薩南油田集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

何昭軍 孫艷（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

薩南油田集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

何昭軍1孫艷2（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

介紹了薩南油田近幾年所采用的地面工程集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施，闡明了各種節(jié)能技術(shù)措施的原理、應(yīng)用情況及效果，有效降低了地面系統(tǒng)成本，同時(shí)，指導(dǎo)“十三五”期間地面集輸系統(tǒng)節(jié)能工作的開展。近幾年，薩南油田通過開展站庫低溫集輸技術(shù)、加熱爐提效、安裝變頻調(diào)速裝置等節(jié)能管理措施和技改措施，實(shí)現(xiàn)年節(jié)氣1143×104m3，年節(jié)電305×104kWh，有效降低地面系統(tǒng)耗能成本。

薩南油田；集輸系統(tǒng)；節(jié)能；地面工程

1 低溫集輸

隨著油田進(jìn)入高含水期，原有的集油方式已經(jīng)不能滿足油田節(jié)能降耗的要求[1]，低溫集輸是幾種集油方式的總稱，目前薩南油田主要有七種集油方式：正常摻水：摻水溫度大于50℃（指摻水出站溫度）；單管集油：油井常年停止摻水，利用集油管線向計(jì)量間輸油；雙管集油：油井常年停止摻水，利用集油和摻水管線同時(shí)向計(jì)量間輸油；摻常溫水：轉(zhuǎn)油站來液經(jīng)過分離后，沉降分離的游離水不經(jīng)過加熱直接進(jìn)行回?fù)剑攸c(diǎn)是不運(yùn)行摻水爐，摻水溫度與生產(chǎn)運(yùn)行情況表中來液溫度相近；摻低溫水：摻水溫度小于或等于50℃（指摻水出站溫度）；加流改劑：轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)添加流動改進(jìn)劑；季節(jié)性停摻：夏季不摻水，但冬季需要摻水，冬季不存在季節(jié)性停摻井。在這七種集油方式里，除了正常摻水外其余都可以稱為低溫集輸[2]。

目前，薩南油田進(jìn)入特高含水期，近年來綜合含水達(dá)90%以上，集輸介質(zhì)的管輸特性發(fā)生了較大變化，低溫集輸雖然在一定程度上可以節(jié)能降耗，但也受一些因素的制約。

2015年，薩南油田有19座站夏季全面實(shí)施停摻停爐，在夏季氣溫最高時(shí)，最多停運(yùn)加熱爐51臺，低溫集輸井?dāng)?shù)達(dá)3889口，其中常年不加熱集輸井?dāng)?shù)1033口，降溫集輸井?dāng)?shù)2145口，季節(jié)性停摻井?dāng)?shù)711口，年節(jié)氣820×104m3，年節(jié)電120× 104kWh。

2 加熱爐提效

2.1 脈動爐改造

為緩解加熱爐煙火管鼓包給生產(chǎn)帶來的壓力及提高加熱爐的運(yùn)行熱效率，采用脈動燃燒方式改造二合一加熱緩沖裝置，脈動燃燒換熱技術(shù)從原理、結(jié)構(gòu)、工藝上分析，可用于二合一加熱緩沖裝置。

2.1.1 脈動燃燒技術(shù)原理

脈動燃燒室內(nèi)的壓力、流動速度、燃燒放熱效率、溫度等參數(shù)是隨時(shí)間呈快速周期性變化，燃燒室內(nèi)存在一個(gè)高強(qiáng)度的駐波聲場，在聲學(xué)條件控制下，燃燒過程呈周期性脈動。周期性的燃燒放熱自動激發(fā)產(chǎn)生燃燒室內(nèi)的聲脈動，強(qiáng)烈的聲波脈動又反過來調(diào)節(jié)、控制周期性的燃燒放熱。高強(qiáng)度聲波脈動的結(jié)果，強(qiáng)化了混合，傳熱，傳質(zhì)過程[3]。

