應(yīng)用井口高頻電加熱技術(shù)延長冷輸油井化清周期

宋成清陳雯李長生羅日蕾

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

應(yīng)用井口高頻電加熱技術(shù)延長冷輸油井化清周期

宋成清1陳雯2李長生1羅日蕾1

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

由于冷輸油井采用不摻水集輸技術(shù)，在集輸過程中沒有熱源提供，管壁會出現(xiàn)不同程度的結(jié)蠟現(xiàn)象，影響集輸管道的輸送能力。針對冷輸油井管線結(jié)蠟問題，目前主要通過化清車定期高溫蒸汽熱洗和井口安裝電加熱器進(jìn)行管線日常維護(hù)。常規(guī)高溫化清需人工、燃料、熱水等消耗，工人勞動量大；傳統(tǒng)電加熱器需連續(xù)加熱，功率在5000 kW左右，耗電量巨大。為解決上述問題，研發(fā)了新型井口高頻電加熱裝置。此裝置整合了傳統(tǒng)電加熱器和電磁防蠟器，并通過超導(dǎo)體將工頻交流電轉(zhuǎn)換為1～100 kHz的高中頻交流電；應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，通過電感線圈將電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的交變磁場，并利用渦流效應(yīng)，借助金屬本身的電子摩擦發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，實現(xiàn)低能耗自動控溫。高頻電加熱器平均每天運(yùn)行15.2 h，日耗電380 kWh，年消耗電費(fèi)8.7萬元，大大降低了冷輸油井干線清防蠟成本。

冷輸油井管線；電加熱器；電磁防蠟器；清蠟

工作原理：首先將工頻交流電轉(zhuǎn)換為1～100 kHz的高中頻交流電，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，通過電感線圈將電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的交變磁場，并利用渦流效應(yīng)，借助金屬本身的電子摩擦發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)換為熱能。同時借助磁滯效應(yīng)、趨膚效應(yīng)等電特性使加熱體迅速升溫，使能量能夠在電磁線圈—原油混合液—電源之間作充分交換，增強(qiáng)其傳導(dǎo)作用，再配合特定結(jié)構(gòu)，使液體更具有攪拌、沖擊、剪切效果；所形成的“溫度梯度”，還具有“波浪”效應(yīng)，對輸油管內(nèi)原油也起著“沖刷”作用。同時間段加熱與一直通電的加熱方式相比，使用井口加熱循環(huán)清蠟器的加熱效率更為高效，機(jī)器和線圈的使用壽命也更長。設(shè)備額定最大功率40 kW并可按需定制，分5個擋位可調(diào)，分別是8.3、16.6、24.9、33.2、41.5 kW，41.5 kW擋位工作時平均功率約24.9～33 kW。在擋位選擇方面，以熔點(diǎn)為30℃、含水率10%的產(chǎn)出液為例：冬季時井口產(chǎn)出液溫度為10℃，液量約為36 m3/d，溫控儀溫度范圍[2]設(shè)定為40～60℃，功率擋位選在3擋，額定功率為24.9 kW，實際消耗功率[3]約為擋位功率標(biāo)定值乘以系數(shù)k（k為一工作周期的實際通斷占空比數(shù)值），此時k約為0.83（249 s通51 s斷），即實際消耗功率約等于20.7 kW。

2 現(xiàn)場試驗

在某作業(yè)區(qū)1號井、2號井上開展試驗。1號井為某轉(zhuǎn)油站樹狀集油管網(wǎng)中一個分支的首端井，該分支共有油井8口，安裝前干線壓力為3～4 MPa，為保證正常生產(chǎn)需每天打干線。2號井分支有油井6口，試驗前干線壓力為4.5 MPa，每1～2 d打一次干線，存在化清頻繁，維護(hù)成本大問題。試驗井具體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 某作業(yè)區(qū)采油隊1號井、2號井基礎(chǔ)信息

2013年10月2日，在1號井上安裝油井井口加熱循環(huán)清蠟器1臺。加熱器入口液體溫度為28℃，進(jìn)液量為0.72 m3/h，設(shè)定溫度上限為60℃，下限為45℃。

