油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)綜述

高利波

（中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

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油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)綜述

高利波

（中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

摘 要：近年來，各個行業(yè)、各領(lǐng)域在社會生產(chǎn)實(shí)踐活動中，把提高能源的利用率，做好節(jié)能降耗工作作為重點(diǎn)。油氣集輸系統(tǒng)在工作過程中消耗大量的能量，而且，隨著油田壽命的增加，系統(tǒng)能耗也會不斷的增加。介紹了油田油氣集輸系統(tǒng)的加熱爐節(jié)能技術(shù)、不加熱集油及低溫集油工藝技術(shù)、油氣混輸技術(shù)和高效三相分離技術(shù)以及其它一些新興節(jié)能技術(shù)。

關(guān) 鍵 詞：油氣集輸系統(tǒng)；能耗；節(jié)能降耗

油氣集輸系統(tǒng)在油田的生產(chǎn)中起著主導(dǎo)的作用，是開發(fā)油田的核心骨干；它的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)油田采出液的儲存、集中處理和輸送，這個過程中會有非常多的熱能和電能會被消耗掉，大約是油田作業(yè)過程中的30%［1］。油氣集輸系統(tǒng)總體上可概括為“兩高”，即能耗高、油氣損耗高［2］。而油氣集輸系統(tǒng)的能耗的高低直接關(guān)系著油田的整體效益的好壞，是油田降耗工作的重中之重，所以，必須減少油氣集輸系統(tǒng)的能量消耗，來降低油田的生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1 油氣集輸系統(tǒng)中的能耗

油氣集輸系統(tǒng)的節(jié)能降耗研究包括三個方面，分別是集輸系統(tǒng)效率、能耗合理性分析、集輸系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行［3］。不難發(fā)現(xiàn)，整個油氣集輸過程中的能耗主要有集輸管網(wǎng)的能量消耗、集輸系統(tǒng)的脫水站和轉(zhuǎn)油站的能量消耗，以及油、氣、水整個分離過程中的能量消耗［4］；針對各個環(huán)節(jié)的能量消耗，在油田的油氣集輸系統(tǒng)中就可以有針對性的采用節(jié)能技術(shù)來降低各環(huán)節(jié)的能量消耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的，目前，主要的節(jié)能技術(shù)有加熱爐節(jié)能技術(shù)、不加熱集油及低溫集油工藝技術(shù)和油、氣混輸技術(shù)、高效三相分離技術(shù)。

2 油氣集輸系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)

2.1 加熱爐節(jié)能技術(shù)

加熱爐是油氣集輸系統(tǒng)中重要的設(shè)備，像油井摻水、脫水、熱洗、伴熱、采暖都需要用到加熱爐，同時它也是油氣集輸系統(tǒng)中消耗能量最多的設(shè)備。加熱爐效率的高低取決于加熱爐類型、空氣系數(shù)、燃燒器、排煙溫度、爐體散熱損失和余熱回收爐體散熱損失等［5］。

為了減少加熱爐的能耗，應(yīng)從以下幾個方面著手。首先，選擇效率高的加熱爐；最近這幾年，有很多新的燃燒、換熱和傳熱技術(shù)逐步的應(yīng)用到加熱爐的生產(chǎn)制造中，生產(chǎn)出的新產(chǎn)品有常壓高效節(jié)能水套加熱爐、真空相變加熱爐、分體相變加熱爐等，吉林油田英一連選用的是真空相變加熱爐［6］，其設(shè)計(jì)熱效率最高可以達(dá)到88% 以上；其次，為了使燃料充分燃燒，要選擇優(yōu)質(zhì)的燃燒器，這是提高加熱爐效率的先決條件，控制空氣過剩系數(shù)在合理的范圍內(nèi)，降低無謂的熱量損失，能夠使加熱爐的運(yùn)行熱效率提高近10%；再者，還要實(shí)現(xiàn)對加熱爐的精細(xì)控制，最大限度的降低集輸加熱系統(tǒng)的能耗，精細(xì)控制主要體現(xiàn)在能夠避免浪費(fèi)的能量、充分合理的運(yùn)用所具有的能量、加熱爐的工作時間等方面［7］；還可以對加熱爐的燃料結(jié)構(gòu)隨季節(jié)的變換進(jìn)行調(diào)整，用合成天然氣替代原有的燃料，這樣可以通過火用分析進(jìn)行二氧化碳的捕獲，減少溫室氣體的排放［8］；最后，在生產(chǎn)過程中，要加強(qiáng)對各設(shè)備的維護(hù)，定期清除各設(shè)備上的污垢，有必要安裝物理清洗和除垢裝置［9］；同時在生產(chǎn)管理中，還要加強(qiáng)對防腐保護(hù)層維護(hù)管理，降低加熱爐的散熱損失，提高加熱爐的加熱效率。

