華北油田冀中油區(qū)燃油替代技術(shù)應(yīng)用

李新彩 張光宇 王樹義 劉松群 邵艷波 李貞

（1.中國石油華北油田分公司工程技術(shù)部；2.中國石油大學(xué)（北京）；3.CPECC華北分公司；4.中國石油華北油田分公司第一采油廠）

0 引言

華北油田自1976年投入開發(fā)至今已40余年，在冀中油區(qū)建有大型聯(lián)合站23座，接轉(zhuǎn)站44座，拉油站29座。截至2017年6月底，油區(qū)內(nèi)有燃油加熱爐118臺，年燃油4.7×104t。隨著京津冀一體化的推進(jìn)，環(huán)保要求越來越高，大部分加熱爐煙氣尾氣排放不符合GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。為消除環(huán)境污染隱患，華北油田采取了多項(xiàng)舉措，從源頭治理，因地實(shí)施。進(jìn)行了低含水油輸送、末端集中處理和集油工藝調(diào)整技術(shù)研究應(yīng)用，降低系統(tǒng)的熱能需求，減少燃油加熱爐的使用；采用高溫采出水和清潔能源替代燃油加熱爐，滿足油田生產(chǎn)需求。主要措施有整合區(qū)域功能，調(diào)整集油方式，利用高溫采出液、采出水余熱、熱泵、CNG、LNG等作為熱源或燃料，完全替代燃油加熱爐和不達(dá)標(biāo)燃?xì)饧訜釥t。

1 技術(shù)改造

1.1 整合聯(lián)合站功能

冀中油區(qū)轄五個(gè)采油廠，共有聯(lián)合站23座。原采油廠均采用分散處理模式，聯(lián)合站原油采用兩段升溫脫水處理：一段熱化學(xué)脫水和二段熱化學(xué)或電化學(xué)脫水工藝。原油含水高，熱能消耗多。部分設(shè)備存在大馬拉小車等負(fù)荷不匹配情況，站內(nèi)處理系統(tǒng)整體能耗較高。改造前兩段脫水流程圖見圖1。

圖1 改造前兩段脫水處理工藝流程圖

為解決原油集輸及處理能耗高的問題，對冀中油區(qū)聯(lián)合站進(jìn)行優(yōu)化配置。原油處理工藝由兩段脫水處理改為一段脫水處理；變分散式原油處理為集中處理；低含水油輸送，末端聯(lián)合站集中處理成好油；聯(lián)合站降級為脫水站或放水站，冀中油區(qū)23座聯(lián)合站中有18座降級為放水站。改造后一段脫水流程圖見圖2。

圖2 改造后一段脫水流程圖

聯(lián)合站打破了廠級原油交接管理模式，由廠級輸送好油改為輸送低含水油，末端集中處理。提高了站場設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了原油輸送溫度，減少了站場數(shù)量和用熱需求，節(jié)約了原油處理能耗。通過區(qū)域功能整合、流程改造，站場負(fù)荷率由16%提高到80.2%。停運(yùn)電脫水器、機(jī)泵等設(shè)備321臺。年減少燃油15 110 t，減少碳排放46 841 t。

1.2 調(diào)整集油工藝

長期以來，冀中油區(qū)油井基本以三管伴熱為主，雙管、單管集油為輔的集油工藝。經(jīng)過多年集油工藝優(yōu)化，冀中油區(qū)開展了多項(xiàng)技術(shù)研究，變?nèi)転殡p管和單管集油。大部分地面集油系統(tǒng)通過簡、短、串工藝改造，改三管伴熱集油為常溫集油，最大限度降低了站內(nèi)熱負(fù)荷需求。具體措施為：

（1）單管常溫集油：通過高產(chǎn)出液井帶動(dòng)沿途低產(chǎn)出液井，以T型串接或支狀串接形式，實(shí)現(xiàn)了低產(chǎn)液井常溫集油。連接形式見圖3、圖4、圖5。

圖3 高帶低串聯(lián)示意圖

圖4 “T”形串聯(lián)示意圖

圖5 支狀串接聯(lián)示意圖

（2）單管措施集油：通過在井口通球、熱洗、加藥、電加熱或電伴熱等措施實(shí)現(xiàn)單井常溫集油或季節(jié)停伴熱集油方式，減少燃油消耗。

（3）摻水集油：采用端點(diǎn)摻水環(huán)狀集油方式或利舊三管伴熱管線實(shí)現(xiàn)單井摻水集油或間斷摻水集油，減少三管伴熱流程，降低熱能消耗。

（4）地面井筒一體化技術(shù)：應(yīng)用復(fù)合隔熱內(nèi)襯油管技術(shù)，有效利用地層熱能，將井口溫度提高10～30 ℃，再按照對井組遠(yuǎn)端井升溫串接低溫井的原則，從而保障整個(gè)區(qū)塊的常溫集油。

到2018年7月，冀中油區(qū)三管伴熱井由2017年底的845口降至204口，大大降低了熱能消耗，年節(jié)約燃油2 690 t，減少碳排放8 339 t。

