王玉敏大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所

朝陽溝油田原油集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

王玉敏
大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所

本文介紹了朝陽溝油田集輸系統(tǒng)的能耗現(xiàn)狀，通過對朝三地區(qū)井口——計(jì)量間——中轉(zhuǎn)站——聯(lián)合站各節(jié)點(diǎn)的摻水壓力、摻水溫度、回油壓力和回油溫度等參數(shù)的現(xiàn)場測試和計(jì)算，分析了原油集輸系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能耗狀況及節(jié)能潛力，提出朝陽溝油田原油集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的措施方向，為今后類似油田的節(jié)能工作提供參考。

集輸系統(tǒng)；節(jié)能潛力；參數(shù)優(yōu)化；措施方向

gathering system;energy saving potential; optimization measures; measures direction

前言

朝陽溝油田探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量20060.63×104t，含油面積331.22km2，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量17982.37×104t，開發(fā)面積268.4km2。自1986年開發(fā)建設(shè)以來，共建成聯(lián)合站5座（運(yùn)行3座），轉(zhuǎn)油站23座（運(yùn)行20座），計(jì)量閥組間168座。建成油井3658口，集油工藝采用雙管摻水和環(huán)狀摻水流程。建成集輸油管線2890 km，其中油管線1693km，摻水管線1197km。

油田所產(chǎn)原油具有三高特征，即含蠟量一般在20～30%，平均凝固點(diǎn)35.4℃，一般在26～40℃，50℃的粘度20mPa.s以上。 “十五”以來通過開展低溫集輸工作和應(yīng)用一系列的節(jié)能措施，并加強(qiáng)管理，在建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)用氣、用電均有所增加的情況下，能耗指標(biāo)得到了有效控制。到2009年，噸油耗氣控制在55 m3/t以內(nèi)，噸油綜合耗電控制在220kWh/t以內(nèi)，仍然超出油田公司要求指標(biāo)噸油耗氣指標(biāo)為50m3/t。因此必須挖掘集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力，切實(shí)開展技術(shù)攻關(guān)和低溫集輸工作，加強(qiáng)管理，確保能耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

一、集輸系統(tǒng)能耗測試分析

為了準(zhǔn)確分析原油集輸系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能耗狀況，本文通過能耗分析模型，并通過對朝三地區(qū)井口——計(jì)量間——中轉(zhuǎn)站——聯(lián)合站各節(jié)點(diǎn)的壓力、溫度等參數(shù)的現(xiàn)場測試和計(jì)算，分析能耗分布規(guī)律。

1.1 能耗分析模型的建立

在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，依據(jù)原油集輸系統(tǒng)效率測試方法（SY/T 5264 －1996），集輸系統(tǒng)效率和能耗分析計(jì)算的黑箱模型[1,2]。模型分為聯(lián)合站的能量平衡模型、轉(zhuǎn)油站的能量平衡模型、管網(wǎng)的能量平衡模型三種。

1.1.1、聯(lián)合站的能量平衡模型：

圖1 聯(lián)合站的能量分析黑箱模型

圖中：Eow2—轉(zhuǎn)油站來液總能；

Eow1—計(jì)量間來液總能（只在聯(lián)合站帶計(jì)量間的情況下存在此能量）；

Eo—外輸原油帶出能；Ew—污水帶出能；Ef—聯(lián)合站供給燃料能；

Ee—聯(lián)合站供給電能；E1—聯(lián)合站總能損。

以上各項(xiàng)均包括熱能和壓能，即Ei＝Ehi＋ Epi，下文同。

由上述黑箱模型得：

供給能量：ESUP＝Ef＋Ee

有效能量：Eef＝Eo＋Ew－Eow2－Eow1

系統(tǒng)能損：E1＝ESUP－Eef

聯(lián)合站的能量利用率及能損系數(shù)分別為：

能量利用率ηe＝Eef/ESUP＝（EO＋EW－Eow2）/（Ef＋Ee）

能損系數(shù)Ke＝E1/ESUP

1.1.2、轉(zhuǎn)油站的能量平衡模型

圖中：Eow1—計(jì)量間來液總能； Eow2—外輸液帶出能； Ew1—循環(huán)水帶入能；Ew2—循環(huán)水帶出能；Ef—供給的燃料能； Ee—供給的電能；E1—系統(tǒng)總能損；Ehi—熱能Epi—壓能。

