采油廠地面工程節(jié)能降耗研究實踐

蔡悅（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

1 能耗概況

第四采油廠建成原油脫水站7 座，轉(zhuǎn)油（放水）站51 座，放水站2 座，計量間446 座，天然氣自壓集氣站9座，含油污水處理站27座，注水站17 座，注入站38 座，配水間82 座，變電所22 座，建成各類埋地管道8 812.10 km，電力線路1 875.57 km。

1.1 總能耗

在產(chǎn)能規(guī)摸不斷擴大、非節(jié)能設(shè)備所占比例較高的情況下，總能耗得到了有效控制。截止2018 年底，總能耗 30.346 4×104t （標(biāo)煤），總用電 113 995×104kWh，總耗氣 6 605×104m3，與2017 年對比增幅-1.81%、-3.94%、-0.06%。第四采油廠總能耗逐年下降，其中總耗氣量下降幅度較大是總能耗下降的主要原因[1]。

1.2 單位能耗

在新增產(chǎn)能井?dāng)?shù)較多，而產(chǎn)油量逐年下降的情況下，產(chǎn)液量基本穩(wěn)定，導(dǎo)致了單耗逐年上升。截止 2018 年 底 ， 原 油 （氣） 生 產(chǎn) 綜 合 能 耗75.5 kg/t（標(biāo)煤）、原油（氣） 液量生產(chǎn)綜合能耗6.12 kg/t （標(biāo)煤）、原油 （氣） 生產(chǎn)綜合電耗283.63 kWh/t、原油（氣） 液量生產(chǎn)綜合電耗22.98 kWh/t、 噸 油 耗 氣 16.43 m3/t、 噸 液 耗 氣1.33 m3/t、注水用電單耗5.97 kWh/m3、噸液舉升單耗 10.52 kWh/t， 與 2017 年 對 比 增 幅 -1.55% 、-0.16%、-3.68%、+1.1%、+0.18%、+1.53%、-0.33%、+29.88%。

1.3 生產(chǎn)能耗情況

2018 年油田生產(chǎn)耗電中，采油、注水耗電分別占總耗電的三分之一，2018 各生產(chǎn)環(huán)節(jié)耗電所占比例情況[2]見表1。

表1 2018 年各生產(chǎn)環(huán)節(jié)耗電所占比例情況

隨著開發(fā)規(guī)模增大，油田地面建設(shè)規(guī)模隨之增大，井站及管道數(shù)量增多，系統(tǒng)能耗不斷增大。在地面系統(tǒng)工藝上，大慶油田的主要地面處理工藝仍然采用三級布站工藝，而且由于三次采油工藝的需要，地面系統(tǒng)配套建設(shè)了聚合物配注站、污水處理站、注入站，增加了相應(yīng)的耗能環(huán)節(jié)，第四采油廠注水系統(tǒng)注水量季節(jié)性變化較大，泵出口與井口水量輸差最大為20.28%，差值4.37×104m3/d，按照平均泵水單耗5.6 kWh/m3計算， 日多耗電24.47×104kWh。

2 能耗分析

2.1 集油工藝

第四采油廠單井集油工藝主體采用雙管集輸流程，2008 年以來陸續(xù)采用了掛接流程、環(huán)狀流程及單管冷輸流程，總油井6 817 口，其中掛接流程498 口，環(huán)狀流程260 口，單管冷輸581 口，簡化流程占總井?dāng)?shù)的19.6 %。雖然第四采油廠水驅(qū)區(qū)塊已經(jīng)實施低常溫集輸，隨著三次采油工業(yè)化的不斷推廣，截止2016 年第四采油廠聚驅(qū)油井1 525 口，三元油井394 口，三次采油井共1 919 口，占總井?dāng)?shù)的28.2%，這部分井因采出液含劑黏度高，需要全年摻熱水，造成單井集油工藝系統(tǒng)能耗相對較高[3]。

