加熱爐分離裝置的優(yōu)化改進(jìn)與應(yīng)用分析

李鑫坤 曹小龍 許德勝 劉吉祥 李海軍

摘要：石油，作為目前主要能源之一，是一種粘稠的液體，被稱(chēng)為“工業(yè)的血液”。主要是碳?xì)浠衔?，各種烴類(lèi)、瀝青質(zhì)、石蠟的混合物，還存在一些硫元素，水和其他的雜質(zhì)，通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)提純之后提取各種輕油、中油、和重油，還有一些石蠟和瀝青之類(lèi)的。也是許多化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品，如溶液、化肥、殺蟲(chóng)劑和塑料等的原料，因此，石油又稱(chēng)為“原油”。

關(guān)鍵詞：加熱爐;分離裝置;優(yōu)化改進(jìn);應(yīng)用分析

一、原油分類(lèi)：

（1）按原油的密度分類(lèi) 輕質(zhì)原油密度小于0.878g∕cm3;中質(zhì)原油密度介于0.878～0.884g∕cm3之間;重質(zhì)原油密度大于0.884g∕cm3。

（2）按組成分類(lèi)：石蠟基原油、環(huán)烷基原油和中間基原油。

（3）按原油粘度可以分為低粘度油、中粘度油和高粘度油，原油粘度的高低表明原油流動(dòng)的難易，粘度愈大，流動(dòng)阻力愈大，越難流動(dòng)。

一般來(lái)說(shuō)，粘度大的密度也較大，含蠟量也相對(duì)增大。石蠟在地下以膠體狀溶于石油中，當(dāng)壓力和溫度降低時(shí)，可從石油中析出。地層原油中的石蠟開(kāi)始結(jié)晶析出的溫度叫析蠟溫度，含蠟量越高，析蠟溫度越高，油井越容易結(jié)蠟，對(duì)油井生產(chǎn)管理不利。

原油具有一定的黏性，尤其是當(dāng)輸油管線內(nèi)溫度較低，低于原油析蠟溫度時(shí)，會(huì)有大量石蠟析出。石蠟會(huì)吸附在輸油管壁上，使管線直徑變小俗稱(chēng)“縮徑”、“凝管”。造成單井管線壓力升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管線蠟堵，影響油井的開(kāi)井時(shí)率。所以在生產(chǎn)中含蠟量高、析蠟溫度高的單井，原油輸送至計(jì)量站時(shí)，必須對(duì)管線內(nèi)原油進(jìn)行加熱至40～50℃，目的是提高管線內(nèi)原油溫度使其高于析蠟溫度，從而減少或者避免石蠟的析出、降低原油粘度、提高原油流動(dòng)性、降低輸油管線壓力。計(jì)量站原油向集中聯(lián)合處理站輸送時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)大型水浴爐進(jìn)行二次加熱，使出口原油溫度達(dá)到40～50℃，以利于后期原油處理。

二、生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前采油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)稀油加熱的方式主要分為兩種：盤(pán)管爐加熱和電加熱器加熱。盤(pán)管爐加熱是目前采用比較普遍的一種原油加熱方式，優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、利用本井伴生氣作燃料加熱。缺點(diǎn)是管理難度大、不易控制溫度;而電加熱器加熱，具有管理方便、操作簡(jiǎn)單加熱效率高的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是必須有電網(wǎng)、加熱原件易損壞，使用與維護(hù)成本高。

三、存在問(wèn)題

石西油田，作為全國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)整裝數(shù)字化大油田。地處沙漠腹地，已經(jīng)開(kāi)采23年，開(kāi)發(fā)方式為注水開(kāi)發(fā)。目前，仍然35口井依靠天然能量在自噴生產(chǎn)。由于開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，單井加熱爐設(shè)備存在檢驗(yàn)不合格，超期服役的狀況。由于開(kāi)發(fā)方式的原因，自噴井監(jiān)控是利用光伏發(fā)電，沒(méi)有架設(shè)電網(wǎng)，目前大部分能冷輸?shù)挠途几臑橹蓖鞒躺a(chǎn)，生產(chǎn)中定期對(duì)單井管線進(jìn)行熱洗融蠟。但是由于原油性質(zhì)的問(wèn)題，部分井還需要進(jìn)行加熱降粘。但是，目前所有盤(pán)管加熱爐由于分氣包存在超期服役或者無(wú)壓力容器檢驗(yàn)合格證而停用。用熱洗方式定期對(duì)管線融蠟，有很大的效果，但無(wú)形中會(huì)額外增加一道工序，增加工作量與費(fèi)用。熱洗管線會(huì)每口井會(huì)有占產(chǎn)時(shí)間在2.5小時(shí)/井次，這大大影響了自噴油井的生產(chǎn)時(shí)率。在最近兩年，定期熱洗的井也出現(xiàn)了凝管蠟堵管線的情況，嚴(yán)重影響了油井的開(kāi)井時(shí)率，增加了一大筆維修解堵費(fèi)用。