由圖2可知，加熱器加熱7 min使出口溫度由28℃升高至60℃，加熱至設(shè)定溫度上限后，加熱器停止加熱；溫度下降至設(shè)定溫度下限時開始加熱，每加熱5 min，停止3 min即可將溫度控制在41～60℃范圍內(nèi)，實現(xiàn)了油井快速加熱和溫度范圍可調(diào)控。試驗后干線壓力穩(wěn)定在1.2 MPa，平均每天運(yùn)行15 h，與之相連的33#至32#平臺免打干線，32#平臺打干線頻率由安裝前的每天打一次，一次2灌水降為每周打一次，一次1灌水，得到較好降壓力效果。

圖2 1號井啟停加熱設(shè)備與井口溫度關(guān)系曲線

2013年10月5日，在2號井完成現(xiàn)場安裝。該井加熱器入口進(jìn)液量為0.52 m3/h，該分支有油井6口，試驗前干線壓力4.5 MPa，每1～2 d打一次干線，加熱器入口液體溫度為18℃，設(shè)定加熱上限為60℃，加熱下限為45℃。由圖3可知，加熱器加熱7 min使出口溫度由18℃升高至60℃，每加熱7 min停止4 min即可將溫度控制在40～60℃范圍內(nèi)。試驗后該分支干線壓力穩(wěn)定在0.9 MPa，平均每天運(yùn)行15.2 h。安裝后，自2號井至3號井段達(dá)到免打干線，同用一個主干線的4號井由每天2灌水減少為每天1灌水，降壓力效果明顯。

圖3 2號井啟停加熱設(shè)備與井口溫度關(guān)系曲線

3 經(jīng)濟(jì)效益

安裝油井井口加熱循環(huán)清蠟器后，可免本井化清打干線工作量，降低臨井化清打干線工作量，至少減免1.5口井年化清打干線工作量。如果將其安裝于干線壓力較大需頻繁打干線井，以每2 d打一次干線計算，年化清費(fèi)用為36萬元。加熱器平均每天運(yùn)行15.2 h，日耗電380 kWh，年耗電13.8× 104kWh，消耗電費(fèi)8.7萬元，投資回收期為0.38 a。

4 結(jié)論

1）新型井口電加熱裝置整合了傳統(tǒng)電加熱器和電磁防蠟器，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能，提高了電能熱效率。

2）集成溫度控制板可實現(xiàn)0～100℃溫度自動控制，間斷式加熱方式相比傳統(tǒng)電加熱裝置節(jié)能效果更好。

3）適用于油品物性較差、含蠟量高、干線壓力較大需頻繁化清打干線的油井。

[1]戚元久，哈依熱提，韓國彤，等．油稠井井口加熱技術(shù)的應(yīng)用[J]．中國設(shè)備工程，2015（4）：60-61．

[2]隋承伯.稠油集輸工藝現(xiàn)場試驗[J].Oil-Gasfield Surface Engineering，2011，30（4）：40-41.

[3]王海濤．間歇電加熱技術(shù)現(xiàn)場試驗研究[J],油氣田地面工程，2010，29（8）:3-4．

（編輯 李發(fā)榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.011

1 井口電加熱器的構(gòu)成及其工作原理

圖1 油井井口加熱循環(huán)清蠟器結(jié)構(gòu)示意圖

1—配電箱；2—保溫層；3—?dú)んw；4—超導(dǎo)體；5—感應(yīng)線圈。

宋成清，工程師，2005年畢業(yè)于大慶石油大學(xué)（石油工程專業(yè)），從事采油工程新技術(shù)研究、機(jī)采節(jié)能管理等工作，E-mail：songchengqing@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠工程技術(shù)大隊，163517。

2016-06-24

系統(tǒng)組成為井口配電箱和加熱體兩部分（圖1）。配電箱部分由中央處理器、溫度信號采集器及供電電路組成，用于監(jiān)測井口出油溫度，控制加熱體的啟停；加熱體[1]部分由溫度傳感器、電感線圈、進(jìn)油口和出油口等組成，通過高頻磁場使加熱體內(nèi)部產(chǎn)生高溫，利用散熱器對原油進(jìn)行加熱，降低原油黏度。