朱夢影， 董彩虹，張迪，張杰

（1. 中國石油大學(xué)（北京） 城市油氣輸配技術(shù)北京市重點實驗室 油氣管道輸送安全國家工程實驗室，北京 102249;2. 中國石油天然氣股份有限公司北京油氣調(diào)控中心，北京 100007; 3. 中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100083）

油田地面工程包括油氣集輸與油氣礦場加工（以下簡稱油氣集輸）、油田采出水處理、供排水、注水、供電等系統(tǒng)。地面工程約占油氣田開發(fā)總投資的30%～40%，占氣田投資的60%～70%。其核心是油氣集輸系統(tǒng)，擔(dān)負著油氣計量、收集、分離、凈化處理、儲存、以及外輸?shù)闹厝?，同時也消耗著大量的能量，是油田生產(chǎn)中的主要耗能環(huán)節(jié)之一[1]。隨著許多老油田進入開發(fā)后期，開發(fā)難度和油氣處理的難度急劇增加，單位產(chǎn)量的能耗逐年上升。而我國正處經(jīng)濟迅速發(fā)展的時期，能源短缺問題日益嚴(yán)重，一定程度上影響了社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，做好節(jié)能降耗工作，提高集輸系統(tǒng)的能源利用率，降低集輸系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，從而降低油田開發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，增加效益，對油田的可持續(xù)化發(fā)展至關(guān)重要。

1 油氣集輸系統(tǒng)能耗特點[2, 3]

（1）油氣水處理能耗高，油氣蒸發(fā)損耗高。油田開采后期，原油含水量高達80%以上，使油氣處理難度加大，處理裝置的負荷加大，能耗加大。同時，一些老油田還采用傳統(tǒng)的工藝流程，系統(tǒng)密閉有待提高。

（2）熱負荷分散，產(chǎn)熱設(shè)備數(shù)量多、運行效率低。油田廣泛采用的加熱爐，平均運行效率低于75%。

（3）普遍采用燃燒高能質(zhì)的石油燃料以獲取熱能。

（4）生產(chǎn)用電量大，電、熱力采用分產(chǎn)、分供的方式，利用率低。即動力或電力幾乎全部由電網(wǎng)供給，熱能則由小型鍋爐和加熱爐提供。

2 油氣集輸系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀和原因[4, 5]

（1）油水比例變化使原來的集輸工藝和設(shè)施的不適應(yīng)性，不匹配性日益嚴(yán)重。

例如，進入特高含水開發(fā)期后，產(chǎn)油量的減少使外輸泵“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重，電耗大。部分油田還沿用傳統(tǒng)的進站直接加熱升溫、沉降的工藝，造成能源浪費，系統(tǒng)效率降低。

（2）特殊油藏的開發(fā)和三次采油技術(shù)的推廣以及隨著油含水量、含沙量的增加，加大了油氣集輸系統(tǒng)油氣水分離、原油破乳和污水處理的難度。尤其是對高粘起泡重質(zhì)原油，采用傳統(tǒng)分離處理工藝效率低、能耗大。

（3）隨著油中含水量的逐年增加和產(chǎn)油量的逐年遞減，油氣集輸系統(tǒng)存在不同程度的超負荷運行和低效現(xiàn)象。而且油田的各類設(shè)備，尤其是鍋爐、加熱爐、抽油機、注水泵等主要耗能設(shè)備，都普遍存在著不同程度的老化，不能按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行周期檢驗和維護，造成效率下降，系統(tǒng)可靠性降低，設(shè)備破裂和停產(chǎn)事故幾率增加。

（4）腐蝕是油田開發(fā)生產(chǎn)中所面臨的要害問題，管線穿孔，設(shè)備腐蝕將影響集輸系統(tǒng)正常運行，如不及時處理，甚至造成停工停產(chǎn)的重大經(jīng)濟損失。

3 油氣集輸系統(tǒng)的節(jié)能進展

目前，國內(nèi)外許多學(xué)者在集輸系統(tǒng)節(jié)能降耗的應(yīng)用研究方面做了大量的工作，取得了良好的應(yīng)用效果，但多數(shù)屬于局部的節(jié)能應(yīng)用。