2.1.2 改造方式

將老加熱爐燃燒器一側(cè)的碟型封頭切下，將爐內(nèi)煙、火管整體拆出，根據(jù)原有二合一加熱緩沖裝置的實(shí)際情況，現(xiàn)場預(yù)制脈動燃燒系統(tǒng)安裝老加熱爐殼體中，將原有的封頭改為碟型封頭，再配套安裝引風(fēng)機(jī)、控制屏等自控設(shè)備，經(jīng)調(diào)試后即可投入使用，其安裝方式見圖1。

2.1.3 達(dá)到指標(biāo)

二合一加熱緩沖裝置通過改造后，提高了加熱爐的燃燒效率、燃燒強(qiáng)度，運(yùn)行熱效率最高可達(dá)90%左右，更換掉老式的煙火管，達(dá)到減少換熱面積，降低鋼材耗量的效果。由于其獨(dú)特的燃燒方式所產(chǎn)生的脈動效果，對預(yù)防換熱設(shè)備結(jié)垢、泥沙沉積有顯著的效果。薩南油田在原有加熱爐基礎(chǔ)上改造了16臺脈動燃燒加熱爐。節(jié)能監(jiān)測中心于2015年抽測的加熱爐檢測報(bào)告顯示，8臺脈動燃燒加熱爐平均熱效率達(dá)到86.35%，節(jié)能效果明顯。

圖1 脈動燃燒方式改造二合一加熱緩沖裝置安裝圖

2.2 加熱爐清防垢技術(shù)

為了緩解加熱爐結(jié)垢嚴(yán)重給生產(chǎn)帶來的壓力及提高加熱爐的運(yùn)行熱效率，將在加熱爐進(jìn)口安裝量子管通環(huán)，量子管通環(huán)清防垢技術(shù)從原理、結(jié)構(gòu)、工藝上分析，適用于各種結(jié)構(gòu)形式的加熱爐，對水驅(qū)加熱爐效果尤為明顯[4]。

2.2.1 量子管通環(huán)清防垢技術(shù)原理

利用最新的量子力學(xué)原理和激光技術(shù)，將開發(fā)的能量波存儲于以硅鋁為主體的記憶合金材料里。當(dāng)合金材料從周圍環(huán)境得到能量時(shí)，材料的分子產(chǎn)生超精微振動波，透過管壁傳遞到水中，超精微振動波使離子間的相互結(jié)合力減弱，不容易產(chǎn)生晶體而析出。以碳酸鈣的結(jié)晶為例，碳酸鈣產(chǎn)生結(jié)晶，但在超精微振動波的作用下，碳酸鈣分子的特性被改變，從而不會形成大塊的板結(jié)垢，只能在水中形成絮狀的碳酸鈣顆粒，在水流的作用下被帶走。

2.2.2 達(dá)到指標(biāo)

安裝量子管通環(huán)后，可以緩解加熱爐結(jié)垢問題，提高加熱爐的運(yùn)行熱效率至少2個(gè)百分點(diǎn)以上。

上述加熱爐提效工作的開展，實(shí)現(xiàn)措施節(jié)氣量323×104m3。

3 安裝變頻調(diào)速裝置

薩南油田已經(jīng)進(jìn)入特高含水開發(fā)后期，原油采出成本越來越高，安裝變頻器是機(jī)泵的一種有效的節(jié)能技術(shù)。集輸系統(tǒng)主要在外輸系統(tǒng)及摻水系統(tǒng)安裝變頻調(diào)速裝置。

3.1 外輸系統(tǒng)

由于開發(fā)過程中的單井產(chǎn)液量自然遞減、注采關(guān)系調(diào)整、生產(chǎn)井高關(guān)、套變關(guān)井的影響，轉(zhuǎn)油站、脫水站基本在運(yùn)行十年后，外輸量與投產(chǎn)初期相差較大，而受資金等因素的制約，外輸能力調(diào)整相對滯后，導(dǎo)致部分集輸系統(tǒng)外輸能力與液量匹配不合理，外輸泵存在載荷過低的問題[5]。