由上述黑箱模型得：各項(xiàng)能量：Ei＝Ehi＋Epi供給能量：ESUP＝Ef＋Ee

有效能量：Eef＝Eow2－Eow1＋Ew2－Ew1系統(tǒng)能損：E1＝ESUP－Eef

轉(zhuǎn)油站的能量利用率及能損系數(shù)分別為：

能量利用率：ηe＝Eef/ESUP＝（Eow2－ Eow1＋ Ew2－ Ew1）/（Ef＋ Ee）

能損系數(shù): Ke＝E1/ESUP

1.1.3、管網(wǎng)的能量平衡模型

圖中：E1－管道進(jìn)口流體帶入能； E2－管道出口流體帶出能；E3－管道能損。

由上述黑箱模型得出：供給能量：ESUP= E1總損失能量：Es＝E3有效能量：Eef= E2管道能損系數(shù)：Ke＝Es÷ESUP管道能量利用率：ηe＝1－∑Ke

熱能消耗計(jì)算公式為：

動(dòng)力能耗計(jì)算公式為：

式中： q1－熱能消耗，KW；q2－動(dòng)力能耗，KW； c水－熱水的比熱容，kJ/kg·K；

m水－熱水的質(zhì)量流量，kg/h；i－環(huán)路的井口數(shù)；v水－熱水的體積流量，m3/s；

Tj－熱水從中轉(zhuǎn)站進(jìn)入計(jì)量間的溫度，K；

T0－熱水從計(jì)量間進(jìn)環(huán)路后經(jīng)過第一段熱水管道的降溫后的溫度，K；

Pj－熱水從中轉(zhuǎn)站進(jìn)入計(jì)量間的壓力，kPa ；

P0－熱水從計(jì)量間進(jìn)環(huán)路后經(jīng)過第一段熱水管道的降壓后的壓力，kPa ；

ci混－經(jīng)過第i口井混合后的環(huán)路油氣水混合物的比熱容，kJ/kg·K；

m混i－經(jīng)過第i口井混合后的環(huán)路油氣水混合物的質(zhì)量流量，kg/h；

v混i－經(jīng)過第i口井混合后的環(huán)路油氣水混合物的體積流量，m3/s；

Ti－第i口井產(chǎn)液量進(jìn)入環(huán)路后與環(huán)路工質(zhì)混合后的油氣水混合物溫度，K；

Pi－第i口井產(chǎn)液量進(jìn)入環(huán)路后與環(huán)路工質(zhì)混合后的油氣水混合物壓力，kPa.

1.2、集輸管網(wǎng)能耗測試分析

我們選擇朝陽溝油田朝三地區(qū)進(jìn)行能耗測試分析，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1～7所示。

10月份我們對朝三地區(qū)的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的測試，包括井間站的溫度、壓力以及加熱爐外輸爐的溫度、壓力、流量等，同有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)帶入能耗計(jì)算公式及能量平衡模型中，經(jīng)過計(jì)算得出了集輸系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能效，見表。

表1 井間平均效率及能耗統(tǒng)計(jì)表

表2 中轉(zhuǎn)站到聯(lián)合站管網(wǎng)平均效率及能耗統(tǒng)計(jì)表

表3 站間管網(wǎng)平均效率及能耗統(tǒng)計(jì)表

表4 轉(zhuǎn)油站的能效統(tǒng)計(jì)表

表7 朝三地區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

表8 朝三聯(lián)全年集輸摻數(shù)優(yōu)化運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表5 朝三聯(lián)的能效統(tǒng)計(jì)表

表6 朝三地區(qū)集輸管網(wǎng)能耗分布狀況匯總表

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果可知，能耗最大的環(huán)節(jié)是井間環(huán)路管網(wǎng)，占比例為64.1%；其次是聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站，占總能耗的31.3%。所以在油田的生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)該重點(diǎn)從這三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能挖潛。

二、集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

根據(jù)能耗測試，我們對能耗較大的井間環(huán)路管網(wǎng)、聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了潛力分析。

2.1 井間環(huán)路管網(wǎng)

2.1.1、優(yōu)化管網(wǎng)埋深和保溫材質(zhì)

管網(wǎng)的熱能耗損主要受保溫層厚度、管道埋深的影響。因此在今后的產(chǎn)能建設(shè)和老區(qū)改造中，應(yīng)選用保溫效果好的保溫層，合理增加管道的埋深，以減少管道的散熱損失。

