空氣熱源泵在雙空心桿內循環加熱井筒的應用與節能分析

李德儒（河南油田公司采油二廠）

古城油田外圍部分區塊，原油物性表現為含蠟高、凝固點高的特征，原油密度為0.884 1，含蠟33.39%～40.24%，凝固點34～51 ℃，原始地層溫度56.8 ℃，原油在井下300 m 左右即達到凝固點。為改善原油在井筒中的流動性，防止油井抽油舉升過程結蠟，以往井筒升溫采取熱水洗井、超導洗井或空心桿電加熱等工藝解決。但熱水洗井、超導洗井存在費工、費時，洗井不徹底、地層污染，空心桿電加熱存在用電費用高等問題。目前該區塊22口油井舉升保溫采用雙空心抽油桿內循環井筒加熱技術，取得了較好的生產、經營效果。由于該區塊油井生產伴生氣較少，雙空心桿內循環加熱井筒熱源采用燃煤加熱器，燃煤加熱器存在加煤勞動強度大，爐膛火焰不穩定等問題。為此，采用空氣熱源泵代替燃煤加熱器的井筒加熱方式，這不僅改善原油在井中的流動性，而且可置換燃煤、油氣等高耗能設備。

1 燃煤加熱器運行時存在的問題

1）上煤自動化程度低，人工勞動強度大。燃煤加熱器目前采用人工上煤，全天需加煤為350 kg左右，每2 h 加煤1 次。

2）燃煤加熱器屬于特種設備，工種要求高。燃煤加熱器爐膛有循環水管線，為管式加熱爐，屬特種設備，操作人員需持證上崗。

3）易造成環境污染。燃煤時產生硫化物、二氧化碳、粉塵、煤渣，污染環境。

2 空氣熱源泵替代燃煤加熱器的可行性

2.1 空氣熱源泵工作原理

空氣熱源泵（圖1）遵循能量守恒定律和熱力學第二定律，運用熱泵的原理只需消耗一小部分的機械能將處于低溫環境（自然空氣）下的熱量或低溫水中的熱量提取出來，連同本機的電能轉化成熱能一起轉移到高溫環境下的熱水中去加熱制取高溫熱水的過程。可以廣泛應用于居民的冬季取暖和制熱水、工業用熱水等。

圖1 空氣熱源泵工作原理示意圖

2.2 空氣熱源泵構成

空氣熱源泵由過濾器、膨脹閥、蒸發器、溫度調節器、壓縮機、冷凝器、循環泵等組成。

2.3 空氣熱源泵使用優勢

它采用環保高溫低壓制冷劑，產生80～85 ℃高溫熱水，高效節能。取代燃煤、燃油氣、電加熱等高耗能、高污染設備。無煙塵、無廢氣排放，對大氣不污染。操作簡單、方便，既節約人工開支又提高工作效率。

2.4 空氣熱源泵替代燃煤加熱器工藝流程

只需將燃煤加熱器循環水進出口斷開與空氣熱源泵循環水進出口相連即可（圖2）。

圖2 雙空心桿內循環加熱地面裝置示意圖

3 現場應用

2014年11月，空氣熱源泵在古101 井上應用，室外溫度10 ℃左右，設定進口溫度75 ℃，井口出油溫度為51 ℃，油井生產平穩，平均日耗電為217.2 kWh（表1）。

表1 空氣熱源泵在古101 井上的現場應用

系統自動化調控程度高，溫度設定后，設備自動啟停，管理維護方便，井口出油溫度平穩。

空氣熱源泵加熱以電為動力，與燃煤加熱器相比無硫化物、粉塵、煤渣的污染，環保節能。

4 經濟效益評價

1）空氣熱源泵一次投入費用為13 萬元，而燃煤加熱器為13.9 萬元，節約投資0.9 萬元。

2）燃煤加熱器年運行費：燃煤費用為7.665 萬元；加煤人工（1 人看護1 口井）費用為7 萬元。空氣熱源泵年運行費：用電費用為6.945 萬元；人工（1 人看護4 口井）費用為1.75 萬元。空氣熱源泵替代燃煤加熱器年節約費用為5.970 萬元。

5 結論與建議

1）空氣熱源泵替代燃煤加熱器在雙空心桿內循環加熱，生產運行完全可行。空氣熱源泵加熱系統穩定性好，操作管理方便，減輕了職工勞動強度，同時具有環保效益。

2）空氣熱源泵替代燃煤加熱器經濟效益好，投資回收期（2.18年）短。空氣熱源泵免修使用有效期為5年，單臺設備13 萬元，對燃煤加熱器完全改造，年節約5.970 萬元。

3）空氣熱源泵使用工業用電，環保。它采用環保高溫低壓制冷劑，產生80～85 ℃高溫熱水，高效節能，可取代燃煤、燃油氣、電加熱等高耗能設備。

4）對含蠟量、凝固點高的高凝油油藏，應用空氣熱源泵加熱循環能改善油井舉升過程原油在井筒中的流動性。