2.2 摻水工藝

第四采油廠摻水出站設(shè)計溫度為70 ℃，摻水出站壓力為2.0 MPa（表壓），在管理中實施常溫集輸，冬季出站溫度約為55～70 ℃，夏季水驅(qū)為常溫，三次采油井全年摻熱水，大部分單井摻水期為全年摻水，只有少量井能夠?qū)嵭邢募就?。與采油三廠對比，單井產(chǎn)液量只有三廠的59.2%，單井出油溫度平均28.5 ℃，按照采油四廠油田管理部管理規(guī)定單井回油溫度控制在32～38℃，平均單井摻水量比三廠高，來保證正常生產(chǎn)集輸。

2.3 洗井工藝

第四采油廠熱洗工藝參數(shù)為熱洗水出站溫度：75 ℃以上，熱洗水出站壓力：1.8 MPa（表壓），單井熱洗強度：15 或20 m3/h。此部分能耗（包括電力、天然氣等）在采油四廠油氣集輸能耗中也占有一定的比例。

2.4 加熱爐

對2016 年、2017 年現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，通過提高加熱爐負(fù)荷率，降低加熱爐排煙溫度可以有效地提高加熱爐的爐效，第四采油廠加熱爐節(jié)能監(jiān)測評價結(jié)果匯總見表2。

3 改進措施

3.1 節(jié)氣方面

1）加大加熱爐配套技術(shù)應(yīng)用。與普通燃燒器相比，全自動燃燒器能夠根據(jù)空燃比自動調(diào)整合風(fēng)，使天然氣充分燃燒，過剩空氣系數(shù)相對較低，針對轉(zhuǎn)油站加熱爐燃燒器自動化程度偏低的問題，第四采油廠2019 年安全隱患項目規(guī)劃更換50 套全自動燃燒器，年可節(jié)氣108.1×104m3。

2） 回壓異常井井口安裝電加熱裝置。目前，制約低常溫集輸進一步挖潛的主要問題是回壓異常井問題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，異常井主要存在管道運行年限長、結(jié)垢嚴(yán)重、集油半徑長、拐點多、保溫差等問題。這部分井定期沖洗干線，需要消耗一定量的天然氣，從回壓異常井的數(shù)量來看，頻繁出現(xiàn)回壓異常的井?dāng)?shù)占全部井?dāng)?shù)的比例并不大，若對這些井井口安裝電加熱裝置，能夠有效提高回壓異常井回油溫度。

2019 年計劃安裝井口高效電加熱裝置15 套，根據(jù)單井產(chǎn)液量選擇電加熱功率，預(yù)計能夠提高回油溫度5～8℃，從而解決低常溫集輸期間回壓異常井問題，預(yù)計年可節(jié)氣86.3×104m3，能創(chuàng)經(jīng)濟效益 28 萬 元[4]。

3）實施高產(chǎn)井雙管出油流程改造。目前第四采油廠有產(chǎn)液大于80 t/d、含水85%以上的油井194 口，其中電泵井45 口，電泵井因其產(chǎn)液量較高，出油溫度在39～43 ℃，目前電泵井清蠟方式仍為機械刮蠟，只有在冬季欠載停機時需要摻水循環(huán)保管線，其它時間可實施停摻集輸?！皟筛呔背鲇蜏囟容^高，采出液流動性好，已滿足冬季停摻集輸條件，為了防止摻水管道凍堵仍需正常摻水，增加了天然氣消耗。因此可將電泵井集油流程先改造成雙管出油流程，如果運行狀況穩(wěn)定后，可將其它“兩高井”也改為雙管出油流程。正常生產(chǎn)時雙管出油，停機時，倒回原流程進行摻水循環(huán)保管線。2018—2019 年規(guī)劃安排高產(chǎn)井雙管出油改造90 口，預(yù)計年可節(jié)氣17.3×104m3。

3.2 節(jié)電方面

1）6 kV 電力線路無功補償技術(shù)。截止2015 年底，第四采油廠6 kV 電力線路功率因數(shù)在0.9 以上的線路約100 條，功率因數(shù)在0.7 以下的線路約12 條，仍有92 條線路不符合規(guī)范要求。通過6 kV電力線路無功補償措施， 預(yù)計年可節(jié)電348.42×104kWh[5]。