(1)楊德偉等[6]通過能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，實地測試用能設(shè)備，運用熱力學(xué)與傳熱學(xué)的知識分析，找出了勝利油田進入高含水階段，聯(lián)合站能耗大幅度增加的原因并在此基礎(chǔ)上提出了改進原脫水工藝、對沉降罐進行保溫以及在油水泵上使用變頻調(diào)速裝置等節(jié)能降耗措施。

張建等[5]闡述了勝利油田圍繞節(jié)能降耗、環(huán)境保護、提高集輸工藝系統(tǒng)效率等方面，采用了游離水脫除、液一液旋流分離、水力旋流除砂、變頻調(diào)速等一系列新技術(shù)，高了集輸工藝技術(shù)水平，達到了節(jié)能降耗的目的，形成了油田集輸系統(tǒng)的一套的節(jié)能降耗技術(shù)。

以上兩項研究均為勝利油田的節(jié)能降耗工作給出了指導(dǎo)。

（2）胡亞范等[7],在熱泵余熱回收技術(shù)的原理基礎(chǔ)上，探討了應(yīng)用熱泵技術(shù)的條件及其產(chǎn)生節(jié)能、經(jīng)濟效益的計算方法。針對集輸系統(tǒng)余熱熱泵回收技術(shù)，詳細分析了余熱回收利用的方法，對應(yīng)用中出現(xiàn)的關(guān)鍵性問題進行了系統(tǒng)的論述。

王洪星等[8]采用高溫?zé)岜脵C組回收油田污水中的熱量用于加熱原油，充分利用了油田污水的余熱，既減少了日益緊張的燃料消耗，又減少了環(huán)境污染，具有良好的應(yīng)用前景。

這兩項研究均展現(xiàn)了熱泵技術(shù)由于回收污水余熱的良好前景。

（3）狄小勇等[9]通過分析得出聯(lián)合站污水余熱具有很高的回收利用價值，并利用污水換熱器，對聯(lián)合站的污水的實現(xiàn)熱能回收再利用，對油田污水廢物利用提供了借鑒。

（4）龍鳳樂等[10]以油氣集輸系統(tǒng)為研究對象，建立了能量平衡模型，對集輸系統(tǒng)用能進行了評價計算，找到系統(tǒng)用能的薄弱環(huán)節(jié)，并根據(jù)結(jié)果制定了提高集輸系統(tǒng)能量利用率的措施，為集輸系統(tǒng)的節(jié)能改造提供了科學(xué)的理論依據(jù).

（5）楊肖曦等[11]以油氣集輸系統(tǒng)為研究對象，通過建立系統(tǒng)（火用）平衡模型，對集輸系統(tǒng)進行(火用)平衡分析，并對用能現(xiàn)狀進行評價，找到系統(tǒng)耗能的薄弱環(huán)節(jié)，并提出了相應(yīng)的節(jié)能措施，該模型為集輸系統(tǒng)的節(jié)能分析和改造提供理論依據(jù)。

(6)謝焜 等[12]詳細分析了大港油田集輸系統(tǒng)中集油、輸油、油氣處理、熱力和污水處理各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工藝、存在問題和節(jié)能潛力點等，并針對問題提出今后節(jié)能工作的建議。應(yīng)用油井單管常溫輸送技術(shù)簡化集油系統(tǒng)工藝流程;采用越站輸送方式減少原油進站升溫、升壓次數(shù);應(yīng)用高效的油氣和污水處理裝置，縮短脫水和污水處理工藝;試驗新型節(jié)能燃料;通過供注水系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn)油田產(chǎn)出污水零排放。為其他油田的節(jié)能研究分析提供了思路，是很好的節(jié)能案例。

（7）文獻[13]渤西油田通過改進分離，處理和回注近海的能力，大多的產(chǎn)生水在主生產(chǎn)平臺的分離器中分離處理，并通過GLCC(氣液圓柱形旋流分離器)等手段在擁擠的平臺將氣體和液體分離并重新注入系統(tǒng)，而且通過更新陸上和中心平臺處理系統(tǒng)，使產(chǎn)出水的處理效率大大提高，實現(xiàn)了生產(chǎn)排水減量以及減少管道能耗，做到節(jié)能環(huán)保的要求。它是渤海灣一個創(chuàng)新在處理系統(tǒng)中使用GLCC分離氣體和液體的案例，為渤海灣后期的油田的可持續(xù)發(fā)展提供了借鑒。

