油氣集輸工藝技術(shù)與節(jié)能降耗

孫雅倩,李 文,謝 藝,徐 晶,張 妮

（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 引言

石油和天然氣作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要組成部分，在我國(guó)迅速發(fā)展的過(guò)程中起到了不可替代的作用。因此，必須優(yōu)化油氣集輸工藝技術(shù)來(lái)滿足各方的需要，油氣集輸過(guò)程較為復(fù)雜，主要包括輕烴回收、原油穩(wěn)定和天然氣凈化，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能源消耗量大，必須開展節(jié)能降耗干預(yù)，不斷優(yōu)化油氣集輸工藝技術(shù)。

2 油氣集輸工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

油氣集輸是指將分散在油田各地的油井產(chǎn)品（石油、油田伴生氣和其他產(chǎn)品）收集、計(jì)量、處理和加工，使其成為合格的油田商品和天然氣，然后運(yùn)輸至煉油廠和天然氣用戶的整個(gè)過(guò)程，具體工藝流程如圖1所示。油氣集輸主要包括油氣分離、油氣計(jì)量、原油脫水、天然氣凈化、原油穩(wěn)定、輕烴回收等過(guò)程。簡(jiǎn)而言之，其主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)油氣的加工、輸送等過(guò)程，在最大程度上獲取經(jīng)濟(jì)效益[1]。隨著我國(guó)油氣技術(shù)水平的不斷提高，油氣集輸問題越來(lái)越被國(guó)家重視，從某種意義上說(shuō)，國(guó)家的整體發(fā)展依托于其油田開發(fā)建設(shè)的管理水平。

圖1 原油集輸工藝流程

目前國(guó)內(nèi)外油氣集輸方面的工藝技術(shù)主要有3種，分別是油氣混輸技術(shù)、原油脫水技術(shù)及原油集輸工藝。

2.1 油氣混輸技術(shù)

我國(guó)長(zhǎng)距離油氣混輸技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入新的階段，油田油氣增壓混輸工程實(shí)現(xiàn)安全可靠。自2004年以來(lái)，墨西哥灣大型油田的發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著油氣混輸技術(shù)陸續(xù)在海內(nèi)外油氣田開發(fā)，多相計(jì)量裝置的開發(fā)與油氣混輸?shù)确矫嫒〉昧艘欢ǖ某晒Γ⒃诠_克斯坦取得較大進(jìn)展。

油氣混輸技術(shù)是指將原油產(chǎn)出物在進(jìn)行混合增壓后直接輸送至聯(lián)合站的技術(shù)，該技術(shù)主要研究油氣混輸管路、油氣混輸泵和附加設(shè)備，是近年來(lái)的熱門技術(shù)；與傳統(tǒng)的采油工藝相比較,油氣混輸技術(shù)可以減少在油氣分類設(shè)備及輸送管線上的巨大投資和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的工作量，在人力、物力上都比傳統(tǒng)采油工藝的益處要多。

2.2 原油脫水技術(shù)

原油脫水是對(duì)原油進(jìn)行綜合凈化的過(guò)程。在原油干燥過(guò)程中，工藝流程往往比較復(fù)雜，處理效率較高。在其他國(guó)家，原油在干燥前就進(jìn)行再加工，但由于技術(shù)不夠成熟，實(shí)際處理效果并不理想。

原油脫水通常是指采用物理或化學(xué)方法除去原油中的游離水或乳化水，使含水率達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。原油干燥常用的方法有3種，分別是沉降脫水、電脫水、化學(xué)破乳脫水等。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)通過(guò)對(duì)原油性質(zhì)和乳化程度等因素的對(duì)比來(lái)確定最經(jīng)濟(jì)的方法。

破乳劑是一種能使乳化狀的液體結(jié)構(gòu)破壞，以便將乳化液中各相分離開來(lái)的表面活性物質(zhì)。原油破乳是指利用破乳劑的化學(xué)作用將乳化狀的油水混合液中的油和水分離使之達(dá)到原油脫水的目的。目前常用的破乳劑有SP型破乳劑、AP型破乳劑、AE型破乳劑、AR型破乳劑等[2]。