2） 高耗能變壓器更換工程。截至2015 年底，第四采油廠S7 系列變壓器還有1 553 臺。該系列變壓器在2006 年發(fā)布的第16 批淘汰機電產(chǎn)品名錄中已被列為淘汰產(chǎn)品。這些變壓器普遍存在運行年限長，能耗高等問題。變壓器損耗主要集中在鐵損和銅損上，其損耗以熱量的形式散發(fā)掉，其表現(xiàn)為空載損耗和負(fù)載損耗。2018—2019 年累計規(guī)劃更換1 312 臺，可節(jié)電 310×104kWh。

表2 第四采油廠加熱爐節(jié)能監(jiān)測評價結(jié)果匯總

表3 第四采油廠地面工程技術(shù)改造節(jié)能效果統(tǒng)計

3）更換老化的低效高耗注水泵。第四采油廠共有注水泵59 臺，其中杏十九注水站2 臺老化低效注水泵使用年限超過28 年，單耗過高，需要更新。按照D300 型注水泵平均泵水單耗5.63 kWh/m3計算，該泵更新后可降低泵水單耗1.12 kWh/m3，年可節(jié)電98.11×104kWh。

4）注水泵永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用。針對三采注水站注水泵按照最大注水量設(shè)計無法連續(xù)高效運行的實際，規(guī)劃對新投產(chǎn)的杏十二注水站7#注水泵開展永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用研究。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，該站機泵前后空間較大，可以滿足機泵中間增加永磁調(diào)速裝置的需求， 預(yù)計改造后可實現(xiàn)年節(jié)電76.65×104kWh。

5）應(yīng)用永磁直驅(qū)技術(shù)。永磁直驅(qū)技術(shù)原理是應(yīng)用永磁電動機及特制變頻器控制，永磁電動機用于釹鐵硼材料制作，剩磁能力強，與普通感應(yīng)電動機相比，不需要無功勵磁電流，減少了定子電流和定子電阻損耗，在穩(wěn)定運行時沒有轉(zhuǎn)子銅損，進而可以減小風(fēng)扇甚至去掉風(fēng)扇，減少耗電。永磁電動機輕載效率高，在25%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可高效運行，而普通感應(yīng)電動機輕載時效率較低。永磁電動機轉(zhuǎn)速可以調(diào)到很低，即使在20 r/min 時輸出轉(zhuǎn)矩仍然恒定，而普通電動機調(diào)速一般不允許調(diào)到25 Hz 以下，因為轉(zhuǎn)速過低不僅效率大幅下降，而且輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o法保證恒定。該技術(shù)目前已經(jīng)在采油六廠應(yīng)用， 比變頻技術(shù)節(jié)電率高15% ～20%。計劃在杏六區(qū)中部聚驅(qū)的4-2 注入站應(yīng)用5 套，預(yù)計年可節(jié)電28×104kWh。

4 取得效果

2018—2019 年采油四廠實施地面工程節(jié)能技術(shù)改造累計17 項，包括加熱爐提效、集輸設(shè)備更新、注水泵應(yīng)用節(jié)能技術(shù)、電力系統(tǒng)節(jié)能改造等，共實施累計7 475 臺次，節(jié)氣156.6×104m3，節(jié)電860.76×104kWh，累計經(jīng)濟效益453.24 萬元[6]，第四采油廠地面工程技術(shù)改造節(jié)能效果統(tǒng)計見表3。

5 結(jié)論

1）做好能耗分析。通過能耗數(shù)據(jù)分析，對比分析主要生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)參數(shù)等，找出各項指標(biāo)之間的差距原因；制定改進措施，有針對性的制定改進措施。投資回收期盡可能短。

2）節(jié)氣方面。加大加熱爐配套技術(shù)應(yīng)用，更換50 套全自動燃燒器?；貕寒惓＞诎惭b電加熱裝置15井次。實施高產(chǎn)井雙管出油流程改造90口。

3） 節(jié)電方面。安裝6 kV 電力線路無功補償，電力線路功率因素有望達到0.9 以上，高耗能變壓器更換1 312 臺次，更換老化的低效高耗注水泵，注水泵永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)用永磁直驅(qū)技術(shù)等。