2.1.2、中轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站集輸管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化

針對摻水溫度和摻水量的合理匹配問題，我們建立了優(yōu)化模型并以單井臨界溫度為基礎(chǔ)開發(fā)了優(yōu)化運(yùn)行軟件。

我們將朝三聯(lián)所轄站、間、井的基礎(chǔ)參數(shù)（包括管長、管徑、保溫、埋深、各井產(chǎn)液量等）輸入到軟件中，以回油溫度38℃為基準(zhǔn)，經(jīng)過軟件計(jì)算得出了以下優(yōu)化結(jié)果（以30天作為調(diào)整單元）如表8～9所示。

采用軟件優(yōu)化結(jié)果與去年同期實(shí)際運(yùn)行情況相比，年節(jié)約運(yùn)行成本162.6×104元。而且在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，隨著開關(guān)油井及集油溫度界限等情況的變化，可隨時(shí)通過軟件計(jì)算，動(dòng)態(tài)調(diào)整集輸參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行成本最低。

2.1.3、進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化

一是將雙管摻水流程改為單管環(huán)狀摻水流程；二是將常規(guī)井口集油工藝改為組合閥；三是根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行狀況對低效井、間、站進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高負(fù)荷率，降低能耗等。

表9 朝三聯(lián)軟件優(yōu)化結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際對比匯總表

2.2 中轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站

2.2.1、機(jī)泵改造

對于機(jī)泵的改造措施，主要有以下幾種方法：

①采用變頻調(diào)速、繞籠電機(jī)串接調(diào)速、級差配合等技術(shù)改變機(jī)泵泵管特性不匹配狀態(tài)，降低用電消耗，提高系統(tǒng)效率。

②推廣釹鐵硼永磁同步電機(jī)。

③合理匹配各種電機(jī)和變壓器，最大限度降低空載損耗和網(wǎng)損。可采用自動(dòng)同步補(bǔ)償技術(shù)和高、低壓跟蹤補(bǔ)償技術(shù)。

④對于離心泵，可通過改進(jìn)泵的水力性能、提高光潔度等措施，防止“大馬拉小車”及節(jié)流所帶來的能源浪費(fèi)，減小水力摩阻損失。

2.2.2、加熱爐改造及運(yùn)行管理

轉(zhuǎn)油站中熱耗所占比例較大，因此對加熱爐的節(jié)能改造是關(guān)鍵。應(yīng)從調(diào)整爐子供風(fēng)量、調(diào)節(jié)空氣過剩系數(shù)、更換節(jié)能火嘴、應(yīng)用高效熱管技術(shù)、更換高效加熱爐等措施提高熱能利用率。

三、結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1、根據(jù)集輸系統(tǒng)能耗測試分析結(jié)果，能耗最大的環(huán)節(jié)是井間環(huán)路管網(wǎng)，占比例為64.1%；其次是聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站，二者占總能耗的31.3%。所以在油田的生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)該重點(diǎn)從這三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能挖潛。

2、通過對集輸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化可以看出，集輸系統(tǒng)的運(yùn)用參數(shù)仍有進(jìn)一步調(diào)整的空間，可作為下一步節(jié)能降耗工作的重點(diǎn)。同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)對各項(xiàng)參數(shù)不斷摸索修正，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3、對環(huán)井井口工藝和雙管摻水流程的改造及機(jī)泵、加熱爐節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用，并適時(shí)對低效井、間、站進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，是目前我廠集輸系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要措施。

[1]劉曉燕,劉揚(yáng),孫建剛,等.輸油管道運(yùn)行優(yōu)化研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào).2004,25(4):558-562

[2]魏立新，劉揚(yáng).油氣集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行方案優(yōu)化方法[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào).2005,29(3):47-49

Analysis energy saving potential of chaoyanggou oilfield gathering system

Daqing Oilfield The Tenth Oil Production Plant Planning and Design Institute

This paper describes the present situation of energy consumption of chaoyanggou oilfield gathering system,through testing and calculation the parameters of each node of the wellhead-measuring house- transfer stations- united station in chaosan regions, such as adding water pressure, adding water temperature, return oil pressure, return oil temperature,analysis the energy consumption condition and the energy saving potential of All sectors of crude oil gathering and transportation system, proposed the measures direction of energy-saving technologies of chaoyanggou oilfield oil gathering system, provided the energy saving reference work to a similar reference field in the future

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.013