2.3 原油集輸工藝

隨著油氣開采和輸送工藝的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)的油田開發(fā)工程日益增多，這對(duì)我國(guó)的原油集輸工藝提出了更高的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同的外部條件選擇不同的收集和運(yùn)輸方式。

原油集輸系統(tǒng)站場(chǎng)包括采油中場(chǎng)、分井計(jì)量站、接轉(zhuǎn)站和集中處理站等。這里重點(diǎn)介紹接轉(zhuǎn)站和集中處理站。

接轉(zhuǎn)站是集輸系統(tǒng)的關(guān)鍵中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，其主要任務(wù)是接收單井或計(jì)量站來(lái)油（液）、氣混合物，脫除游離水、脫除機(jī)械渣滓、分離提純油氣及原油穩(wěn)定等處理。還向計(jì)量站提供摻水、保溫等用的熱水，加防垢劑、破乳劑等。為了加以區(qū)分，各種類型的接轉(zhuǎn)站，常常也可按其業(yè)務(wù)范圍的大小分為接轉(zhuǎn)站、轉(zhuǎn)油站和聯(lián)合轉(zhuǎn)油站等[3]。其要求為：

（1）保證核心工藝任務(wù)，在最大程度上降低油氣損耗，采用國(guó)內(nèi)國(guó)外循環(huán)的先進(jìn)工藝技術(shù)，提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約能源。

（2）滿足生產(chǎn)需要，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，重視安全問題，操作管理方便，利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，便于進(jìn)行事故處理和測(cè)量資料數(shù)據(jù)等。

（3）主要流程和輔助流程應(yīng)進(jìn)行合理安排，設(shè)備與管道應(yīng)進(jìn)行合理布置，有利于工程安裝，還要結(jié)合遠(yuǎn)近期考慮。

集中處理站也稱為聯(lián)合站，是油田對(duì)原油、伴生天然氣和采出水進(jìn)行集中處理的步驟。主要包括有分離提純油氣、計(jì)量、原油脫水、原油穩(wěn)定、天然氣增壓、污水處理站等工藝流程及設(shè)施。其功能是：接收油井、分井計(jì)量站或接轉(zhuǎn)站輸送來(lái)的油氣；對(duì)油和氣進(jìn)行分離、凈化；進(jìn)行原油穩(wěn)定，回收油田氣體中的凝析油等；將符合標(biāo)準(zhǔn)的原油、油田氣、輕烴，經(jīng)計(jì)量后分別運(yùn)送至礦場(chǎng)原油庫(kù)和用戶；含油污水送達(dá)至污水處理裝置，使得整個(gè)油氣集輸過(guò)程高效。

我國(guó)油田分布廣闊，各油田所處環(huán)境（自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境等）相異，導(dǎo)致原油物性、油氣組分等都存在較大差別，在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況應(yīng)用不同的集輸方案。

2.4 油氣集輸工藝流程設(shè)計(jì)基本原則

一個(gè)合理的集輸流程必須立足于油田的具體情況，如油氣水的性質(zhì)、開發(fā)方案、采油工程方案、自然環(huán)境等，油氣集輸工藝流程設(shè)計(jì)基本原則如下：

（1）有利于油田持續(xù)安全生產(chǎn)。

（2）降低油氣集輸工藝過(guò)程的油氣損耗。

（3）最大程度上降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。

（4）積極采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，加快油氣集輸工藝技術(shù)的新發(fā)展，力爭(zhēng)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 油氣集輸工藝技術(shù)節(jié)能降耗中的問題

從整個(gè)油氣集輸系統(tǒng)來(lái)看，油氣集輸實(shí)現(xiàn)了油、氣、水三相的分離，對(duì)原油脫水以及含油污水的處理等，整個(gè)過(guò)程的原料為原油混合物。經(jīng)過(guò)分離處理后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油氣的分離、計(jì)量以及污水凈化等過(guò)程，將油、氣、水混合物轉(zhuǎn)化為油田商品。然而，實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程需要使用大量的設(shè)備、工藝技術(shù)，消耗大量的能量。因此，油田集輸過(guò)程也是能量消耗最大的環(huán)節(jié)[4]。

