張雁京 王再興 常定軍 伊冬 王廣輝 胡雄翼

（1.河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 河北任丘 062552；2.中國(guó)石油華北油田分公司 河北任丘 062552）

集油能耗約占集輸系統(tǒng)總能耗的60%～80%，而在集輸流程能耗中熱能消耗占主導(dǎo)地位，約占90%～97%，因而如果可以降低集輸過(guò)程中的加熱投入，將產(chǎn)生很好的生產(chǎn)效益。油田常用的集油方式是利用溫度較高的熱水對(duì)低溫原油進(jìn)行直接加熱或間接加熱，集油能耗較高。目前，華北油田已進(jìn)入高含水采油期，其中西柳區(qū)塊絕大多數(shù)油井含水率都在85%以上，華北油田西柳區(qū)塊站外采用伴熱集油流程，工藝?yán)匣吆屎蛡鹘y(tǒng)的伴熱集油工藝都會(huì)導(dǎo)致較多的加熱能耗浪費(fèi)，這使得油田正面臨著集輸原油加熱能耗高、集輸成本居高不下等問(wèn)題。因此，在華北油田西柳區(qū)塊開(kāi)展系統(tǒng)、連續(xù)的集油能耗測(cè)試，對(duì)影響集油能耗的主要生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行分析，提出集油優(yōu)化方案。本文以西柳站的4口典型油井為研究對(duì)象，測(cè)試研究其主要生產(chǎn)參數(shù)對(duì)集油能耗損失的影響，尋找集油工藝優(yōu)化的手段。

1 西柳站集油能耗測(cè)試

選擇西柳站的4口油井（10-3、10-11、10-15、10-47）進(jìn)行能耗測(cè)試，通過(guò)改變其伴熱水的溫度、流量觀測(cè)其進(jìn)站溫度的高低，并計(jì)算其對(duì)應(yīng)的能耗費(fèi)用。4口測(cè)試油井綜合含水率在85%以上。這4口油井實(shí)際生產(chǎn)中伴熱水的去水溫度在60℃到70 ℃，回水溫度在40℃到50 ℃內(nèi)波動(dòng)，伴熱水的流量范圍為60 m3/d到90 m3/d。

因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中伴熱水的溫度很難調(diào)節(jié)，對(duì)進(jìn)站溫度的調(diào)節(jié)多通過(guò)調(diào)節(jié)伴熱水的量來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此在西柳站的能耗測(cè)試中，為了得到主要生產(chǎn)參數(shù)對(duì)集油能耗損失的影響，保持10-3井、10-11井、10-15井及10-47井的伴熱水去水溫度不變，降低伴熱水流量的同時(shí)觀測(cè)進(jìn)站溫度和井口回壓，并計(jì)算相應(yīng)的單井日集油能耗費(fèi)用，進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 集油能耗計(jì)算公式

油井伴熱集油能耗主要由兩部分組成：熱力能耗和動(dòng)力能耗。熱力能耗對(duì)應(yīng)的熱力費(fèi)用主要由加熱伴熱水所消耗的燃?xì)猱a(chǎn)生；動(dòng)力能耗對(duì)應(yīng)的動(dòng)力費(fèi)用主要是輸送含水原油和伴熱水所用的泵耗電產(chǎn)生。

因此在集油過(guò)程中管線所產(chǎn)生的熱力能耗費(fèi)用和動(dòng)力能耗費(fèi)用計(jì)算公式如公式（1）和公式（2）所示，日集油能耗費(fèi)用等于二者之和。

式中：qrl為單井日集油熱力費(fèi)用，元/天；rd為燃?xì)鈫蝺r(jià)，元/方；trz燃?xì)獾臒嶂担琂/m3，這里取3.6×107J/m3；cw為伴熱水的比熱，J/(kg.℃-1)；Gw為伴熱水的質(zhì)量流量，kg/d；TRw為伴熱水的去水溫度，℃；TZw為伴熱水的回水溫度，℃；ηr為熱能利用率。

式中：qdl為單井日集油電力費(fèi)用，元/天；df為用電單價(jià)，元/kW·h；td為單位焦耳與單位千瓦時(shí)的換算量，3.6×106J/kW·h；Qo為含水原油的體積流量，m3/d；Qw為伴熱水的體積流量，m3/d；Po1為集油管線的起點(diǎn)壓力，Pa；Po2為集油管線的終點(diǎn)壓力，Pa；Pw1為伴熱水管線的起點(diǎn)壓力，Pa；Pw2為伴熱水管線的終點(diǎn)壓力，Pa；ηd為電能利用率。

