地熱能的油氣管道溫控調控技術應用

在采油工程中，油氣管道的溫度調控對提升采油工程技術效率起著關鍵作用。通過合理控制油氣管道的溫度，可以優(yōu)化原油的流動性，降低輸送過程中的能耗，減少管道腐蝕，提高整個采油工程系統(tǒng)的運行效率和安全性。本文將地熱能與采油工程相結合，通過基于地熱能的油氣管道溫度調控技術，能夠有效提升采油工程技術效率，旨在為油氣行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有益的參考[]。

1.地熱能的優(yōu)勢

1.1清潔環(huán)保

清潔環(huán)保是地熱能的突出特性之一。在開發(fā)利用過程中，地熱能產(chǎn)生的二氧化碳排放量和空氣污染物極低，是典型的非碳基能源；與傳統(tǒng)的燃煤供暖相比，地熱能利用過程中幾乎不排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉塵等污染物，對環(huán)境的負面影響極小。

1.2可再生能源

地熱能具有可再生性。地球內部的熱量源源不斷，理論上是無窮無盡的，只要熱量提取速度不超過補充的速度，地熱能就可持續(xù)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

1.3穩(wěn)定性強

穩(wěn)定性強，這也是地熱能的一大優(yōu)勢。與風能、太陽能等可再生能源不同，地熱能不受季節(jié)、氣候、晝夜變化等外界因素影響，能夠一天24小時持續(xù)輸出基本穩(wěn)定的能量。

地熱發(fā)電可以連續(xù)穩(wěn)定輸出電能，可作為電網(wǎng)的基礎載荷，也可作為調峰載荷，為能源供應的穩(wěn)定性提供了有力保障。

2.油氣管道溫度調控對采油工程技術效率的影響機制

2.1改善原油流動性

原油的粘度與溫度變化有關。在低溫環(huán)境下，原油中的蠟質等成分易結晶析出，導致原油粘度大幅增加，流動性變差，這使得原油在管道中輸送時需要更大的驅動力，增加了泵機組的能耗，同時也降低了輸送速度，影響采油工程的整體效率。通過對油氣管道進行溫度調控，提高管道內原油的溫度，可以有效降低原油粘度，使其流動性增強。

2.2降低管道腐蝕速率

在油氣輸送過程中，管道腐蝕是一個嚴重的問題，這不僅會影響管道的使用壽命，還可能引發(fā)管道泄漏等安全事故。溫度對管道腐蝕有著重要影響。一方面，溫度升高會加速化學反應速率，在有腐蝕性介質存在的情況下，可能會加快管道的腐蝕。但另一方面，通過合理控制溫度，避免出現(xiàn)一些不利于管道防腐的溫度區(qū)間，可以有效降低腐蝕速率。此外，適宜的溫度還能使管道內的防腐涂層更好地發(fā)揮作用，進一步抑制腐蝕[2]。

2.3優(yōu)化泵機組運行效率

泵機組是油氣管道輸送中的關鍵設備，其運行效率與管道內油氣的溫度密切相關。

當原油溫度適宜、流動性良好時，泵機組在輸送過程中所需的軸功率降低，能夠在更高效的工況下運行。以離心泵為例，在輸送溫度適宜的原油時，泵的揚程和流量特性更加穩(wěn)定，這不僅降低了泵機組的能耗，減少設備磨損，還提高了整個采油工程系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，從而提升了采油工程技術效率。

3.利用地熱能提升采油工程技術效率的必要性

3.1傳統(tǒng)采油技術在能源利用效率方面的不足之處

在原油開采過程中，大量的能量被浪費在加熱、輸送等環(huán)節(jié)，能源利用效率較低。例如，傳統(tǒng)的蒸汽驅油技術，由于蒸汽的產(chǎn)生主要依賴于燃燒化石燃料，在蒸汽的產(chǎn)生和輸送過程中，存在著能量損失大、熱效率低等問題，這不僅造成了能源的浪費，還增加了環(huán)境污染。而地熱能具有較高的利用效率。利用地熱能進行采油工程，可以提高能源的利用效率，減少能源浪費。例如，采用地熱能驅動的熱泵系統(tǒng)，能夠將地熱能高效地轉化為熱能，用于原油的加熱和輸送，大大提高了能源的利用效率[3]。

3.2傳統(tǒng)采油技術對環(huán)境的負面影響也不容忽視

在采油過程中，燃燒化石燃料會產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，對大氣環(huán)境造成嚴重污染。同時，采油過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣等廢棄物也會對土壤和水體造成污染。隨著環(huán)保要求的日益嚴格，傳統(tǒng)采油技術面臨著巨大的環(huán)境保護壓力。地熱能是一種清潔環(huán)保的能源，在開發(fā)利用過程中幾乎不產(chǎn)生污染物，對環(huán)境的影響極小。利用地熱能進行采油工程，可以減少污染物的排放，降低環(huán)境破壞。例如，利用地熱能進行供暖和制冷，替代傳統(tǒng)的化石燃料的供暖和制冷，可以有效減少二氧化碳等溫室氣體的排放。

3.3傳統(tǒng)采油技術開采效率較低

面對日益復雜的油藏條件，如低滲、稠油等難開發(fā)油藏以及特高含水期油藏，傳統(tǒng)采油技術在開采這些油藏時面臨著巨大的挑戰(zhàn)，開采效率低下，采收率難以提高。而地熱能的應用為解決這些難題提供了新的途徑。例如，對于稠油開采，地熱能產(chǎn)生的高溫蒸汽可以有效降低稠油的粘度，提高其流動性，從而提高開采效率和采收率。在低滲油藏中，利用地熱能進行儲層改造和增產(chǎn)措施，能夠改善儲層的滲透性，提高原油的開采效果。

