許文會(huì) 楊永剛 胡延平 付麗（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

1 現(xiàn)狀

杏北油田屬高凝、高黏原油、高寒地區(qū)，集輸過(guò)程中需要加熱、保溫，站外系統(tǒng)92%的井采用雙管摻水集油工藝流程。該系統(tǒng)的動(dòng)力、熱力消耗與摻水量、摻水溫度、輸送介質(zhì)黏度以及油井產(chǎn)出液的流量、含水率等因素有關(guān)，這些因素又是相互影響和相互制約的[1]?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)合環(huán)境溫度變化、站庫(kù)平穩(wěn)運(yùn)行所需最低集油溫度，分為低溫集輸、常溫集輸、冬季生產(chǎn)3個(gè)階段對(duì)摻水溫度和摻水量給出管理指標(biāo)。隨著油田開(kāi)發(fā)的深入，單井含水升高，集輸環(huán)境發(fā)生變化，以及精細(xì)化管理的需求，部分管理指標(biāo)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，摸索單井摻水量，急需一種根據(jù)單井的不同情況，計(jì)算個(gè)性化的摻水參數(shù)的方法。

2 雙管摻水集油工藝計(jì)算公式

2.1 溫降計(jì)算公式

根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《雙管流程油井摻水技術(shù)條件》（Q/SY DQ0796—2016），摻高溫水摻水溫度的確定主要應(yīng)用熱力學(xué)中的熱油管線沿軸向溫降公式。

油氣集輸管道沿線任意點(diǎn)的流體溫度計(jì)算公式為

式中：tx——管道沿線任意點(diǎn)的流體溫度，℃；

t0——管外環(huán)境溫度（埋地管道取管中心深度地溫），℃；

t1——管道計(jì)算段起點(diǎn)的流體溫度，℃；

x——管道計(jì)算段起點(diǎn)至沿線任意點(diǎn)的長(zhǎng)度，m；

a——系數(shù)。

其中系數(shù)a計(jì)算公式為

式中：D——管道外徑，m；

qm——混合液的質(zhì)量流量，kg/s；

C——混合液比熱容，J/（kg·℃）；

K——總傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）。

2.2 雙管摻水集油工藝

油井至計(jì)量站（或轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站）之間有2條管道相連，其中一條管道集油，另一條管道輸送高溫水至井口，起到加熱保溫和熱洗的作用（圖 1）。

圖1 雙管摻水集油工藝流程

從圖1和已有現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)情況看，若計(jì)算單井摻水量，需已知油井井口出油溫度，計(jì)算出采出液和摻水混合后的溫度，作為集油管道的起點(diǎn)溫度。

2.3 井口出油溫度

對(duì)大慶油田該地區(qū)的油井出油溫度進(jìn)行調(diào)查與研究，在大量實(shí)測(cè)井口出油溫度的基礎(chǔ)上擬合出井口出油溫度的經(jīng)驗(yàn)公式，并在油氣集輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中一直采用[2]。但隨著油田開(kāi)采的不斷進(jìn)行，產(chǎn)液量和含水率較以前有顯著變化，井口實(shí)際出油溫度與公式計(jì)算結(jié)果存在較大誤差，需要校正。經(jīng)修正后的油井井口出油溫度經(jīng)驗(yàn)公式[3]如下：

式中：T——出油溫度，℃；

G——產(chǎn)液量，t/d；

W——含水率，%。

為驗(yàn)證公式準(zhǔn)確性，選取幾十口不同產(chǎn)液井現(xiàn)場(chǎng)取樣對(duì)比（表1），取樣前關(guān)閉井口的摻水閥門，3～5 min后取樣測(cè)溫。對(duì)于日產(chǎn)液大于20 m3井，公式吻合度為97.4%，對(duì)于日產(chǎn)液小于20 m3井，公式吻合度為86.8%，公式整體準(zhǔn)確性較高。

表1 井口采出液溫度校核情況

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 以回油溫度為目標(biāo)的摻水量計(jì)算

通過(guò)指定計(jì)量間、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站各級(jí)站庫(kù)最低進(jìn)站運(yùn)行溫度和摻水出站溫度的情況下，根據(jù)單井實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)和集輸管道參數(shù)，就可應(yīng)用雙管摻水集油工藝溫降計(jì)算公式計(jì)算每口井所需的摻水量。計(jì)量間和轉(zhuǎn)油站匯管處混合液溫度采用加權(quán)平均的方式計(jì)算。

