稠油開采太陽能熱泵節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

李建馨 張祖峰 孫秀華 朱火軍

（大港油田公司第六采油廠 天津 300280）

1 背景

石油企業(yè)是能源主要生產(chǎn)企業(yè)，同時(shí)也是能源消耗大戶，面對日益緊張的能源局勢和成本壓力，探索高效節(jié)能技術(shù)、挖潛有效節(jié)能措施，對建設(shè)節(jié)約型企業(yè)意義重大。大港油田第六采油廠作為一個(gè)特高含水開發(fā)階段的老油田，自然遞減逐年增高，油田穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)難度大。近幾年，隨著稠油開發(fā)技術(shù)的不斷完善，采油六廠采難稠油區(qū)塊動(dòng)用程度不斷加大，并取得了很好效果。稠油區(qū)塊油井舉升配套高耗能電加熱設(shè)備生產(chǎn)，耗電量高，使得稠油開采單耗居高不下，電費(fèi)支出指標(biāo)控制難度大。因此稠油區(qū)塊電加熱設(shè)備節(jié)能技術(shù)探討迫在眉睫。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

近幾年，隨著稠油區(qū)塊開發(fā)規(guī)模的不斷加大，第六采油廠目前共有電熱桿井34口，單臺裝機(jī)功率為75-100KW,月耗電3-5萬度；配套使用地面管道電加熱器25臺，單臺裝機(jī)功率為30-40KW，月耗電1.5-2萬度；稠油井單井平均月耗電在4-6萬度，是普通油井月耗電的8倍以上，開采運(yùn)行成本較高。探索可再生太陽能加熱技術(shù)服務(wù)于稠油開采，替代油井電加熱設(shè)備，具有很大的節(jié)能潛力。

通過研究與應(yīng)用太陽能熱泵加溫技術(shù)，充分利用可再生清潔環(huán)保能源替代高耗能的電加熱設(shè)備，探求經(jīng)濟(jì)的稠油開采工藝及配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，為進(jìn)一步推動(dòng)第六采油廠節(jié)能節(jié)水型企業(yè)活動(dòng)深入開展，促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)、高效運(yùn)行具有重要意義。

3 太陽能熱泵加溫技術(shù)原理

太陽能熱泵技術(shù)是太陽能集熱裝置和熱泵合為一體的加熱裝置，以太陽能為主要能源，電能為輔助能源。在光照充足的情況下，太陽能集熱器作為主要熱能提供裝置，通過換熱裝置對管道內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行加熱；在光照條件差、陰雨天和夜間，太陽能集熱器為換熱裝置提供的熱源無法達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，熱泵及輔助加熱裝置則自動(dòng)開啟，對換熱裝置中的循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行加熱。

3.1 太陽能集熱裝置原理及特點(diǎn)

3.1.1 太陽能矩陣工作原理及特點(diǎn)

1)太陽能矩陣：太陽能矩陣是由太陽能集熱器、管路、水箱、電器控制等組成，通過聚集太陽熱能產(chǎn)生大量熱媒介質(zhì)的太陽能系統(tǒng)。

2)太陽能集熱器原理：太陽能集熱器是由多個(gè)超導(dǎo)金屬芯真空玻璃管并聯(lián)組成，超導(dǎo)真空管集熱器通過熱管內(nèi)少量工質(zhì)的汽—液相變循環(huán)過程，連續(xù)不斷的吸收太陽輻射能為系統(tǒng)提供熱源。

3)太陽能集熱裝置特點(diǎn)：

a）熱傳導(dǎo)效率高。熱傳導(dǎo)效率99%以上，完全收集太陽能。

b）啟動(dòng)快速。熱管單向傳熱，熱容小，傳熱速度快。

c）壽命長，免維修。導(dǎo)熱管系采用0.6mm無氧紫銅管制作，，使用壽命在15年以上。

d）承壓能力好，運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠。

3.2 熱泵的基本原理及特點(diǎn)

3.2.1 熱泵基本原理

熱泵技術(shù)是一種很好的節(jié)能型空調(diào)制冷供熱技術(shù)，是利用少量高品位的能源作為驅(qū)動(dòng)能源，從低溫?zé)嵩锤咝〉推肺粺崮?，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)-壓縮-冷凝-節(jié)流-再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將低品味熱源泵送到高品位熱能，具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益。

3.2.2 熱泵主要特點(diǎn)

1)高效。高溫?zé)岜眯适?80%，熱泵機(jī)組COP可以達(dá)到5.2以上，加上水泵等系統(tǒng)的COP在4.8左右，即用1千瓦的電驅(qū)動(dòng)熱泵后，可以制造4.8千瓦以上的熱功率。

2)污染小。由于熱效率高，其一次能源消耗量很小，由此造成的溫室氣體排放量小。

3)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，自動(dòng)控制程度高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，壽命長。

4 太陽能熱泵節(jié)能技術(shù)在稠油開采中的應(yīng)用

4.1 稠油井開采工藝及能耗

第六采油廠稠油開采配套電熱桿+管道電加熱器生產(chǎn)。井底采用電熱桿加熱舉升，單臺裝機(jī)功率為75-100kw，月耗電3-5萬度；地面采用管道電加熱器加熱集輸，單臺裝機(jī)功率為30-40kw，月耗電1.5-2萬度，稠油井單井平均月耗電3-4萬度。

