宋成清陳雯李長生羅日蕾

（1.大慶油田有限責任公司第七采油廠；2.大慶油田有限責任公司第四采油廠）

應用井口高頻電加熱技術延長冷輸油井化清周期

宋成清1陳雯2李長生1羅日蕾1

（1.大慶油田有限責任公司第七采油廠；2.大慶油田有限責任公司第四采油廠）

由于冷輸油井采用不摻水集輸技術，在集輸過程中沒有熱源提供，管壁會出現(xiàn)不同程度的結蠟現(xiàn)象，影響集輸管道的輸送能力。針對冷輸油井管線結蠟問題，目前主要通過化清車定期高溫蒸汽熱洗和井口安裝電加熱器進行管線日常維護。常規(guī)高溫化清需人工、燃料、熱水等消耗，工人勞動量大；傳統(tǒng)電加熱器需連續(xù)加熱，功率在5000 kW左右，耗電量巨大。為解決上述問題，研發(fā)了新型井口高頻電加熱裝置。此裝置整合了傳統(tǒng)電加熱器和電磁防蠟器，并通過超導體將工頻交流電轉換為1～100 kHz的高中頻交流電；應用電磁感應原理，通過電感線圈將電能轉換成相同頻率的交變磁場，并利用渦流效應，借助金屬本身的電子摩擦發(fā)熱，將電能轉換為熱能，實現(xiàn)低能耗自動控溫。高頻電加熱器平均每天運行15.2 h，日耗電380 kWh，年消耗電費8.7萬元，大大降低了冷輸油井干線清防蠟成本。

冷輸油井管線；電加熱器；電磁防蠟器；清蠟

工作原理：首先將工頻交流電轉換為1～100 kHz的高中頻交流電，應用電磁感應原理，通過電感線圈將電能轉換成相同頻率的交變磁場，并利用渦流效應，借助金屬本身的電子摩擦發(fā)熱，將電能轉換為熱能。同時借助磁滯效應、趨膚效應等電特性使加熱體迅速升溫，使能量能夠在電磁線圈—原油混合液—電源之間作充分交換，增強其傳導作用，再配合特定結構，使液體更具有攪拌、沖擊、剪切效果；所形成的“溫度梯度”，還具有“波浪”效應，對輸油管內原油也起著“沖刷”作用。同時間段加熱與一直通電的加熱方式相比，使用井口加熱循環(huán)清蠟器的加熱效率更為高效，機器和線圈的使用壽命也更長。設備額定最大功率40 kW并可按需定制，分5個擋位可調，分別是8.3、16.6、24.9、33.2、41.5 kW，41.5 kW擋位工作時平均功率約24.9～33 kW。在擋位選擇方面，以熔點為30℃、含水率10%的產出液為例：冬季時井口產出液溫度為10℃，液量約為36 m3/d，溫控儀溫度范圍[2]設定為40～60℃，功率擋位選在3擋，額定功率為24.9 kW，實際消耗功率[3]約為擋位功率標定值乘以系數(shù)k（k為一工作周期的實際通斷占空比數(shù)值），此時k約為0.83（249 s通51 s斷），即實際消耗功率約等于20.7 kW。

2 現(xiàn)場試驗

在某作業(yè)區(qū)1號井、2號井上開展試驗。1號井為某轉油站樹狀集油管網(wǎng)中一個分支的首端井，該分支共有油井8口，安裝前干線壓力為3～4 MPa，為保證正常生產需每天打干線。2號井分支有油井6口，試驗前干線壓力為4.5 MPa，每1～2 d打一次干線，存在化清頻繁，維護成本大問題。試驗井具體基礎數(shù)據(jù)見表1。

表1 某作業(yè)區(qū)采油隊1號井、2號井基礎信息

2013年10月2日，在1號井上安裝油井井口加熱循環(huán)清蠟器1臺。加熱器入口液體溫度為28℃，進液量為0.72 m3/h，設定溫度上限為60℃，下限為45℃。

