電加熱集油能耗分析及理論計(jì)算方法的修正

李玉華 (大慶油田工程有限公司)

電加熱集油能耗分析及理論計(jì)算方法的修正

李玉華 (大慶油田工程有限公司)

電加熱集油工藝的應(yīng)用簡(jiǎn)化了地面建設(shè)模式，有效地降低了地面建設(shè)投資。該工藝在大慶油田得到成功應(yīng)用，但通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際耗電量與理論計(jì)算值有較大偏差，通過分析得出電加熱集油能耗理論計(jì)算值高于實(shí)際能耗的原因是：夏季運(yùn)行時(shí)由于環(huán)境溫度的升高，使井口電加熱器部分停運(yùn)或降低加熱溫度，導(dǎo)致井口加熱耗電量降低；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，管線上散熱量降低，同時(shí)電熱管也可局部停運(yùn)，導(dǎo)致管線保溫耗電量降低；由于電熱管運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，管道周圍的環(huán)境溫度比理論計(jì)算值高，從而導(dǎo)致管道散熱量降低。本文結(jié)合實(shí)際對(duì)理論計(jì)算方法進(jìn)行修正，擬合出新的能耗計(jì)算方法，即電加熱總耗電量=井口電加熱器耗電量×0.75+電熱管保溫耗電量×0.7。修正后的電加熱能耗計(jì)算數(shù)據(jù)更接近于實(shí)際。

電熱集油工藝 能耗 理論計(jì)算 修正

近年來，大慶油田加大了外圍低產(chǎn)油田開發(fā)力度，外圍油田與老區(qū)相比具有單井產(chǎn)量低、原油凝固點(diǎn)高、油井分布零散、系統(tǒng)依托性差等特點(diǎn)，客觀上制約了外圍油田的發(fā)展建設(shè)。為了降低低產(chǎn)油田生產(chǎn)成本，開辟提高經(jīng)濟(jì)效益的新途徑，在外圍油田推廣使用了電加熱集油工藝，使油田地面集油工藝進(jìn)一步簡(jiǎn)化，建設(shè)投資進(jìn)一步降低，經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提高，為大慶油田穩(wěn)產(chǎn)4000×104t奠定了基礎(chǔ)。通過對(duì)外圍幾個(gè)采油廠電熱管實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際耗電量與理論計(jì)算值有較大的偏差，因此有必要結(jié)合實(shí)際對(duì)其進(jìn)行修正，從而達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)的目的。

1 電加熱集油工藝

電熱管自2004年投入生產(chǎn)使用后，在大慶油田應(yīng)用數(shù)量較大，目前共有1972口油井采用單管樹狀電加熱集油流程，其中敖南油田、齊家北油田更是典型的電加熱集油區(qū)塊，僅這兩個(gè)油田就有699口電熱集油井，目前這些采油井運(yùn)行狀況均較穩(wěn)定。

電加熱集油能耗主要包括兩部分：井口加熱耗電；電熱管保溫耗電。井口加熱耗電量隨著產(chǎn)液量、原油集輸溫度與井口出油溫度的差值增大而升高，而電熱管保溫耗電量則隨著集輸溫度和環(huán)境溫度之間的差值增大而升高。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際能耗與理論計(jì)算值對(duì)比

表1是5個(gè)電加熱集油區(qū)塊實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)查數(shù)據(jù)。

表1 電加熱集油區(qū)塊實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)

電加熱集油能耗理論計(jì)算值與實(shí)際能耗對(duì)比情況見表2。

由表2計(jì)算數(shù)據(jù)可知，按實(shí)際運(yùn)行溫度計(jì)算的理論耗電量均比實(shí)際耗電量高，實(shí)際耗電量占理論計(jì)算值的14.3%～70.5%，尤其是敖南和英51區(qū)塊實(shí)際耗電量和理論計(jì)算值的偏差更大，并且5個(gè)區(qū)塊中除齊家北區(qū)塊之外的其他4個(gè)區(qū)塊按凝點(diǎn)運(yùn)行計(jì)算出的耗電量均比現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際耗電量高，這足以說明以往電加熱集油能耗的理論計(jì)算值偏高。