3.2 摻水系統(tǒng)

隨著油田開發(fā)的深入，部分轉(zhuǎn)油站摻水系統(tǒng)能力與需求不匹配，具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：隨著開發(fā)時(shí)間的延長，轉(zhuǎn)油站所轄油井單井產(chǎn)液量、總井?dāng)?shù)、開關(guān)井?dāng)?shù)已經(jīng)發(fā)生變化，導(dǎo)致?lián)剿枨蟀l(fā)生變化；隨著技術(shù)的進(jìn)步，油氣集輸系統(tǒng)的技術(shù)界限有所下調(diào)，單井進(jìn)站溫度有所降低，單井摻水量減少，導(dǎo)致轉(zhuǎn)油站已建摻水系統(tǒng)負(fù)荷率降低；隨著節(jié)能減排力度的加大、油田含水的升高，低溫、常溫集輸?shù)姆秶鹉昙哟螅糠志畬?shí)施全年或季節(jié)性停摻集輸，導(dǎo)致轉(zhuǎn)油站摻水量需求季節(jié)性差異較大。

截至2015年底，薩南油田地面工程集輸系統(tǒng)建成各類站庫92座，外輸泵289臺，摻水泵229臺，變頻調(diào)速裝置176臺，其中用于原油外輸變頻器72臺，用于摻水變頻器41臺，其余63臺變頻器主要用于脫水、補(bǔ)水、反沖洗等。采用變頻調(diào)速裝置平均每年節(jié)電185×104kWh。

4 結(jié)論

薩南油田通過一系列節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，控制了地面系統(tǒng)能耗持續(xù)上升的勢頭。今后，要進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化調(diào)整地面工藝技術(shù)，強(qiáng)化日常生產(chǎn)管理技術(shù)，降低集輸系統(tǒng)能耗。

1）集輸介質(zhì)的管輸特性發(fā)生了較大變化，低溫集輸雖然在一定程度上可以節(jié)能降耗，但也受一些因素的制約[6]。

2）二合一加熱爐緩沖裝置通過改造后，提高了加熱爐的燃燒效率、燃燒強(qiáng)度。由于其獨(dú)特的燃燒方式所產(chǎn)生的脈動效果，對預(yù)防換熱設(shè)備結(jié)垢、泥沙沉積有顯著效果。

3）在加熱爐進(jìn)口安裝量子管通環(huán)，量子管通環(huán)清防垢技術(shù)從原理、結(jié)構(gòu)、工藝上分析，適用于各種結(jié)構(gòu)形式的加熱爐，對水驅(qū)加熱爐效果尤為明顯。

4）薩南油田已經(jīng)進(jìn)入特高含水開發(fā)后期，原油采出成本越來越高。在外輸系統(tǒng)及摻水系統(tǒng)安裝變頻調(diào)速裝置是一種有效的節(jié)能技術(shù)。

[1]李丹.優(yōu)選集輸方式降成本增效益[J].石油石化節(jié)能，2017，7（4）：42-43.

[2]韓國志.大慶薩中油田低溫集輸工藝分析[J].石油石化節(jié)能，2016，6（3）：3-5.

[3]劉鵬.加熱爐火管高壓水射流清防垢管路噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)值模擬[J].遼寧化工，2017，46（3）：226-228.

[4]王勇.二合一加熱爐物理防垢技術(shù)研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2011，22（6）：43-45.

[5]高利波.油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)綜述[J].當(dāng)代化工，2016，45（2）：361-363.

[6]李振軍.低溫集輸處理技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)[J].石油石化節(jié)能，2016，6（1）：3-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.012

2016-12-12

（編輯 李珊梅）

何昭軍，工程師， 2004年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）（油氣儲運(yùn)專業(yè)），從事油氣田集輸技術(shù)管理工作，E-mail：hezhaojun@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第二采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163414。