由圖2可知，加熱器加熱7 min使出口溫度由28℃升高至60℃，加熱至設定溫度上限后，加熱器停止加熱；溫度下降至設定溫度下限時開始加熱，每加熱5 min，停止3 min即可將溫度控制在41～60℃范圍內，實現(xiàn)了油井快速加熱和溫度范圍可調控。試驗后干線壓力穩(wěn)定在1.2 MPa，平均每天運行15 h，與之相連的33#至32#平臺免打干線，32#平臺打干線頻率由安裝前的每天打一次，一次2灌水降為每周打一次，一次1灌水，得到較好降壓力效果。

圖2 1號井啟停加熱設備與井口溫度關系曲線

2013年10月5日，在2號井完成現(xiàn)場安裝。該井加熱器入口進液量為0.52 m3/h，該分支有油井6口，試驗前干線壓力4.5 MPa，每1～2 d打一次干線，加熱器入口液體溫度為18℃，設定加熱上限為60℃，加熱下限為45℃。由圖3可知，加熱器加熱7 min使出口溫度由18℃升高至60℃，每加熱7 min停止4 min即可將溫度控制在40～60℃范圍內。試驗后該分支干線壓力穩(wěn)定在0.9 MPa，平均每天運行15.2 h。安裝后，自2號井至3號井段達到免打干線，同用一個主干線的4號井由每天2灌水減少為每天1灌水，降壓力效果明顯。

圖3 2號井啟停加熱設備與井口溫度關系曲線

3 經(jīng)濟效益

安裝油井井口加熱循環(huán)清蠟器后，可免本井化清打干線工作量，降低臨井化清打干線工作量，至少減免1.5口井年化清打干線工作量。如果將其安裝于干線壓力較大需頻繁打干線井，以每2 d打一次干線計算，年化清費用為36萬元。加熱器平均每天運行15.2 h，日耗電380 kWh，年耗電13.8× 104kWh，消耗電費8.7萬元，投資回收期為0.38 a。

4 結論

1）新型井口電加熱裝置整合了傳統(tǒng)電加熱器和電磁防蠟器，應用電磁感應原理將電能轉換為熱能，提高了電能熱效率。

2）集成溫度控制板可實現(xiàn)0～100℃溫度自動控制，間斷式加熱方式相比傳統(tǒng)電加熱裝置節(jié)能效果更好。

3）適用于油品物性較差、含蠟量高、干線壓力較大需頻繁化清打干線的油井。

[1]戚元久，哈依熱提，韓國彤，等．油稠井井口加熱技術的應用[J]．中國設備工程，2015（4）：60-61．

[2]隋承伯.稠油集輸工藝現(xiàn)場試驗[J].Oil-Gasfield Surface Engineering，2011，30（4）：40-41.

[3]王海濤．間歇電加熱技術現(xiàn)場試驗研究[J],油氣田地面工程，2010，29（8）:3-4．

（編輯 李發(fā)榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.011

1 井口電加熱器的構成及其工作原理

圖1 油井井口加熱循環(huán)清蠟器結構示意圖

1—配電箱；2—保溫層；3—殼體；4—超導體；5—感應線圈。

宋成清，工程師，2005年畢業(yè)于大慶石油大學（石油工程專業(yè)），從事采油工程新技術研究、機采節(jié)能管理等工作，E-mail：songchengqing@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第七采油廠工程技術大隊，163517。

2016-06-24

系統(tǒng)組成為井口配電箱和加熱體兩部分（圖1）。配電箱部分由中央處理器、溫度信號采集器及供電電路組成，用于監(jiān)測井口出油溫度，控制加熱體的啟停；加熱體[1]部分由溫度傳感器、電感線圈、進油口和出油口等組成，通過高頻磁場使加熱體內部產生高溫，利用散熱器對原油進行加熱，降低原油黏度。