2.2 不加熱集油及低溫集油工藝技術(shù)

我國東部地區(qū)的油田中的油井采油時常用三管伴熱和雙管摻水集油，這種技術(shù)耗費(fèi)了大量的能量，為了改善這種不利情況，許多油田都采用了新的原油集輸技術(shù)，如油井的不加熱集油，它分為雙管不加熱集油、單管不加熱集油、摻低溫水集油、摻常溫水不加熱集油和季節(jié)性不加熱集油［10］；在油田的開采中后期，其含水量會非常高，這就導(dǎo)致了油井采出液的流變性、物性都適用于不加熱集輸或低溫集輸。不加熱集輸或低溫集輸工藝的應(yīng)用要考慮多方面的因素，最重要的就是要分析清楚原油流變性與溫度、含水率、剪切速率之間的關(guān)系，加強(qiáng)集油管道保溫以保證集油生產(chǎn)正常進(jìn)行。

遼河油田的稠油集輸系統(tǒng)［11］，是把原來三管伴熱的輸送流程，改進(jìn)為井口摻液輸送的雙管流程，這樣有效降低了輸送成本；大慶油田在低溫集油工藝方面進(jìn)行了大量的規(guī)模試驗(yàn)，合理配置了油井摻水溫度和摻水量等參數(shù)，油井的摻水溫度從以前的70 ℃下降到目前的60 ℃，部分單井摻水量從原來的0.70 m3/h下降到現(xiàn)在0.30 m3/h［12］，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的；大港油田采用單管常溫集油技術(shù)簡化原有的油氣集輸系統(tǒng)的工藝流程，主要是在單管加熱流程中取消了井口加熱爐，精減了加熱保溫系統(tǒng)，降低投資和管理成本，節(jié)能效果顯著［13］。

此外，在不加熱向外集輸油氣時，全場要求所有的轉(zhuǎn)油站啟運(yùn)摻水爐，提高摻水溫度清洗地面管線［14］，以減少資源的浪費(fèi)。

2.3 油氣混輸技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)是在海洋石油業(yè)剛發(fā)展起來的技術(shù)，主要是把從油田剛采出來的油、氣、水混合物不經(jīng)分離，直接采用混輸泵將它們輸送到集中處理站進(jìn)行綜合處理［15］，避免了以前對油氣進(jìn)行分離時天然氣壓縮機(jī)、原油外輸泵、三相分離器和輸油輸氣管道的使用，而只是需要混輸管道和混輸泵就可以達(dá)到目的，如長慶油田的混輸工藝與傳統(tǒng)的油氣分輸技術(shù)相比降低井口回壓，減小集氣管道的長度，減少了設(shè)備的投資，并且還使油氣混合物的處理流程得到了簡化，更加便于管理，適應(yīng)能力強(qiáng)，范圍廣，避免油田滾動開發(fā)后期伴生氣量下降時集氣管道能力過大造成的風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)［16］，使油田的投資回報(bào)周期縮短，節(jié)約了能源，提高了油田的經(jīng)濟(jì)效益和整體效益，既很好的達(dá)到了節(jié)能的目的，又延長了油田的使用壽命，因此，油氣混輸技術(shù)具有很好的應(yīng)用發(fā)展前景。我國已經(jīng)有油氣田應(yīng)用了油氣混輸?shù)墓茌敿夹g(shù)。

2.4 高效三相分離技術(shù)

高效三相分離器改變了油氣處理的三段分水模式，在油田開采的中后期含水率上升或者要求二段沉降脫水的時候，可以把流程改調(diào)為二段三相分離的脫水流程或三相分離、溢流沉降的二段脫水流程［17］，這樣不僅使脫水流程簡化，而且還降低了能量損耗，同時也提高了原油處理站的技術(shù)水平；這項(xiàng)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是在來液的油品性質(zhì)及綜合含水率發(fā)生變化時，油水界面可以調(diào)整，并且它的加熱盤管只對上部的低含水油加熱，油氣水得的分離全部靠自動控制，分離效果良好，例如HNS高效分離器，其單位體積的處理能力是傳統(tǒng)設(shè)備的5倍以上［18］，但是這種高效分離器需要根據(jù)不同油品性質(zhì)進(jìn)行有針對性的開發(fā)，靈活性不是很強(qiáng)。

