任大偉

大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠

2022 年國家電網(wǎng)公司上調(diào)用電價(jià)格[1]，中油電能供電公司隨之調(diào)整了內(nèi)部關(guān)聯(lián)交易電價(jià)，電價(jià)由上年度0.637 元/kWh 調(diào)整為0.706 1 元/kWh，上漲0.069 1 元/kWh。某廠A、B、C 三個(gè)作業(yè)區(qū)部分班組由國家電網(wǎng)公司供電，電費(fèi)按照“峰、谷、平”時(shí)段電價(jià)計(jì)費(fèi)，其中“高峰”時(shí)段電價(jià)為1.12元/kWh以上，“平”時(shí)段為0.756元/kWh以上，“低谷”時(shí)段為0.39元/kWh以上，日平均電價(jià)達(dá)到0.73元/kWh以上。因本次國網(wǎng)和油田內(nèi)部電價(jià)的上調(diào)，該廠2022 年度的電費(fèi)成本支出預(yù)計(jì)增加1 800 萬元左右。近年來，老井產(chǎn)量逐年遞減，經(jīng)濟(jì)效益下降，另外隨著產(chǎn)能區(qū)塊不斷加密和外擴(kuò)，各系統(tǒng)用電量逐年遞增，減少變壓器運(yùn)行耗電量可以直接減碳，降低用電成本，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必然趨勢。

某廠A作業(yè)區(qū)地處偏遠(yuǎn)、區(qū)塊零散，距已建油田線路供電半徑大，目前采用電加熱[2]和光熱[3-4]加熱集輸。為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，比較適宜采用新能源技術(shù)提供集輸所需能量，油田目前正處于新能源技術(shù)應(yīng)用的起步階段，精準(zhǔn)分析電加熱和光熱加熱集輸現(xiàn)狀，可為油田下一步應(yīng)用新能源技術(shù)提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

1 耗電情況

1.1 現(xiàn)狀

截至2021年12月，A作業(yè)區(qū)共建有各類站所6座，其中聯(lián)合站1 座（停運(yùn)），轉(zhuǎn)油站1 座（停運(yùn)），注水水質(zhì)站2 座（停運(yùn)1 座），變電所1 座，收油點(diǎn)1座。原油采用電加熱和光熱加熱、儲油罐集油集中拉運(yùn)的特殊生產(chǎn)方式。目前A作業(yè)區(qū)在用儲油罐46 座，其中20 m3儲油罐12 座、40 m3儲油罐24座、60 m3儲油罐10座，電加熱棒累計(jì)額定功率1 240 kW，2021 年A 作業(yè)區(qū)電加熱總耗電量710×104kWh，占A作業(yè)區(qū)總耗電量的93%。2022年上半年，A 作業(yè)區(qū)電加熱集輸耗電量335.17×104kWh，相較2021 年同期減少11.58×104kWh，降幅3.3%（表1）。

表1 A作業(yè)區(qū)2021年與2022年上半年電加熱集輸耗電量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Power consumption statistics of electric heating gathering and transportation in Operation Area A in 2021 and the first half of 2022 104 kWh

1.2 數(shù)據(jù)可靠性分析

A 作業(yè)區(qū)電源主要由1#變電所2 條出線和2#變電所2條出線、農(nóng)網(wǎng)和A廠線路提供。用電負(fù)荷分為前線辦公隊(duì)部和8個(gè)生產(chǎn)區(qū)塊，負(fù)荷主要包括油井、儲罐和穿芯電伴熱。2021 年集輸電加熱耗電數(shù)據(jù)根據(jù)儲罐電熱棒和穿芯電伴熱功率、不同季節(jié)時(shí)段溫度的變化規(guī)律等因素，綜合選取適當(dāng)?shù)南禂?shù)估算得出，按照季節(jié)變化將電加熱總電量分?jǐn)偟皆拢?022 年每月集輸電加熱耗電量由各出線總電量扣除機(jī)采系統(tǒng)電量和前線辦公隊(duì)部電量得出，數(shù)據(jù)較上年度更可靠。

