(jì)算SAGD余熱含量過(guò)程中，載體溫度如下:干煙氣溫度95℃；冷凝水溫度95℃；采出液溫度平均溫度150℃，進(jìn)站溫度90℃；汽水分離器的底水與污水45℃，根據(jù)SAGD一期工程運(yùn)行現(xiàn)狀所計(jì)算余熱資源結(jié)果為表1。

表1 余熱分析

2.3 余熱資源分析

污水余熱資源十分豐富，占總資源的11.23%。但聯(lián)合站排污溫度在70℃以下，屬于 “低品位”余熱，投資回收期較長(zhǎng)，屬于三級(jí)余熱。污水余熱資源的利用方式分為2種:一是采用熱泵技術(shù)。由于污水品位低，低于工業(yè)應(yīng)用要求，同時(shí)也不能滿(mǎn)足民用需求，直接利用困難，在污水余熱利用過(guò)程中，可采用熱泵技術(shù)，通過(guò)熱泵回收污水中余熱，熱泵技術(shù)可以利用50%～70%的污水余熱資源；二是將污水處理后作為鍋爐給水。由于汽包鍋爐給水水質(zhì)要求低，通過(guò)對(duì)污水的深度處理，可以達(dá)到鍋爐給水要求，同時(shí)由于處理后給水溫度高，可以再次充分利用污水中余熱，同時(shí)降低給水加熱量，減少污水排放。

高溫分離水水溫為110℃左右，屬于“中品位”余熱資源，但是總量較少，每天只有3700m3左右，僅占總余熱資源的2.17%?？梢酝ㄟ^(guò)換熱利用部分能量，其余部分分離水作為污水排放。

采出液溫度在SAGD井組出口平均溫度167℃，在進(jìn)入聯(lián)合站前溫度仍在150℃左右，而聯(lián)合站進(jìn)行油水分離時(shí)要求溫度在90℃左右，采出液應(yīng)屬于“中品位”余熱資源，且余熱資源量十分豐富，占總余熱資源的9.4%。通過(guò)直接換熱的方式，利用高溫采出液中熱量，換熱熱量可以用來(lái)供暖，也可以用于其他民用。另外，通過(guò)多效蒸發(fā)制水方式，利用采出液中余熱降低多效蒸發(fā)過(guò)程中熱量的需求量。

鍋爐煙氣余熱最豐富，在總余熱資源中所占比例最大，達(dá)77%，煙氣余熱資源利用十分豐富。煙氣平均溫度為210℃，屬于中低品位余熱資源。雖然余熱量大，但是燃?xì)忮仩t比較分散，不利于直接換熱利用。由于采用燃?xì)忮仩t，鍋爐煙氣中水蒸汽量大，水蒸氣潛熱巨大，占煙氣余熱資源總量的45%左右，占總余熱資源的35%左右，此部分余熱資源可以通過(guò)采用冷凝式鍋爐改造，回收煙氣中余熱資源，降低排煙熱損失,提供高鍋爐運(yùn)行效率,降低燃料消耗量。

3 利用SAGD余熱資源供暖的可行性分析

一般住房采暖指標(biāo)為60w/m2,即每平米的采暖熱量為0.216MJ/h，利用高溫分離水余熱可供暖面積為:

式中 S—供暖面積，m2；

Q—余熱總量，MJ/h；

q—每平米采暖熱量，MJ/h。

由此可見(jiàn)，SAGD工程伴隨生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)出的“中低品位”高溫分離水通過(guò)目前成熟的板式換熱或熱管換熱等成熟技術(shù)，SAGD項(xiàng)目中熱能完全可以利用到供暖等民用項(xiàng)目上來(lái)，富含的有效熱能完全可以滿(mǎn)足動(dòng)遷后曙一聯(lián)礦區(qū)現(xiàn)有工業(yè)采暖需要。有效利用SAGD項(xiàng)目高溫廢水熱能，既可以大大降低曙二區(qū)鍋爐房燃煤、水、電和人工成本消耗，減少由燃煤消耗造成的污染物排放，同時(shí)還可以有效降低SAGD項(xiàng)目部的污水處理成本。