表2 電加熱集油能耗理論計(jì)算值與實(shí)際能耗對(duì)比

3 原因分析

經(jīng)分析，電加熱集油能耗理論計(jì)算值高于實(shí)際能耗的原因如下：

◇夏季運(yùn)行時(shí)由于環(huán)境溫度升高，井口電加熱器可以部分停運(yùn)或降低加熱溫度，從而導(dǎo)致井口加熱耗電量降低；

◇當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，管線上散熱量降低，同時(shí)電熱管也可局部停運(yùn)，從而導(dǎo)致管線保溫耗電量降低；

◇由于電熱管運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，管道周圍的環(huán)境溫度比理論計(jì)算值高，從而造成管道散熱量降低。

上述3個(gè)原因?qū)е码姛峁軐?shí)際耗電量低于理論計(jì)算值。

4 電加熱集油能耗理論計(jì)算方法的修正

表3是3個(gè)電加熱集油區(qū)塊冬季與夏季能耗對(duì)比情況。

表3 電加熱集油冬季與夏季能耗對(duì)比

從表3中可以看出，3個(gè)區(qū)塊夏季平均耗電量均比冬季耗電量低，其中英51區(qū)塊夏季耗電量只占冬季耗電量的35.5%。經(jīng)分析這種情況發(fā)生的最主要原因就是上述分析中的第1和第2個(gè)影響因素導(dǎo)致實(shí)際耗電量大幅降低，下面以英51區(qū)塊電加熱實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來說明。

英51區(qū)塊電伴熱管線均安裝了電度表，用來計(jì)量電伴熱所消耗的電量，另外該區(qū)塊還在電熱管支線上設(shè)置了壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力變化情況來控制電伴熱溫度和電加熱器數(shù)量。根據(jù)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，該區(qū)塊從5月份開始電加熱器全部停運(yùn)，只依靠電熱管保溫，進(jìn)站總回油溫度21℃，比凝點(diǎn)低13℃。目前英51支線最低回油溫度為19℃，低于凝固點(diǎn)15℃，另外根據(jù)在英51區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)勘查情況得知，夏季該區(qū)塊不僅電加熱器停運(yùn)，而且除端點(diǎn)井電加熱管開啟外，其余全部冷輸，所以該區(qū)塊夏季耗電量只占冬季耗電量的35.5%，并且實(shí)際年耗電量只占理論計(jì)算值的24.8%。

下面根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來修正理論計(jì)算方法。

由于理論計(jì)算時(shí)地溫是按冬季最低溫度-6.9℃進(jìn)行計(jì)算的，而全年平均地溫為4℃，若地溫按4℃進(jìn)行計(jì)算，則電熱管保溫耗電量將是原計(jì)算值的70%左右，所以本次電熱管耗電量在原計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以0.7的系數(shù)（或環(huán)境溫度直接按4℃計(jì)算）。

根據(jù)英51區(qū)塊井口電加熱器的控制情況，若井口電加熱器在5月初至10月末6個(gè)月中按全部停運(yùn)，其他6個(gè)月全開進(jìn)行計(jì)算，即相當(dāng)于在井口電加熱耗電量Q井口的原計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以0.5的系數(shù)，同時(shí)電熱管按夏季開?3，冬季全開計(jì)算，相當(dāng)于在原電熱管保溫耗電量(Q電熱管)乘以0.7的系數(shù)后又乘0.67的系數(shù)，擬合公式為：

按公式（1）計(jì)算出英51區(qū)塊年耗電量為77×104kWh，是實(shí)際耗電量的2.3倍，從該計(jì)算結(jié)果可以看出按實(shí)際運(yùn)行情況模擬后，理論計(jì)算耗電量仍高于實(shí)際耗電量。分析原因如下：