2 節(jié)電措施

2.1 電加熱

2021年與2022年同期電加熱集輸[5]耗電曲線趨勢基本一致（圖1）。除2 月份因?yàn)樽匀惶鞌?shù)（28天）因素影響外，整體電加熱集輸隨季節(jié)的變化用電量平緩下降，4～5月份基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。

圖1 A作業(yè)區(qū)2021年與2022年上半年電加熱集輸耗電曲線Fig.1 Power consumption curve of electric heating gathering and transportation in Operation Area A in 2021 and the first half of 2022

為深挖電加熱集輸節(jié)電潛力，自2021 年10 月入冬以來，在保證生產(chǎn)所需最低集油溫度的前提下，積極探索在不同環(huán)境溫度下電加熱裝置運(yùn)行溫度的設(shè)定，以達(dá)到溫控精準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。針對A作業(yè)區(qū)，實(shí)行“一月一策、一罐一制”電加熱裝置管理措施。在電伴熱帶節(jié)電方面，根據(jù)季節(jié)設(shè)定電伴熱帶上限溫度，減少電伴熱帶工作時(shí)間，4～5 月及10～11 月電伴熱帶設(shè)定溫度40 ℃，6～9 月白天冷輸/夜間設(shè)定上限溫度30 ℃，冬季為了保證生產(chǎn)溫度設(shè)定到65 ℃；儲油罐節(jié)電方面，根據(jù)井口液量及拉運(yùn)規(guī)律制定“一罐一制”加熱制度滿足拉運(yùn)需求，同時(shí)最大限度節(jié)約電量。

“一罐一制”電加熱裝置管理措施主要有以下幾點(diǎn)：①針對具備自動加熱功能的儲油罐調(diào)整加熱上限溫度，4-10月為45 ℃，冬季為53 ℃，預(yù)計(jì)年縮短加熱時(shí)間300 h；②針對產(chǎn)液量低的儲油罐繼續(xù)延長拉運(yùn)及加熱周期，降低電加熱棒工作時(shí)間；③針對無自動啟停加熱功能的儲油罐，根據(jù)液量嚴(yán)格控制加熱時(shí)間，降低原油溫度，滿足拉運(yùn)條件即可；④加大電加熱棒的維修更換力度，淘汰效率低的電加熱設(shè)備。以上措施預(yù)計(jì)年節(jié)電20×104kWh。

2.2 光熱加熱

2020年11月，A作業(yè)區(qū)在1#油井應(yīng)用橇裝單井光熱加熱裝置1套，集熱功率16.92 kW，額定輔助功率24 kW。該裝置利用光熱集熱裝置進(jìn)行熱能采集、循環(huán)泵驅(qū)動傳熱介質(zhì)，職能控制系統(tǒng)根據(jù)出口溫度自動調(diào)節(jié)循環(huán)加熱系統(tǒng)，當(dāng)日照強(qiáng)度和系統(tǒng)儲熱充足時(shí)關(guān)閉低溫輔熱系統(tǒng)，反之則開啟低溫輔熱系統(tǒng)。橇裝內(nèi)放置管殼列管式超導(dǎo)換熱裝置對管道內(nèi)液體進(jìn)行加熱，通過溫度的自動調(diào)控、優(yōu)化與遠(yuǎn)程智能控制實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的，如圖2所示。

圖2 光熱加熱裝置原理圖Fig.2 Schematic diagram of photo thermal heating device

智能加熱系統(tǒng)可以通過現(xiàn)場觸控屏實(shí)現(xiàn)操控與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，可根據(jù)溫度需要設(shè)定出口溫度，系統(tǒng)將自動調(diào)整循環(huán)水及換熱器溫度，自帶低溫及過熱保護(hù)功能。

1#油井為井口注二氧化碳試驗(yàn)井，油氣同出井口出液溫度低，在應(yīng)用光加熱裝置前需用2 根25 kW電加熱棒對儲油罐原油進(jìn)行加熱；同時(shí)匯管采用電熱帶進(jìn)行保溫。應(yīng)用光加熱裝置后（圖3）可以提高井口出液溫度[6]，降低井口回壓，保證原油拉運(yùn)[7]條件。