4.2 太陽能熱泵節(jié)能技術(shù)替代井底電熱桿加熱

4.2.1 油井生產(chǎn)及能耗情況

通過對采油六廠稠油井生產(chǎn)及能耗情況分析，在羊H1、孔1079H、孔1036-1三口井上應(yīng)用太陽能熱泵技術(shù)替代井底電加熱桿生產(chǎn)。這三口井全部采用電熱桿舉升工藝生產(chǎn)，其中有2口井配套管道電加熱器及地面摻水工藝生產(chǎn)，平均日產(chǎn)液10.84m3，單井平均月耗電3.3萬度。三口井生產(chǎn)及能耗情況見表1。

表1 實(shí)施井生產(chǎn)及能耗統(tǒng)計(jì)

4.2.2實(shí)施方案

結(jié)合油田稠油井加熱生產(chǎn)特點(diǎn)及需求，單井均采用8組太陽能矩陣，太陽能熱泵裝置采用直膨式系統(tǒng)，太陽集熱器與熱泵蒸發(fā)器合二為一，即制冷工質(zhì)直接在太陽集熱器中吸收太陽輻射能而得到蒸發(fā)，如圖1所示。

圖1 太陽能熱泵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

應(yīng)用太陽能熱泵裝置對油井摻水加熱，加熱后的摻水通過套管回?fù)降骄?，給油井井筒伴熱，實(shí)現(xiàn)井底產(chǎn)出液升溫降粘，同時(shí)，因?yàn)樘坠芑負(fù)剿♂屪饔?，提高了產(chǎn)出液含水，也可以實(shí)現(xiàn)稀釋降粘作用，滿足油井舉升，停運(yùn)油井電熱桿管工藝。（詳見圖2）

圖2 工藝流程圖

4.2.3 實(shí)施后油井生產(chǎn)及能耗情況

實(shí)施后，三口油井全部停運(yùn)電熱桿加熱設(shè)備，在保持原產(chǎn)液水平及摻水量的情況下，油井摻水溫度提高了40℃，回?fù)降骄着c產(chǎn)出液混合舉升到地面后，產(chǎn)出液出口溫度基本保持在45℃，井口回壓穩(wěn)定，能夠滿足油井生產(chǎn)需求。同時(shí)結(jié)合油井運(yùn)行電流、回壓情況，逐步下調(diào)羊H1、孔1036-1井地面管道電加熱器加熱溫度，進(jìn)一步降低了運(yùn)行能耗，單井平均月節(jié)電2.18萬度。

表2 實(shí)施前后生產(chǎn)及能耗統(tǒng)計(jì)

4.2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

單套太陽能熱泵裝置投資費(fèi)用為21萬元，三套裝置投資費(fèi)用共計(jì)63萬元。項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電能力79萬度，按電價(jià)0.72元/度計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)56.88萬元，投資回收期為1.11年，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.3 太陽能熱泵節(jié)能技術(shù)替代地面管道加熱器加熱

4.3.1 油井生產(chǎn)及能耗情況

通過對采油六廠稠油井生產(chǎn)及能耗情況分析，在羊2-17、羊3H2、孔58-3H三口井上應(yīng)用太陽能熱泵技術(shù)替代地面管道電加熱器生產(chǎn)。這三口井全部采用電熱桿舉升+地面管道加熱器集輸工藝生產(chǎn)，平均日產(chǎn)液15.65m3，單井平均月耗電3.3萬度。三口井生產(chǎn)及能耗情況見表3。

表3 實(shí)施井生產(chǎn)及能耗統(tǒng)計(jì)

4.3.2 實(shí)施方案

應(yīng)用太陽能熱泵裝置對油井產(chǎn)出液進(jìn)行加熱降粘后，經(jīng)單井集油管道直接輸送至采油計(jì)量站，關(guān)停原有地面管道加熱器加熱工藝。（詳見圖3）

圖3 工藝流程圖

4.3.3 實(shí)施后生產(chǎn)及能耗情況

實(shí)施后，三口油井全部停運(yùn)地面管道加熱器設(shè)備，在保持原產(chǎn)液水平及摻水量的情況下，產(chǎn)出液出口溫度基本保持在45℃，井口回壓穩(wěn)定，能夠滿足油井生產(chǎn)需求，平均單井月節(jié)電12.8萬度。三口井生產(chǎn)及能耗情況見表4。

表4 實(shí)施前后生產(chǎn)及能耗統(tǒng)計(jì)

4.3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

應(yīng)用太陽能加溫裝置3套，投資費(fèi)用共計(jì)50萬元。項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電能力46.16萬度，按電價(jià)0.72元/度計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)32.24萬元，投資回收期為1.55年，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1）太陽能作為一種新型、清潔環(huán)保能源，通過應(yīng)用節(jié)能新工藝、新設(shè)備服務(wù)于油田生產(chǎn)供熱，具有廣闊的發(fā)展前景。

2）隨著太陽能熱泵技術(shù)的不斷成熟，應(yīng)用太陽能加熱應(yīng)替代稠油井電加熱設(shè)備生產(chǎn)，具有顯著的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。

3）太陽能加熱裝置替代稠油井電加熱設(shè)備現(xiàn)場成功應(yīng)用，解決了稠油區(qū)塊開發(fā)高能耗難題，開辟了油田節(jié)能技術(shù)向綠色環(huán)保能源轉(zhuǎn)變的新途徑。