四、改進(jìn)思路

壓力容器界定是必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件：

（1）最高工作壓力大于等于0.1MPa。

（2）容器直徑大于等于0.15m，且容積大于等于0.025m3

（3）盛裝介質(zhì)為氣體液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體。

單井加熱爐的流程方式與工作原理：生產(chǎn)井流程同時(shí)存在兩種模式，一種是原油不經(jīng)過(guò)加熱，直接輸往計(jì)量站的直通流程;另一種是對(duì)原油加熱的旁通流程。加熱流程是在井口安裝盤(pán)管爐或者水浴爐、分氣包、利用本井伴生氣作為燃料對(duì)本井來(lái)油進(jìn)行加熱。加熱爐檢驗(yàn)不合格，主要是因?yàn)槠鸱蛛x作用的分氣包不合格。分氣包作為壓力容器，需要定期檢測(cè)，而且有規(guī)定的使用年限。它是加熱爐一個(gè)重要組成部分，起到至關(guān)重要的作用。經(jīng)過(guò)分氣包的氣液分離，一部分伴生氣，作為燃料供加熱爐點(diǎn)火使用，對(duì)原油進(jìn)行加熱。大部分伴生氣都經(jīng)過(guò)輸油管線，輸送至計(jì)量站、聯(lián)合處理站。由于目前設(shè)備使用年限，已經(jīng)接近報(bào)費(fèi)年限，如大批量更換，會(huì)增加巨額成本。

石油中的溶解氣，在生產(chǎn)過(guò)程中隨著壓力不斷降低而分離出來(lái)，我們利用氣液比重不同的原理，改變以往分氣包的循環(huán)方式，可以將出口管線管徑加大，但又小于壓力容器的直徑。在管徑擴(kuò)大部分的上部分會(huì)儲(chǔ)存一部分氣體。所以，我們利用DN132×6mm無(wú)縫中壓鋼管，制作一個(gè)同時(shí)具有保溫與氣體分離作用的設(shè)備，安裝在盤(pán)管加熱爐的進(jìn)口處，使其在輸送原油同時(shí)具備油氣分離的功能，產(chǎn)生一種新型油氣分離設(shè)備，既可以分離油氣，又不屬于壓力容器范疇。

五、效果驗(yàn)證：

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝，通過(guò)對(duì)比分析，取得了非常理想效果，該設(shè)備有效進(jìn)行原油輸送兼油氣分離，可滿(mǎn)足原油加熱時(shí)供氣需求，降低管線原油的粘度保證了管線的暢通。由于是安裝在加熱爐的進(jìn)口，所以對(duì)進(jìn)入加熱爐的油流進(jìn)行預(yù)熱，這樣保證了氣量大的自噴井開(kāi)井時(shí)拉斷管線的風(fēng)險(xiǎn)。在氣量不低于200m3/d的油井分離效果非常好。由于該設(shè)備不屬于壓力容器范疇，所以后期生產(chǎn)中不需要進(jìn)行壓力容器檢驗(yàn)，減少了相應(yīng)的檢驗(yàn)費(fèi)用。

六、經(jīng)濟(jì)效益

效益評(píng)價(jià)：以目前計(jì)劃改造10口井計(jì)算每年的經(jīng)濟(jì)效益。

制作成本：

（1）電焊車(chē)一部*8小時(shí)=640元。

（2）人工4*15*8=480元。

（3）材料費(fèi)用中壓DN132無(wú)縫鋼管1.5米、中壓DN50無(wú)縫鋼管1.8米、DN50彎頭*2=1500元。

（4）改造10口井合計(jì)：480+640+1500*10=2.62萬(wàn)元。

更換分氣包成本：10000*10=10萬(wàn)元。

改造節(jié)約成本：10-2.62=7.38萬(wàn)元。

定期熱洗成本：熱洗井?dāng)?shù)*熱洗液量*熱洗金額/m3*4次=10*20*80*4=6.4萬(wàn)元。

熱洗節(jié)約成本：6.4-2.62=3.78萬(wàn)元。

七、社會(huì)效益

綜上所述，該裝置適用于利用加熱爐加熱的油井，充分利用了伴生氣價(jià)格低廉，減少了相關(guān)的費(fèi)用與現(xiàn)場(chǎng)工作量，消除了生產(chǎn)中的隱患，所以油田生產(chǎn)中有很廣闊的應(yīng)用前景與推廣價(jià)值。

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