（8）田玉江[14]分析了華北油田利用地?zé)豳Y源代替部分燃油節(jié)能降耗的可行性。針對地?zé)崴母g問題，采用地?zé)衢g接利用系統(tǒng)，熱水梯級利用方式，提高地?zé)岬睦寐省艿腊闊嵯到y(tǒng)進行數(shù)值模擬，繪制地?zé)崂孟到y(tǒng)的能流程圖，對改造前后系統(tǒng)經(jīng)濟效益進行分析。為其他油田利用地?zé)豳Y源代替燃油加熱實現(xiàn)節(jié)能降耗提供了參考價值。

（9）周英明[15]以大慶地區(qū)某一低產(chǎn)油田作為研究對象，建立了節(jié)點能量平衡模型，并進行了現(xiàn)場測試找出系統(tǒng)中低效，高耗能的薄弱環(huán)節(jié)，針對性地提出各節(jié)點的降耗的措施，預(yù)測了改造后低產(chǎn)油田集輸系統(tǒng)能耗情況。

劉曉燕等[16]以大慶外圍低滲透油田集輸系統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場作為研究對象, 建立油田集輸系統(tǒng)優(yōu)化運行模型，并編制節(jié)能管理軟件。將該研究應(yīng)用于現(xiàn)場后節(jié)能效果顯著。

（10）Vladimir Shumilin[17]以進入開發(fā)后期產(chǎn)液量不斷上升的油井的計量為研究對象，針對采用了多相流量計計量的井，提出一系列現(xiàn)場的節(jié)能操作使深井泵的工作更加高效，提高油氣的生產(chǎn)速度，減少產(chǎn)水率，達到節(jié)能降耗的效果。

4 油氣集輸系統(tǒng)的節(jié)能措施和新技術(shù)推廣

針對上述的油氣集輸系統(tǒng)能耗特點和原因，以及前人的研究成果，通過新技術(shù)的推廣可以達到節(jié)能降耗的目的。

4.1 原油降溫集輸技術(shù)

隨著油田進入高含水期，傳統(tǒng)的集油工藝技術(shù)，消耗大量熱力和電力。近年來，各大油田都在大力推廣原油降溫集輸技術(shù)。例如遼河油田的稠油集輸系統(tǒng)[18]，將三管伴熱輸送流程，改為井口摻液輸送雙管流程，有效降低了成本。大港油田應(yīng)用單管常溫集油技術(shù)簡化原有的集油系統(tǒng)工藝流程，通過在單管加熱流程上取消井口加熱爐后，精減了加熱保溫系統(tǒng)，降低投資和管理成本，節(jié)能效果顯著。

梁釗[4]提出當(dāng)含水率超過轉(zhuǎn)相點而產(chǎn)液量低于100 t/d或者處于轉(zhuǎn)相點周圍的油井可以采用降溫集油方法，不同情況相應(yīng)的措施有：不加劑摻常溫水、加流動改進劑、降低摻水溫度。

目前，單管常溫集油、雙管不加熱集油、摻低溫水環(huán)狀不加熱集油、低溫采出液游離水脫除、離心泵輸送低溫含水原油等技術(shù)在大慶等多個油田得到推廣并取得良好效果[2,18]。

4.2 加熱爐節(jié)能措施

加熱爐是油氣集輸系統(tǒng)中的重要供熱設(shè)備，影響其效率的因素有：爐型結(jié)構(gòu)、燃燒器、爐膛熱損失、空氣系數(shù)、排煙溫度、余熱回收等。

目前，加熱爐節(jié)能技術(shù)應(yīng)用[20]有：1）高效燃燒器；2）真空加熱爐；3）加熱爐優(yōu)化運行監(jiān)控系統(tǒng)；4）加熱爐安裝物理清洗裝置；5）加熱爐引射式輻射管；6）加熱爐涂層。