4 實(shí)施及效果

4.1 實(shí)施過(guò)程

（1）在SAGD工程項(xiàng)目高溫分離水外排管線與特一聯(lián)污水排放總管交匯點(diǎn)前端起始至曙一聯(lián)礦區(qū)鍋爐房之間新建6.1km的DN200管線，將可以進(jìn)行余熱利用的高溫分離水引至曙一聯(lián)礦區(qū)鍋爐房。

（2）在曙一聯(lián)礦區(qū)鍋爐房?jī)?nèi)新安裝板式換熱器2臺(tái)，利用SAGD高溫分離水作為熱源、鍋爐房供暖循環(huán)水作為冷源，2者換熱達(dá)到對(duì)SAGD高溫分離水余熱進(jìn)行利用的目的。板式換熱器冷源管線流程采用與鍋爐進(jìn)出口流程并聯(lián)的方式，已達(dá)到互為補(bǔ)充和備用的效果。

（3）在曙一聯(lián)礦區(qū)鍋爐房院內(nèi)新安裝冷卻塔1臺(tái)，將換熱降溫后的SAGD高溫分離水進(jìn)行再次降溫，達(dá)到可以直接排放溫度要求后，直接輸送至礦區(qū)排污系統(tǒng)進(jìn)行排放。

（4）在冷卻塔前端與鍋爐房?jī)?chǔ)水罐之間新建一條DN200管線,將部分SAGD高溫分離水儲(chǔ)存至儲(chǔ)水罐，作為鍋爐房循環(huán)水補(bǔ)充水源。

4.2 效果分析

4.2.1 節(jié)約燃料煤

利用高溫分離水余熱進(jìn)行冬季民用供暖，曙二區(qū)6.32萬(wàn)m2供暖面積，即可減少冬季供暖燃煤消耗約1800t（阜新5000大卡洗粒煤），目前燃煤價(jià)格為840元/t，年節(jié)約冬季供暖燃煤費(fèi)用為:

4.2.2 節(jié)約水資源

采用高溫分離水作為供暖系統(tǒng)循環(huán)水補(bǔ)充水源，可節(jié)約清水量平均為15000m3；清水軟化及水資源費(fèi)用綜合成本約為5.5元/m3，冬季供暖期節(jié)水效益為:

4.2.3 減少SAGD污水處理與外排

冬季利用SAGD高溫分離水余熱進(jìn)行民用供暖，并采用高溫分離水作為供暖系統(tǒng)循環(huán)水補(bǔ)充水源；夏季SAGD項(xiàng)目高溫分離水利用曙一聯(lián)礦區(qū)鍋爐房系統(tǒng)的冷卻水塔進(jìn)行降溫后外排至礦區(qū)排污系統(tǒng)排放。鍋爐房冷卻系統(tǒng)夏季運(yùn)行費(fèi)用約為10萬(wàn)元。SAGD正常生產(chǎn),可減少SAGD污水排放量4000 m3/d，外排處理費(fèi)用，即環(huán)保費(fèi)用5.5元/m3。因此，每天可節(jié)約費(fèi)用為:

每年的節(jié)約的經(jīng)濟(jì)效益為:

5 結(jié) 論

利用SAGD高溫分離水余熱進(jìn)行民用供暖，SAGD工程生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益和曙一聯(lián)礦區(qū)鍋爐房民用供暖節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益都非?？捎^。同時(shí)，曙一聯(lián)礦區(qū)由于不在使用燃煤作為能源，煙氣污染零排放，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的清潔供暖，環(huán)保效益相當(dāng)可觀。SAGD高溫分離水余熱供暖項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益巨大，環(huán)境效益顯著。

[1]馬強(qiáng).加拿大SAGD開(kāi)發(fā)地面工藝技術(shù)[J].國(guó)外油田工程,2010,26(7):52-54.