2018年7月油井集油方式占比見表1。

表1 油井集油方式占比

1.3 充分利用潛山余熱資源

任丘西部油田和留北油田共有6口高溫產(chǎn)出液井，每天可提供余熱水量 2 710 m3。利用高溫產(chǎn)出液余熱熱源為站內(nèi)外生產(chǎn)生活提供熱能，提高高溫產(chǎn)出液資源的有效利用率，最大限度停用燃油加熱爐或降低加熱爐負(fù)荷。

高陽油田高17井、高19井、雁翎油田雁25井和南馬莊油田馬 23井高溫采出液為任丘西部油田（高陽油田、西柳油田）高29站、西柳2站、西柳10站和留北油田留一聯(lián)、路三站、路27站及路15站提供生產(chǎn)生活熱源。結(jié)合站內(nèi)外工藝系統(tǒng)優(yōu)化簡化，可停用燃油加熱爐9臺，年節(jié)約燃油6 287 t，減少碳排放19 490 t。

將雁翎油田雁25井105 ℃高溫產(chǎn)出液800 m3/d輸至同口油田，為同口油田生產(chǎn)供熱。年可節(jié)約燃油2 276 t，年減少碳排放量7 056 t。

南馬莊油田馬 23井高溫產(chǎn)出液液量最高可達(dá)300 m3/d，溫度高達(dá) 88℃。通過流程改造，由高溫產(chǎn)出液為站內(nèi)生產(chǎn)生活提供熱能，替代站內(nèi)加熱爐。年節(jié)約自用油1 000 t，年減少碳排放3 100 t。

1.4 利用清潔能源

1.4.1 以氣代油

借助華北油田華港燃?xì)夤驹诩街械貐^(qū)推廣氣化農(nóng)村工程建設(shè)的燃?xì)夤芫W(wǎng)，將燃?xì)夤艿澜尤敫浇恼緢?，為站?nèi)加熱爐提供清潔燃料；在遠(yuǎn)離燃?xì)夤芫W(wǎng)的站場附近建 LNG橇裝站，滿足站內(nèi)燃料需求。截至2018年6月，冀中油區(qū)深大站、榆一站、趙60站、趙61站、趙76站等22座站場將39臺燃油加熱爐改燒天然氣。年節(jié)約燃油10 463 t，減少碳排放10 685 t。

通過套管氣回收和原油集輸系統(tǒng)密閉處理，最大限度利用伴生氣替代燃油供熱。在井口安裝自主研發(fā)的防凍堵收氣裝置，現(xiàn)場應(yīng)用294口井，年增氣680×104m3。3座站場停運(yùn)7臺燃油加熱爐，年節(jié)約燃油6 634 t，減少碳排放6 774 t。同時(shí)為保證加熱爐排放合格，每臺燃?xì)饧訜釥t安裝煙氣除塵裝置或更換超低氮燃燒器，實(shí)現(xiàn)煙氣尾氣排放達(dá)標(biāo)。

1.4.2 熱泵技術(shù)應(yīng)用

積極推廣新技術(shù)，將熱泵技術(shù)應(yīng)用到油田生產(chǎn)中。王四聯(lián)和河一聯(lián)率先將豐富的回注采出水余熱資源加以利用。王四聯(lián)回注采出水2 911 m3/d，河一聯(lián)回注采出水1 683 m3/d，溫度45～50 ℃左右，利用熱泵技術(shù)將回注水熱量通過低沸點(diǎn)工質(zhì)吸收，轉(zhuǎn)換成高溫?zé)崮?，取代燃油加熱爐，為油田生產(chǎn)生活供熱。其中，王四聯(lián)安裝1臺1 525 kW水源吸收式熱泵機(jī)組，河一聯(lián)安裝1臺1 160 kW螺桿式熱泵機(jī)組，年節(jié)約燃油2 190 t，減少碳排放6 789 t。

在采出水較少的轉(zhuǎn)油站、拉油站安裝空氣源熱泵，將空氣熱能轉(zhuǎn)化成高溫?zé)崮?，滿足站內(nèi)伴熱需求。在晉40站、莊一站、趙36站和單井拉油站安裝了空氣源熱泵，根據(jù)站內(nèi)用熱需求確定空氣源熱泵熱負(fù)荷，滿足油罐維溫需求，取代燃油加熱爐，年節(jié)約燃油350 t，減少碳排放1 085 t。

2 應(yīng)用效果

通過一系列技術(shù)研究和應(yīng)用，截至2018年6月底，冀中油區(qū)118臺燃油爐全部停止運(yùn)行，徹底告別40多年的“燃油時(shí)代”。年節(jié)約燃油4.7×104t，減少二氧化碳排放11×104t。停用燃油爐、各類機(jī)泵設(shè)備 131臺，減少了 2 421×104元的年設(shè)備維修及更新費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保達(dá)標(biāo)，為京津冀大氣污染治理做出了貢獻(xiàn)。多項(xiàng)舉措實(shí)施效果見表2。

表2 燃油替代實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)束語

華北油田通過采取各種有效措施，完成了冀中油區(qū)燃油替代，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，杜絕了污染發(fā)生，凈化了空氣，取得了顯著效果。下一步將根據(jù)二連高寒地區(qū)油田生產(chǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，選擇性的推廣使用冀中油區(qū)燃油替代取得的經(jīng)驗(yàn)，完善二連油田的燃油替代工作。