1.2 集油能耗測(cè)試計(jì)算結(jié)果分析

利用公式（1）和公式（2）分別對(duì)4口油井不同伴熱參數(shù)下的集油能耗進(jìn)行計(jì)算（表1）?？梢钥闯?，按實(shí)際生產(chǎn)規(guī)定的運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行，其單井日集油能耗費(fèi)用較高，而隨著進(jìn)站溫度的降低，通過(guò)減少伴熱水的量可以有效降低單井日集油能耗費(fèi)用。但實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，集油管道的進(jìn)站溫度不可過(guò)低，進(jìn)站溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致原油凝管、井口回壓過(guò)高等危險(xiǎn)情況發(fā)生，因此找到最佳集油進(jìn)站溫度是降低集油能耗費(fèi)用的關(guān)鍵。能耗測(cè)試結(jié)果顯示，10-11井、10-15井和10-47井在保證集油過(guò)程順利進(jìn)行的前提下，盡管其伴熱水并未全部關(guān)閉，但較之實(shí)際運(yùn)行的伴熱水流量范圍，其伴熱水量仍有較大的降低空間，降低伴熱水的量可以使單井集油能耗大大降低。

表1 西柳站4口油井的能耗測(cè)試數(shù)據(jù)表

2 西柳站集油方案優(yōu)化測(cè)試

由西柳站4口油井的能耗測(cè)試結(jié)果可知，西柳站的油井集油系統(tǒng)按傳統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行集油能耗較大。以能耗測(cè)試的4口井為優(yōu)化研究的對(duì)象，對(duì)10-3井、10-11井、10-15井及10-47井進(jìn)行不加熱集油工藝的可行性研究。優(yōu)化研究測(cè)試中，分別將4口油井的伴熱水全部關(guān)閉，測(cè)量記錄伴熱水停止后降溫過(guò)程中井口壓力、溫度以及進(jìn)站壓力、溫度等參數(shù)，降溫過(guò)程中檢測(cè)到井口回壓過(guò)高時(shí)，就證明此時(shí)對(duì)應(yīng)的進(jìn)站溫度已經(jīng)不能保證集油過(guò)程的安全進(jìn)行，在相同條件下實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的集油進(jìn)站溫度不可低于此溫度。

重復(fù)的測(cè)試結(jié)果表明，10-3井可以采用不加熱集油工藝進(jìn)行集油，且不加熱集油的油井出口溫度在42 ℃左右，進(jìn)站溫度在39 ℃上下浮動(dòng)，在不加熱集油過(guò)程中井口回壓在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。而其余三口井由于井口溫度較低，并不能實(shí)現(xiàn)不加熱集油，但測(cè)試發(fā)現(xiàn)其最低進(jìn)站溫度不僅低于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的進(jìn)站溫度，并且低于其采出原油的凝點(diǎn)（表2）。

表2 測(cè)試所得3口油井最低進(jìn)站溫度

由表2可以看出，綜合含水率越高，進(jìn)站的最低溫度與對(duì)應(yīng)的原油凝點(diǎn)之間的差值越大，那么其伴熱水溫度或液量減少的空間就會(huì)越大，節(jié)省的能耗費(fèi)用也就越多。因此，當(dāng)油井井口溫度較高時(shí)，只要保證這些油井的進(jìn)站溫度在最低進(jìn)站溫度以上，就可以實(shí)現(xiàn)不加熱集油，而油井井口溫度較低時(shí)利用較少流量的伴熱水，在低能耗的情況下也可以保證集油過(guò)程的順利進(jìn)行。

3 結(jié)論

（1）在伴熱去水溫度相等或相近的情況下，合理控制伴熱水用量，可以降低集油能耗費(fèi)用。

（2）高含水期油井存在一個(gè)最低的集油進(jìn)站溫度，這個(gè)溫度往往低于油井采出原油的凝點(diǎn)，這為高含水期油井實(shí)現(xiàn)不加熱集油提供可能。

（3）在西柳站的能耗測(cè)試與集油方案優(yōu)化測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，油井井口溫度較高的10-3井可以實(shí)現(xiàn)不加熱集油，集油進(jìn)站溫度在39 ℃左右，而其他3口井口溫度相對(duì)較低的油井雖不能進(jìn)行不加熱集油，但仍可以減少其伴熱水的液量，使其實(shí)現(xiàn)低溫集油，降低集油能耗費(fèi)用。