鄭丹（大慶石油管理局有限公司技術(shù)監(jiān)督中心）

1 問(wèn)題提出

大慶油田某區(qū)塊高凝固點(diǎn)油井因高含蠟、高含膠、高凝固點(diǎn)，導(dǎo)致頻繁卡泵，舉升能耗高。

該區(qū)塊屬于高凝固點(diǎn)油井區(qū)塊，其開(kāi)采不同層位原油性質(zhì)見(jiàn)表1。未解決上述生產(chǎn)難題并研究降低生產(chǎn)能耗的有效方法，經(jīng)過(guò)對(duì)比，選取了2 口試驗(yàn)井，其平均熱洗周期僅30 天，平均含水恢復(fù)期5 天。

這種經(jīng)常性的作業(yè)已嚴(yán)重影響了該區(qū)塊的原油正常生產(chǎn)，同時(shí)，區(qū)塊開(kāi)采成本過(guò)高，統(tǒng)計(jì)該區(qū)塊的單井日耗電高達(dá)531.0 kWh。為此，在該區(qū)塊2 口油稠井上開(kāi)展電纜電加熱技術(shù)試驗(yàn)[1-6]。

表1 不同層位原油性質(zhì)對(duì)比

2 電加熱參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)工藝原理

電加熱技術(shù)原理是在井內(nèi)生產(chǎn)油管外部綁定電纜，通過(guò)電纜芯線發(fā)出的熱量，對(duì)油管內(nèi)流體進(jìn)行加熱，達(dá)到降黏、消除井筒結(jié)蠟的目的，油管外電纜加熱技術(shù)的基本構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 油管外電纜加熱技術(shù)的基本構(gòu)成

2.2 電加熱功率的確定

原油從井底流出井筒的過(guò)程，是井筒原油與地層之間不斷熱交換過(guò)程。根據(jù)理論分析，電加熱功率滿足生產(chǎn)的充分條件為加熱后的井口產(chǎn)液溫度高于析蠟溫度，此時(shí)整個(gè)井筒均不會(huì)結(jié)蠟，而將井口溫度加熱到析蠟溫度所需的熱能換算后的功率，即為電纜電加熱功率[7-10]，見(jiàn)式（1）。2 口試驗(yàn)井電加熱功率測(cè)算結(jié)果，見(jiàn)表2。

能量守恒：

式中：Tm為井口產(chǎn)液溫度，℃；Ta為析蠟溫度，取39 ℃；C為產(chǎn)液比熱容，取4.5 J/(kg·℃)；m為日產(chǎn)液，t/d；Pm為電加熱功率，kW；t為時(shí)間，取3 600 s。

表2 電加熱功率測(cè)算

2.3 電加熱帶下入深度確定

為達(dá)到理想清蠟效果，設(shè)計(jì)把電加熱帶下入到析蠟溫度處，黑帝廟層析蠟溫度45 ℃，由式（2）得出井溫剖面，電纜下入深度為700 m。

式中：Tm為井口溫度，取10 ℃；Ta為析蠟溫度，取 45.0 ℃； ΔT為地溫梯度，取4.9 ℃/100 m；H為電加熱帶下入深度，m。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

對(duì)試驗(yàn)的2 口井應(yīng)用了電纜電加熱，措施后抽油機(jī)電流和載荷明顯下降，在無(wú)需熱洗的前提下實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。其中試驗(yàn)井A 由原來(lái)不能正常生產(chǎn)，在平均功率14.2 kW 下連續(xù)生產(chǎn)；試驗(yàn)井B 上電流由22 A 下降至15 A，抽油機(jī)上載荷由62 kN 下降至43 kN，電加熱應(yīng)用效果對(duì)比見(jiàn)表3。

通過(guò)應(yīng)用電纜電加熱解決了油井頻繁卡泵的問(wèn)題，初步實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，但是單井綜合能耗大幅升高。因此，還需在解決油井頻繁卡泵保障連續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的舉升能耗與電加熱裝置的總能耗下降，在保證油井不結(jié)蠟、連續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合分析加熱功率和加熱時(shí)間對(duì)總能耗的影響，對(duì)電加熱的功率和加熱時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)選優(yōu)化。