4.基于地熱能的油氣管道溫度調控解決方案

4.1地熱一管道分級換熱與分區(qū)控溫技術

一是淺層地熱交換單元設計。在管道沿線布設U型地埋管群，內部填充相變材料（如石蠟基復合物），通過循環(huán)介質（乙二醇溶液）實現(xiàn)地熱能的季節(jié)性蓄釋。夏季儲存富余地熱，冬季向管道釋熱，解決地熱波動性問題。管道采用雙層真空套管結構，夾層填充納米二氧化硅氣凝膠，能有效減少熱損失。二是中深層地熱井改造技術。利用廢棄油氣井改造地熱井，保留原有井筒套管及固井水泥環(huán)，安裝同軸中心換熱管。中心管優(yōu)選耐高溫承壓材料（如PE-RT管或真空保溫鋼管），通過封堵射孔段實現(xiàn)“取熱不取水”，避免地下水沉降；也能采用深層巖土熱量通過中心管與環(huán)空介質換熱，提升地熱品位（溫度gt;70^°C ）以滿足管道升溫需求。三是多級換熱工藝優(yōu)化。一級直接換熱，中深層地熱水經(jīng)鈦合金板式換熱器與管道介質初步換熱，規(guī)避腐蝕風險；二級熱泵提溫，利用地源熱泵從一級換熱尾水中二次提熱，將介質升溫至目標溫度（如 45^°C 以上），適應極寒工況[4。

4.2地熱井一保溫管協(xié)同蓄熱技術

在深?；驉毫迎h(huán)境下的地熱一—油氣開發(fā)中，會出現(xiàn)晝夜溫差大，白天高溫，夜晚低溫，給溫度調控帶來很大困難，智能化鉆井技術可在源頭上發(fā)揮地熱能的運用效果。針對極寒環(huán)境或間歇性供能情況下，進行地下熱能存儲與管道保溫協(xié)同設計。一是采用淺層地埋管蓄熱體。在管道沿線垂直敷設U型地埋管群，內部充填相變材料（如石蠟基復合物），夏季儲存富余地熱，冬季通過循環(huán)介質（乙二醇水溶液）向管道釋熱。二是采用真空納米保溫管結構。管道采用雙層真空套管設計，夾層填充納米二氧化硅氣凝膠氈，較傳統(tǒng)聚氨酯保溫層科減少熱損失。三是構建智能溫控閥門聯(lián)動。在管道關鍵節(jié)點安裝自力式溫度調節(jié)閥，根據(jù)地埋管出口水溫與管道需求溫差，自動調節(jié)換熱介質流量，維持管道恒溫[5。

4.3地熱一多能互補智慧調控系統(tǒng)

構建一套全面、科學的地熱能利用油藏監(jiān)測體系，是實現(xiàn)高效采油工程的關鍵環(huán)節(jié)，能夠為油藏開發(fā)提供實時、準確的數(shù)據(jù)支持，確保開發(fā)過程的安全性和可持續(xù)性。在油藏監(jiān)測體系中，溫度監(jiān)測是重要的一環(huán)。由于地熱能的引入，油藏內部的溫度分布和變化對原油的開采和生產(chǎn)具有重要影響。通過在油藏內部和井口等關鍵位置安裝高精度的溫度傳感器，能夠實時監(jiān)測油藏溫度的變化情況。這種采用先進傳感技術的溫度傳感器，具有高精度、高穩(wěn)定性和耐惡劣環(huán)境的優(yōu)點，能夠在高溫、高壓等復雜條件下準確測量溫度。

5.結束語

油氣管道溫度調控是提升采油工程技術效率的關鍵環(huán)節(jié)。通過合理的溫度調控，可以顯著改善原油的流動性，降低管道腐蝕速率，優(yōu)化泵機組運行效率，從而提高整個采油工程系統(tǒng)的運行效率和安全性。目前，油氣管道溫度調控方法多樣，相關技術也在不斷發(fā)展和完善。然而，在實際應用中仍面臨著能源消耗、溫度均勻性等諸多挑戰(zhàn)，這需要進一步加強技術創(chuàng)新，研發(fā)出更加高效、節(jié)能、適應復雜環(huán)境的溫度調控技術和設備；同時優(yōu)化溫度調控策略，提高溫度控制的精度和穩(wěn)定性，為采油工程的高效、安全、可持續(xù)發(fā)展提供參考。

參考文獻：

[1]國家能源局。油氣管道發(fā)展“十四五”規(guī)劃[EB/OL]. （2021-12-30）[2025-05-31].http：//www.nea.gov.cn/2021-12/30/c_1310401050.htm.

[2]國家標準化管理委員會。GB32167-2015油氣輸送管道完整性管理規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2015.

[3]國家發(fā)展改革委、國家能源局。能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）[EB/OL]. （2016-06-01）[2025-05-31]. http：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201606/t20160601_963346.html.

[4]國家能源局。東北地區(qū)油氣管道防凍技術指南[Z].2020.

[5]劉政宇、曹學乾、王少龍等。油氣開采環(huán)境下管道的協(xié)同腐蝕及防護研究進展[J].中國表面工程，2023，36（06）：36-48作者單位：中國石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司準東采油廠