降低加熱爐耗能可從以下幾個方面入手[2,4]：

1）首先，要選擇高效加熱爐，如高效的燃燒器、真空加熱爐等。2）其次，加強管理，控制加熱爐的工作參數(shù)，合理調(diào)整空氣系數(shù)，減少不必要的熱損失。例如，采用無機傳熱余熱利用裝置、高溫節(jié)能涂料和自動比例式轉(zhuǎn)杯燃燒裝置等節(jié)能技術(shù)。3）定期維護，除垢，緩解加熱爐的腐蝕、損壞狀況。此外，節(jié)能還可以采用新技術(shù)：多井式加熱爐。多井式加熱爐是一臺加熱爐可以同時對 2～4口氣井進行加熱和節(jié)流，可以同時滿足高壓氣井節(jié)流加熱的需求。

4.3 油氣混輸技術(shù)

油氣混輸技術(shù)是海洋石油工業(yè)的一門新興技術(shù)，是將井口流出物中的油、氣、水三相介質(zhì)，在未經(jīng)分離的情況下，直接用混輸泵經(jīng)海底管道泵送到油氣水處理終端進行綜合處理的工藝流程。傳統(tǒng)的海洋油氣集輸工藝，需要分離器、外輸泵、壓縮機以及獨立的油、氣、水海底管道，不僅設(shè)備眾多，投資大，而且管理成本高。隨著油氣混輸技術(shù)的推廣，僅需混輸泵和混輸管道即可實現(xiàn)外輸，減少了設(shè)備的投資和海洋平臺的占地，增加了單井采收率，直接增加了海上油氣田的效益，因此混輸技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。錦州 20-2凝析氣田是我國第一條應(yīng)用了油氣混輸管輸?shù)暮Ｉ蠚馓铩?/p>

4.4 節(jié)能降耗配套技術(shù)

（1）采用大罐氣體回收設(shè)備。在聯(lián)合站的油罐上安裝大罐氣體回收裝置，并逐步取消一批單井拉油罐，更換為密閉輸送，減少油田油氣損耗。

（2）采用節(jié)能異型抽油機，提高單井節(jié)能。例如，大慶油田[21]開發(fā)了包括兩項創(chuàng)新梁式泵機組，三節(jié)能電機，以及兩個創(chuàng)新的控制設(shè)計。游梁式抽油機系統(tǒng)的效率在使用了這些創(chuàng)新的節(jié)能技術(shù)后大大提高。以及針對大慶的衛(wèi)星油田[22]的特點，近年來應(yīng)用電潛往復(fù)泵送系統(tǒng)（ESRP）代替游梁式抽油機，取得明顯節(jié)能效果

（3）污水處理采用高效的除油技術(shù)，簡化為一級除油和一級過濾流程；對部分水質(zhì)要求較低的污水站采用高效多功能處理技術(shù)。熱泵回收含油污水余熱技術(shù)，利用熱泵能將低品位熱能轉(zhuǎn)換成高品位熱能，從而提高能源的有效利用率。例如，大慶油田采用壓縮式熱泵方案，勝利油田采用吸收式熱泵方案，回收含油污水低品位余熱，節(jié)能效果十分顯著[2]。

4.5 其他節(jié)能技術(shù)和措施

（1）尋找燃油的替代品。目前，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用水焦?jié){、水煤漿和油焦?jié){等新型燃油替代品。

（2）為解決外輸泵“大馬拉小車”現(xiàn)象，用高效泵代替低效泵，大泵代替小泵，加強輸油泵的維護，使輸油泵的運行將更加平穩(wěn)，提高泵效。以往通過節(jié)流調(diào)節(jié)泵的排量，經(jīng)濟性差。采用變頻調(diào)速技術(shù)，則可通過改變變頻器的輸出頻率來改變同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電機的凋速，從而改變泵的排量、揚程，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

（3）ZGM超導(dǎo)節(jié)能加熱器推廣應(yīng)用；用（LACT）撬裝式計量車裝置實現(xiàn)無人值守；智能溫壓控制裝置應(yīng)用等。

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