一是優(yōu)選連續(xù)電加熱情況下的功率。通過(guò)逐漸降低加熱功率，觀測(cè)抽油機(jī)載荷變化，以抽油機(jī)和電加熱兩部分綜合能耗最低為目標(biāo)，尋找合理加熱功率。試驗(yàn)井A 在功率11.5 kW 時(shí)，出現(xiàn)了載荷上升結(jié)蠟傾向，若長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)，結(jié)蠟加重，不能維持生產(chǎn)；在12.5 kW 時(shí)，載荷穩(wěn)定，綜合能耗較低，試驗(yàn)井A 不同加熱方式綜合能耗對(duì)比見(jiàn)表4。因此12.5 kW 為該井連續(xù)電加熱時(shí)的最節(jié)能功率，對(duì)應(yīng)日綜合能耗361.8 kWh，較優(yōu)化前降低169.6 kWh。同理，試驗(yàn)井B 采取同樣方式，確定了該井連續(xù)電加熱時(shí)的最節(jié)能功率為12.1 kW，日綜合能耗355 kWh，優(yōu)化后日節(jié)電140 kWh。

二是確實(shí)固定電加熱功率下的最佳間歇電加熱時(shí)間?？紤]到電加熱裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)降低設(shè)備運(yùn)行壽命，同時(shí)增加發(fā)生故障的可能性，同時(shí)間歇加熱會(huì)進(jìn)一步降低生產(chǎn)總能耗，因此生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程傾向于將加熱方式從連續(xù)加熱改為間歇加熱。

為進(jìn)一步降低綜合能耗，將試驗(yàn)井A 從連續(xù)加熱改為間歇加熱，在選取間歇加熱時(shí)的電加熱功率時(shí)，綜合考慮到電加熱裝置的熱效率和穩(wěn)定性因素，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，將電加熱功率設(shè)置為18 kW，對(duì)比此加熱功率下不同的加熱時(shí)間下電動(dòng)機(jī)能耗變化，以油井不結(jié)蠟和總能耗低于連續(xù)生產(chǎn)時(shí)為基本條件，尋找更滿足生產(chǎn)實(shí)際的總能耗最低點(diǎn)，即為合理間歇加熱時(shí)間。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，觀察電動(dòng)機(jī)能耗（載荷）和電加熱能耗的變化，得出在功率18 kW 時(shí)，采用開(kāi)2 h關(guān)1 h 的間歇加熱制度，能夠滿足生產(chǎn)，采油井不結(jié)蠟，且綜合日耗電較連續(xù)加熱時(shí)進(jìn)一步降低了10.8 kWh，試驗(yàn)井A 不同加熱方式綜合能耗對(duì)比見(jiàn)表5。

表3 電加熱應(yīng)用效果對(duì)比

表4 試驗(yàn)井A 不同加熱方式綜合能耗對(duì)比

表5 試驗(yàn)井A 不同加熱方式綜合能耗對(duì)比

4 節(jié)能效益

通過(guò)對(duì)比，按照優(yōu)選電加熱功率、優(yōu)化設(shè)計(jì)電加熱時(shí)間的方案，加熱功率采用18 kW，加熱時(shí)間為加熱2 h 停止1 h，單井日綜合耗電從連續(xù)電加熱的531.4 kWh 下降到351.0 kWh，日節(jié)電180.4 kWh。

試驗(yàn)區(qū)塊年均開(kāi)井?dāng)?shù)為13 口井，區(qū)塊日節(jié)電效益為2 345 kWh，區(qū)塊年節(jié)電效益（按照開(kāi)井360天計(jì)算）844 272 kWh，節(jié)電效益約44.7 萬(wàn)元。

5 結(jié)論

1）依據(jù)熱傳導(dǎo)和能量守恒理論計(jì)算的電加熱深度及使用功率，能夠滿足生產(chǎn)需要，保證了稠油井的正常生產(chǎn)，為其他區(qū)塊稠油開(kāi)采提供了指導(dǎo)。

2）在滿足油井正常生產(chǎn)前提下，以綜合能耗最低為目標(biāo)，優(yōu)化了電加熱功率和間歇加熱制度，大幅降低了抽油機(jī)和電加熱能耗。

3）電加熱優(yōu)化制度應(yīng)綜合考慮電加熱功率和加熱時(shí)間，可以根據(jù)抽油機(jī)實(shí)際載荷不降低、加熱時(shí)間減少，而生產(chǎn)能力不受影響且綜合能耗降低等要素確定合理的電加熱功率。

4）通過(guò)優(yōu)選電加熱功率、優(yōu)化設(shè)計(jì)電加熱時(shí)間，試驗(yàn)區(qū)塊單井日單井日綜合耗電從531.4 kWh下降到351.0 kWh，日節(jié)電180.4 kWh。