式中：T——混合溫度，℃；

G1——第一種流體流量，t/d；

G2——第二種流體流量，t/d；

C1——第一種流體比熱容，kJ/(kg·℃)；

C2——第二種流體比熱容，kJ/(kg·℃)；

T1——第一種流體溫度，℃；

T2——第二種流體溫度，℃。

3.2 參數(shù)修正

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于集輸管道受結(jié)垢、埋深、外部環(huán)境等因素影響，其真實(shí)管徑和總傳熱系數(shù)等參數(shù)無(wú)法得到真實(shí)數(shù)值，可采用實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)反推的方式得到當(dāng)量管徑或總傳熱系數(shù)[4]。對(duì)于5年以內(nèi)較新的管道可修正總傳熱系數(shù)，研究表明：進(jìn)出站溫度對(duì)反算管道總傳熱系數(shù)的影響最敏感，其次為含水率和輸量，管道周圍介質(zhì)溫度最不敏感；因此應(yīng)盡量減小現(xiàn)場(chǎng)采集進(jìn)出站溫度、含水率和輸量的誤差，以提高總傳熱系數(shù)反算的精度。在輸送過(guò)程中，溫度沿管線逐漸下降，當(dāng)油溫低于析蠟溫度時(shí)，發(fā)生結(jié)晶析出并產(chǎn)生一定的結(jié)晶潛熱，這就使得原油的比熱容發(fā)生了變化[5]。因此，對(duì)于5年以上的舊管道可修正管徑。應(yīng)用修正后的參數(shù)再進(jìn)行計(jì)算，與現(xiàn)場(chǎng)符合度較高。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

某油井日產(chǎn)液30 t，含水90%，出油溫度井計(jì)算為30.2℃，單井集油摻水管道規(guī)格均為60 mm×3.5 mm，長(zhǎng)度500 m，該井1月份計(jì)量間摻水溫度為60℃，摻水量為0.8 m3/h，若到6月份計(jì)量間摻水溫度降低到45℃，回油溫度要保證30℃進(jìn)入計(jì)量間。經(jīng)計(jì)算需要摻水量0.5 m3/h，原油的比熱容取2.09 kJ/(kg·℃)，水的比熱容取4.18 kJ/(kg·℃)。

杏北某轉(zhuǎn)油站2017年4月份實(shí)施常溫集輸試驗(yàn)，通過(guò)當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)每口井的管徑進(jìn)行校核。通過(guò)校核后的管道規(guī)格進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)油站控制摻水溫度35℃，優(yōu)化后的摻水量為44.1 m3/h，轉(zhuǎn)油站來(lái)液平均溫度為26.7℃?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，轉(zhuǎn)油站來(lái)液溫度最低為27℃，與計(jì)算相比，誤差較小。

利用上述方法，2017年5—12月在杏北油田某轉(zhuǎn)油站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，與2016年同期對(duì)比，累計(jì)調(diào)整參數(shù)210井次，摻水量下降13%，耗電量下降13.4×104kWh，耗氣量下降37.1×104m3，年節(jié)約510 t（標(biāo)煤），運(yùn)行能耗顯著下降（表2）。

表2 杏北油田某轉(zhuǎn)油站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4 結(jié)論

1）隨著開(kāi)發(fā)的深入，油井井口出油溫度經(jīng)驗(yàn)公式需要及時(shí)修正，滿足工程計(jì)算需求。

2）根據(jù)雙管摻水集油工藝溫降計(jì)算公式，可以實(shí)現(xiàn)以溫度為目標(biāo)的調(diào)整摻水量的定量計(jì)算，為優(yōu)化集輸參數(shù)提供定量指導(dǎo)。

3）生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)越精確，參數(shù)修正越準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果越接近實(shí)際。

4）油氣集輸系統(tǒng)模擬軟件以大量的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為支持，通過(guò)采用校核后的水力熱力參數(shù)計(jì)算集輸參數(shù)，具有推廣價(jià)值。

[1]崔之健，王菁，張曉陽(yáng)，等.基于遺傳算法的油氣集輸管網(wǎng)運(yùn)行效率優(yōu)化[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，23（6）：59-62.

[2]魏立新，劉揚(yáng)，油井出油溫度最優(yōu)化擬和方法[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（2）：54-56.

[3]亓福香，汪壽琴，吳瑾.井口出油溫度計(jì)算方法與應(yīng)用分析[J].油氣田地面工程，2015，34（8）：34-36.

[4]魏立新.反算管道傳熱系數(shù)影響因素的敏感性分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2014（20）：294-296.

[5]崔崇，陳保東，李璽，等.含蠟原油熱輸管道軸向溫降計(jì)算及其應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2007，37（5）：43-45.