智能電加熱裝置在油田高回壓井組中的應用

周元甲 陳安德 趙 鵬 王 勇

1.西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710018 2.長慶油田分公司第四采油廠，寧夏 銀川 750006

0 前言

長慶油田地處鄂爾多斯盆地，屬典型的“三低”油田，單井產(chǎn)量低，為降低地面建設成本，采用了叢式井組單管密閉集輸工藝［1］。冬季隨著環(huán)境溫度的降低，原油流動性變差，油田部分區(qū)塊由于采出原油含蠟量高，易在集油管線壁上形成結(jié)蠟層，導致管線通徑變小，井口回壓升高，增加抽油機的能耗，影響油井的產(chǎn)量，甚至導致集油管線堵塞，使整個井組生產(chǎn)停頓，管線解堵勞動強度大、成本費用高。實踐證明，冬季使用井組集油管線加熱方法可以有效降低井口回壓，保證油井的平穩(wěn)生產(chǎn)。

長期以來，油田高回壓井組冬季大部分采用燃煤水套爐加熱原油，在使用中存在加熱不穩(wěn)定、熱效率低、安全隱患大、環(huán)境污染以及極端天氣下燃料無法及時供給影響生產(chǎn)等問題。通過使用智能電加熱裝置，可有效解決上述諸多問題，滿足現(xiàn)場安全生產(chǎn)要求，提升油田高回壓井場數(shù)字化管理水平。

1 裝置結(jié)構及工作原理

1.1 裝置結(jié)構

裝置由電加熱器、螺旋形換熱盤管、筒體、膨脹油槽、保溫層、控制系統(tǒng)等組成，實體結(jié)構見圖1。

圖1 裝置內(nèi)部結(jié)構

1.2 裝置工作原理

裝置筒體內(nèi)充裝導熱油，電加熱器將導熱油加熱，油井采出原油由裝置進口進入螺旋形換熱盤管中，同導熱油發(fā)生熱交換，在裝置出口處達到要求的油溫［2］。

裝置控制系統(tǒng)共設計三項監(jiān)測參數(shù)，分別是：裝置加熱出口油溫；裝置內(nèi)部電加熱器工作溫度；裝置內(nèi)部導熱油溫度。其中出口油溫是本裝置的核心控制參數(shù)。

通過控制面板設定工作參數(shù)，啟動裝置后開始工作，裝置出口處油溫逐漸升高，當實際檢測的油溫達到設定的最高油溫時，裝置不再持續(xù)加熱，而是保持現(xiàn)有的工作狀態(tài)，穩(wěn)定出口油溫。裝置控制系統(tǒng)顯示面板見圖2，綠色數(shù)字表示設定參數(shù)，紅色數(shù)字表示工作參數(shù)。

圖2 裝置控制系統(tǒng)顯示面板

如果裝置出口油溫未達到設定的溫度參數(shù)，而電加熱管或?qū)嵊凸ぷ鳒囟纫殉^設定溫度參數(shù)時，裝置自動切斷工作電源，停止工作，保護裝置。這種情況的出現(xiàn)可能存在兩個原因：裝置設定出口油溫過高，裝置加熱負荷滿足不了現(xiàn)有加熱油溫要求；裝置其它兩項溫度參數(shù)設置過低，需要將設定溫度調(diào)高，但是不能超過其設計的最高工作溫度。

裝置控制系統(tǒng)設有數(shù)據(jù)上傳及遠程操控功能，當裝置與已有站控系統(tǒng)信號接通后，站控系統(tǒng)可接收到裝置實時工作參數(shù)，并可通過站控系統(tǒng)對裝置已設定的工作參數(shù)進行修改，調(diào)整裝置的工作狀態(tài)［3］。

2 裝置特點

2.1 加熱效果穩(wěn)定

采用電加熱、導熱油換熱、加熱自動控制，保證了裝置運行平穩(wěn)，徹底解決油田井組用燃煤水套爐人工操作導致的加熱效果不穩(wěn)定、井口回壓波動大等問題。

2.2 裝置體積小、熱效率高

裝置外形尺寸為Φ600 mm×1 945mm，與井組用燃煤水套爐相比占地面積由原來的10 m2減少到2 m2，熱效率提升了約10%［4］。

2.3 實現(xiàn)無人值守

采用DCS控制系統(tǒng)，具有自動完成數(shù)據(jù)的檢測與采集、參數(shù)就地顯示及設定、自動調(diào)節(jié)運行參數(shù)、參數(shù)上傳至站控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)可遠程設定參數(shù)、緊急情況自動停機保護等功能，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場無人值守［5］。

3 裝置現(xiàn)場實施效果

2012年11月，裝置在長慶油田某叢式井組投運，目前裝置各項監(jiān)測參數(shù)運行平穩(wěn)，裝置每日三項溫度參數(shù)運行曲線見圖3。井組回壓由投運前的6 MPa，下降到目前的2 MPa左右，降回壓效果明顯，井組每日平均回壓曲線見圖4。經(jīng)過近30 d的現(xiàn)場使用，智能電加熱裝置充分體現(xiàn)出加熱穩(wěn)定、熱效率高、安全性強、無污染等優(yōu)點。通過測算裝置耗能較燃煤水套爐運行成本降低約18%，裝置現(xiàn)場應用照片見圖5。

圖3 裝置每日3 項溫度參數(shù)運行曲線

圖4 井組每日平均回壓

圖5 裝置現(xiàn)場應用照片

4 結(jié)論

智能電加熱裝置與油田現(xiàn)有井組用燃煤水套爐相比，具有占地面積小，安裝及操作簡單、方便，熱效率高，環(huán)保性能直接、顯著。通過智能控制，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場無人值守，滿足油田數(shù)字化管理要求，大幅度降低了員工工作量，極大地減少了人力投入及相關支出，是油田中較理想的油田井組用加熱裝置，可在冬季油田高回壓井組中推廣使用。

［1］張箭嘯，張雅如，楊 博，等.長慶油氣田地面系統(tǒng)標準化設計及應用［J］.石油工程建設，2010，36（1）：93.Zhang Jianxiao，Zhang Yaru，Yang Bo，et al.Standardized Design and Application of the Changqing Oil and Gas Field Ground System ［J］.Petroleum Engineering Construction，2010，36（1）：93.

［2］高樹生.采油井口橇裝式加溫裝置的應用［J］.石油規(guī)劃設計，2011，22（1）：39-40.Gao Shusheng.Application of Wellhead Skid Mounted Heating Device［J］.Oil Planning and Design，2011，22（1）：39-40.

［3］卜迎春，陸廣平，王秀琳.240 kW導熱油電加熱PLC控制系統(tǒng)設計［J］.工業(yè)控制計算機，2012，27（1）：20-22.Bu Yingchun，Lu Guangping，Wang Xiulin.240kW Heat -Conducting Oil Heating PLC Control System Design ［J］.Industrial Control Computer，2012，27（1）：20-22.

［4］鄧紹林.淺談建設項目投資控制與限額設計［J］.天然氣與石油，2006，24（1）：53-55.Deng Shaolin.Discussion on Investment Control and Quota Design for Construction Project［J］.Natural Gas and Oil，2006，24（1）：53-55.

［5］趙 毅，袁智君，鐘榮強.二級半布站工藝在托甫臺區(qū)塊的應用［J］.天然氣與石油，2012，30（1）：15-17.Zhao Yi，Yuan Zhijun，Zhong Rongqiang.Application of Two and a Half Station Layout Process in Tahe Oilfield［J］.Natural Gas and Oil，2012，30（1）：15-17.