3 其它技術(shù)在油氣集輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展成熟使得它可以運(yùn)用在油田開采中，幫助油田在開采過程中實(shí)現(xiàn)信息化管理，它將是未來集輸系統(tǒng)的發(fā)展方向，以技術(shù)進(jìn)步和數(shù)字化建設(shè)提升企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，以現(xiàn)代信息技術(shù)提升數(shù)據(jù)采集效率和處理能力逐漸成為集輸系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分，它能夠完善整個油田的生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)，提高效率，節(jié)約能量。

（2）隨著石油的開采，油田中石油的儲量越來越少，大部分油田都會采用注水開采，這就不可避免的造成了開采出來的石油含水量在不斷的增加，使處理原油的設(shè)備變得更加復(fù)雜，消耗的能量也顯著的增加。油水泵變頻技術(shù)利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)改造傳統(tǒng)的流程并進(jìn)行優(yōu)化，在油田開采過程中的應(yīng)用油水泵變頻技術(shù)能夠提高泵及泵機(jī)組的運(yùn)行效率，再結(jié)合變頻調(diào)速和自動檢測等技術(shù)，對一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動控制，提高了電力能效的利用率，有效的節(jié)省了電能［19］。另外，Vladimir Shumilin［20］等人研究了油井開發(fā)中后期產(chǎn)液量上升的油井的計(jì)量，對于使用了多相流量計(jì)計(jì)量的井，他們提出了一些現(xiàn)場的節(jié)能操作，提高了深井泵的工作效率，加快了油氣的生產(chǎn)速度，減少了油井的產(chǎn)水率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

（3）在油氣集輸系統(tǒng)中輸送石油天然氣的管道經(jīng)過長時間的運(yùn)行工作，通常情況下都會發(fā)生老化、腐蝕等問題，這就造成了管道的泄漏，同時引起能量的損耗。采用泄漏檢測技術(shù)能及時發(fā)現(xiàn)泄露點(diǎn)，做出應(yīng)對措施，所以管道泄漏檢測技術(shù)對節(jié)能有很重要的意義。泄漏檢測技術(shù)有很多種，我國常用間接檢測法，它是根據(jù)因管道泄漏引起的參數(shù)變化進(jìn)行檢測的［21］，主要包括檢漏電纜法、壓力點(diǎn)分析（PPA）檢測法和負(fù)壓波法等。

（4）此外，還有一些技術(shù)都具有良好的節(jié)能效果，如遼河油田提出的高溫?zé)嵩幢每照{(diào)系統(tǒng)、無功動態(tài)自動補(bǔ)償技術(shù)、閃光塔原油蒸餾技術(shù)、井下分離技術(shù)［22］、熱泵回收含油污水余熱技術(shù)等，其中余熱利用技術(shù)可以節(jié)省高達(dá)21%的燃料［23］，使油氣集輸系統(tǒng)的能耗大大降低，有很好的發(fā)展前景。

4 結(jié)束語

油氣集輸系統(tǒng)是油田的重要組成部分，它的正常運(yùn)行才能保證油田的穩(wěn)定生產(chǎn)，但它同時也是油田中主要的耗能系統(tǒng)。因此，油氣集輸系統(tǒng)應(yīng)積極采用以上這些高效的節(jié)能設(shè)備和先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，并不斷地進(jìn)行改進(jìn)和參數(shù)優(yōu)化，還要加強(qiáng)有效的科學(xué)管理。從而減少油氣的消耗，節(jié)約能量的使用，縮短油田開發(fā)的周期，不斷的節(jié)約成本，使油田系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的發(fā)展。

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Energy-saving Technology of Oil-gas Gathering and Transportation System

GAO Li-bo
（China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract:In recent years， various industries and fields in the social production practice， regard the improvement of energy efficiency， energy saving and consumption reduction work as the focus. Oil-gas gathering and transportation system consumes large amounts of energy during operation. In addition， as the life-span of oil field increases， the energy consumption of the system will continue to increase. For this kind of phenomenon， some energy-saving technologies of oil-gas gathering and transportation system were introduced， such as heating furnace energy-saving technology， no heating and low temperature oil gathering technology， oil-gas mixed transportation technology， high efficiency three-phase separation technology， and so on.

Key words:Oil-gas gathering and transportation system； Energy consumption； Energy saving and consumption reduction

中圖分類號：TE 83

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0361-03

收稿日期：2015-11-04

作者簡介：高利波（1991-），男，河南洛陽人，中國石油大學(xué)（北京）在讀碩士研究生，2014年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：油氣集輸及地面工程。E-mail：1095350171@qq.com。