加熱爐分離裝置的優化改進與應用分析

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，被稱為“工業的血液”。主要是碳氫化合物，各種烴類、瀝青質、石蠟的混合物，還存在一些硫元素，水和其他的雜質，通過各種化學反應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的。也是許多化學工業產品，如溶液、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料，因此，石油又稱為“原油”。

關鍵詞：加熱爐;分離裝置;優化改進;應用分析

一、原油分類：

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

（2）按組成分類：石蠟基原油、環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的難易，粘度愈大，流動阻力愈大，越難流動。

一般來說，粘度大的密度也較大，含蠟量也相對增大。石蠟在地下以膠體狀溶于石油中，當壓力和溫度降低時，可從石油中析出。地層原油中的石蠟開始結晶析出的溫度叫析蠟溫度，含蠟量越高，析蠟溫度越高，油井越容易結蠟，對油井生產管理不利。

原油具有一定的黏性，尤其是當輸油管線內溫度較低，低于原油析蠟溫度時，會有大量石蠟析出。石蠟會吸附在輸油管壁上，使管線直徑變小俗稱“縮徑”、“凝管”。造成單井管線壓力升高，嚴重時會造成管線蠟堵，影響油井的開井時率。所以在生產中含蠟量高、析蠟溫度高的單井，原油輸送至計量站時，必須對管線內原油進行加熱至40～50℃，目的是提高管線內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、提高原油流動性、降低輸油管線壓力。計量站原油向集中聯合處理站輸送時，會經過大型水浴爐進行二次加熱，使出口原油溫度達到40～50℃，以利于后期原油處理。

二、生產現狀

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

三、存在問題

石西油田，作為全國首個百萬噸級整裝數字化大油田。地處沙漠腹地，已經開采23年，開發方式為注水開發。目前，仍然35口井依靠天然能量在自噴生產。由于開發時間長，單井加熱爐設備存在檢驗不合格，超期服役的狀況。由于開發方式的原因，自噴井監控是利用光伏發電，沒有架設電網，目前大部分能冷輸的油井都改為直通流程生產，生產中定期對單井管線進行熱洗融蠟。但是由于原油性質的問題，部分井還需要進行加熱降粘。但是，目前所有盤管加熱爐由于分氣包存在超期服役或者無壓力容器檢驗合格證而停用。用熱洗方式定期對管線融蠟，有很大的效果，但無形中會額外增加一道工序，增加工作量與費用。熱洗管線會每口井會有占產時間在2.5小時/井次，這大大影響了自噴油井的生產時率。在最近兩年，定期熱洗的井也出現了凝管蠟堵管線的情況，嚴重影響了油井的開井時率，增加了一大筆維修解堵費用。

四、改進思路

壓力容器界定是必須同時具備以下三個條件：

（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）盛裝介質為氣體液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點液體。

單井加熱爐的流程方式與工作原理：生產井流程同時存在兩種模式，一種是原油不經過加熱，直接輸往計量站的直通流程;另一種是對原油加熱的旁通流程。加熱流程是在井口安裝盤管爐或者水浴爐、分氣包、利用本井伴生氣作為燃料對本井來油進行加熱。加熱爐檢驗不合格，主要是因為起分離作用的分氣包不合格。分氣包作為壓力容器，需要定期檢測，而且有規定的使用年限。它是加熱爐一個重要組成部分，起到至關重要的作用。經過分氣包的氣液分離，一部分伴生氣，作為燃料供加熱爐點火使用，對原油進行加熱。大部分伴生氣都經過輸油管線，輸送至計量站、聯合處理站。由于目前設備使用年限，已經接近報費年限，如大批量更換，會增加巨額成本。

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

五、效果驗證：

經過現場安裝，通過對比分析，取得了非常理想效果，該設備有效進行原油輸送兼油氣分離，可滿足原油加熱時供氣需求，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口，所以對進入加熱爐的油流進行預熱，這樣保證了氣量大的自噴井開井時拉斷管線的風險。在氣量不低于200m3/d的油井分離效果非常好。由于該設備不屬于壓力容器范疇，所以后期生產中不需要進行壓力容器檢驗，減少了相應的檢驗費用。

六、經濟效益

效益評價：以目前計劃改造10口井計算每年的經濟效益。

制作成本：

（1）電焊車一部*8小時=640元。

（2）人工4*15*8=480元。

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

（4）改造10口井合計：480+640+1500*10=2.62萬元。

更換分氣包成本：10000*10=10萬元。

改造節約成本：10-2.62=7.38萬元。

定期熱洗成本：熱洗井數*熱洗液量*熱洗金額/m3*4次=10*20*80*4=6.4萬元。

熱洗節約成本：6.4-2.62=3.78萬元。

七、社會效益

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格低廉，減少了相關的費用與現場工作量，消除了生產中的隱患，所以油田生產中有很廣闊的應用前景與推廣價值。

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