1）上述分析中的第3個(gè)影響因素，即電熱管運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，管道周圍的環(huán)境溫度比理論計(jì)算值高，從而導(dǎo)致電熱管耗電量降低，這也就解釋了敖南區(qū)塊實(shí)際耗電量只占理論計(jì)算值的14.3%，比英51區(qū)塊還低10.5%的原因。敖南區(qū)塊目前轄電加熱集油井55口，電熱管總長(zhǎng)度為24.82 km，平均單井管線長(zhǎng)度0.45 km，是英51區(qū)塊單井管線長(zhǎng)度（0.2 km）的2.3倍，因?yàn)殡姛峁鼙貙?shí)際耗電量比理論計(jì)算值低，所以造成這2個(gè)區(qū)塊實(shí)際耗電量占理論計(jì)算值的比例偏差較大。

2）井口電加熱器的實(shí)際加熱效率要比計(jì)算值高，從而導(dǎo)致計(jì)算耗電量高于實(shí)際耗電量。

本次井口電加熱器的效率是按85%進(jìn)行計(jì)算的，若是電加熱器的加熱效率按95%計(jì)算，并且電熱管保溫耗電量取0.1的系數(shù)來擬合各區(qū)塊的耗電量，則擬合公式為：

按公式（2）擬合后電加熱集油理論計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比情況見表4。

表4 擬合后電加熱集油理論計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比

從擬合的結(jié)果可以看出，敖南和英51區(qū)塊擬合后實(shí)際耗電量分別占理論計(jì)算值的71%和92%，比較接近實(shí)際，但另外3個(gè)區(qū)塊擬合后的理論值高于實(shí)際值，并且是實(shí)際值的2～3倍左右。分析造成這3個(gè)區(qū)塊實(shí)際耗電量偏高的原因是：上述3個(gè)區(qū)塊采取的是常規(guī)管理模式，即高溫季節(jié)里未能最大限度地采取節(jié)能措施，從而導(dǎo)致實(shí)際能耗偏高，同時(shí)也說明這3個(gè)區(qū)塊尚有節(jié)能潛力。

若是根據(jù)上述常規(guī)管理的3個(gè)區(qū)塊實(shí)際耗電情況來放寬擬合系數(shù)，即井口電加熱器按5—10月只開啟一半，其他6個(gè)月全開進(jìn)行計(jì)算，即相當(dāng)于在井口電加熱耗電量的原計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以0.75的系數(shù)，而電熱管則按環(huán)境溫度4℃進(jìn)行計(jì)算，即電熱管耗電量在原計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以0.7的系數(shù)，則擬合公式為：

按公式（3）擬合后電加熱集油理論計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比情況見表5。

表5 擬合后電加熱集油理論計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比

從擬合的結(jié)果可以看出，擬合后實(shí)際耗電量占理論計(jì)算值的20.1%～98.4%之間，所以放寬擬合系數(shù)后，理論耗電量可以滿足所有區(qū)塊實(shí)際耗電量的需要，該公式是成立的，能夠應(yīng)用到今后的電加熱集油能耗計(jì)算中。

表6是各區(qū)塊按公式（3）優(yōu)化前后理論耗電量對(duì)比及運(yùn)行費(fèi)用情況。

表6 優(yōu)化前后理論耗電量對(duì)比及運(yùn)行費(fèi)用情況

從表6對(duì)比情況可以看出，按照公式（3）的計(jì)算方法，各區(qū)塊的耗電量降低了28%左右。

由于該公式采用的擬合系數(shù)是比較保守的，若采用公式（1）或公式（2）的擬合系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，理論計(jì)算的耗電量還會(huì)降低許多。由此可見，電熱管集油節(jié)能潛力很大，具有廣闊的應(yīng)用前景。

6 結(jié)論

1）通過分析得出電加熱集油能耗理論計(jì)算值高于實(shí)際能耗的原因。

2）由于電加熱能耗理論計(jì)算值高于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行值，本次結(jié)合實(shí)際對(duì)理論計(jì)算方法進(jìn)行了修正，擬合出新的能耗計(jì)算方法。

3）若是采用新的電加熱能耗計(jì)算方法后，電加熱集油能耗大幅度降低，在方案論證中它的優(yōu)勢(shì)將更加突出，應(yīng)用前景將更加廣闊。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.001

李玉華，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，工程師，從事油田地面規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，E-mail：liyuhua_dod@petrochina.com.cn，地址：大慶油田工程有限公司總體規(guī)劃室，163712。

2011-06-27）