圖3 光熱加熱裝置現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)物圖Fig.3 Field application of photo thermal heating device

2020 年11 月4 日開始對光熱加熱裝置進(jìn)行為期近1個(gè)月的加熱和節(jié)電效果跟蹤測試，裝置應(yīng)用后，平均出口溫度為59.7 ℃，儲油罐拉油時(shí)平均溫度為47.2 ℃，可以保證原油拉運(yùn)條件，測試結(jié)果見表2。

表2 光熱加熱裝置運(yùn)行溫度部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Data statistics of operating temperature of photothermal heating device

光熱加熱裝置38 天累計(jì)耗電0.79×104kWh，日均耗電208 kWh（表3）。原加熱系統(tǒng)運(yùn)行2 根15 kW 電加熱棒，每日平均運(yùn)行16 h，耗電量為480 kWh，匯管電熱帶日均耗電量為58 kWh，累計(jì)日均耗電量為528 kWh。使用該裝置后平均日節(jié)電量為320 kWh，累計(jì)節(jié)電量為14×104kWh，累計(jì)減少CO2排放[8]13.96×104kg，光熱加熱裝置新能源替代率60.6%。

表3 光熱加熱裝置運(yùn)行耗電部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Data statistics of operating power consumption of photothermal heating device

3 結(jié)束語

通過摸索運(yùn)行規(guī)律、分析油氣生產(chǎn)特性，電加熱裝置可根據(jù)不同季節(jié)設(shè)定不同運(yùn)行溫度，驗(yàn)證了電加熱工藝低溫集輸?shù)目蓪?shí)施性，A作業(yè)區(qū)通過降低電加熱運(yùn)行溫度低溫集輸，年可節(jié)電20×104kWh。通過加裝光熱裝置，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳，按A作業(yè)區(qū)總電加熱負(fù)荷1 240 kW 計(jì)算，加裝光熱加熱裝置后年可節(jié)電270×104kWh，減少CO2排放269.19×104kg。以上技術(shù)措施在全油田外圍采油廠具有一定的代表性，可以更準(zhǔn)確地掌握單點(diǎn)或區(qū)域用電量，為今后新能源項(xiàng)目在設(shè)計(jì)風(fēng)光互補(bǔ)[9]或單一風(fēng)/光發(fā)電容量和規(guī)模上提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，確保后期新能源項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模的合理化和投資精準(zhǔn)化，降低油田運(yùn)行成本。

建議加強(qiáng)運(yùn)行溫度管理，根據(jù)不同季節(jié)設(shè)定電加熱運(yùn)行溫度，確保節(jié)電最大化；同時(shí)，加強(qiáng)設(shè)備管理，確保電加熱和光熱加熱設(shè)備運(yùn)行時(shí)率和完好率，對故障設(shè)備及時(shí)進(jìn)行維修維護(hù)，完善各系統(tǒng)主要用電設(shè)備電能計(jì)量，讓方案、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)靠準(zhǔn)靠實(shí)。考慮儲油罐內(nèi)除電加熱棒外，無其他部件，罐壁結(jié)蠟、結(jié)垢[10]對罐內(nèi)介質(zhì)可以起到一定的保溫作業(yè)，但電加熱棒表面結(jié)蠟、結(jié)垢嚴(yán)重會造成熱量傳導(dǎo)率降低，從而影響加熱效果，因此建議對儲油罐內(nèi)電加熱棒進(jìn)行清垢或更換。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，尤其是“碳達(dá)峰”目標(biāo)，必須重視節(jié)能提效[11]。“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)及我國應(yīng)對氣候變化的實(shí)施路徑應(yīng)當(dāng)與我國的能源戰(zhàn)略保持一致。精準(zhǔn)分析電加熱和光熱加熱集輸耗電情況，可以為油田應(yīng)用推廣新能源業(yè)務(wù)的后期效果評價(jià)提供可靠數(shù)據(jù)支撐。