在油氣生產(chǎn)過(guò)程中，大部分資源具有揮發(fā)性，進(jìn)而導(dǎo)致油氣的損失越來(lái)越嚴(yán)重，為了解決這一問題，需要改善和優(yōu)化閉式運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)，以減少能量損失。此外，測(cè)量混亂現(xiàn)象的存在對(duì)各班組測(cè)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成了一定的影響。此外，許多采油廠無(wú)法單獨(dú)測(cè)量各采油廠的產(chǎn)水情況，因此，在油氣集輸過(guò)程中必須解決這一問題。

在油氣集輸過(guò)程中，存在著能耗問題，這是制約我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要因素，油和水的性質(zhì)也發(fā)生了很大的變化。原油的集輸和油水的動(dòng)態(tài)變化是不協(xié)調(diào)的，其適應(yīng)性也較差。隨著油田開采進(jìn)入高含水期和特高含水期，對(duì)油藏的影響和穩(wěn)定生產(chǎn)的難度也愈發(fā)增大。同時(shí)，現(xiàn)有的油氣集輸設(shè)備還在系統(tǒng)效率和能耗方面存在著很多問題。具體分析如下：

（1）油水分離、分離時(shí)間和游離水溫度的改變，使現(xiàn)有的原油脫水工藝不再適用，不能滿足油田節(jié)能降耗的要求；在集輸過(guò)程中節(jié)能的關(guān)鍵是降低集油階段的熱量消耗。

（2）三元復(fù)合驅(qū)和其他三次生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性對(duì)現(xiàn)有的地面油氣集輸和輸送技術(shù)提出了新的要求。三次采油工程量大、工藝復(fù)雜、成本高，要做的是配注聚合物和生產(chǎn)液體處理工藝。

（3）油氣田生產(chǎn)開發(fā)效益逐步降低，投資和降低成本壓力較大。有效利用現(xiàn)有設(shè)施和能力，研究地面油氣集輸工藝技術(shù)體系，優(yōu)化規(guī)劃建設(shè)，簡(jiǎn)化現(xiàn)有工藝類型，降低建設(shè)和運(yùn)行成本，在當(dāng)前油田油氣采運(yùn)技術(shù)改造中，已成為一個(gè)更加迫切和現(xiàn)實(shí)的問題。

（4）采油生產(chǎn)過(guò)程中可以使用機(jī)器設(shè)備。由于對(duì)機(jī)器的管理不善，一些設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致了電能利用率低，消耗了更多的電能，沒有達(dá)到有效提高設(shè)備的效果。同時(shí)，機(jī)器設(shè)備在轉(zhuǎn)換過(guò)程中損失較大，也浪費(fèi)許多電能。由于我國(guó)自主創(chuàng)新能力不足導(dǎo)致提取油機(jī)設(shè)備在節(jié)能設(shè)計(jì)不完善時(shí)會(huì)消耗大量的電能。

在油氣集輸技術(shù)應(yīng)用中，由于其產(chǎn)生的油氣含水率高，需要提高油氣集輸效率以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在這些技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)也出現(xiàn)了油水處理工藝能耗高、計(jì)算混亂等問題。同時(shí)，我國(guó)油氣集輸系統(tǒng)中的許多設(shè)備也存在較大的問題，對(duì)其進(jìn)行改善可以盡快實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)[5]。

4 節(jié)能降耗途徑

4.1 樹立正確的節(jié)能意識(shí)

為了達(dá)到油氣開采和運(yùn)輸?shù)墓?jié)能效果，在油氣開采和運(yùn)輸過(guò)程中，必須嚴(yán)格實(shí)施節(jié)能措施，油氣資源屬于不可再生資源，過(guò)度利用會(huì)導(dǎo)致能源嚴(yán)重短缺。要優(yōu)化和創(chuàng)新油氣集輸技術(shù)，樹立可持續(xù)發(fā)展的綠色生態(tài)理念，積極應(yīng)用集輸技術(shù)體系。為了有效降低油氣集輸技術(shù)中的節(jié)能降耗，在樹立正確的節(jié)能意識(shí)時(shí)，要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，給他們打好基礎(chǔ)。只有這樣，才能有更高的危機(jī)意識(shí)，盡最大努力節(jié)約能源，降低能耗。

4.2 加大對(duì)油水泵變頻技術(shù)的使用力度

在開采石油的過(guò)程中，其含水量隨著時(shí)間的增加而增加。這樣一來(lái)，原油泵的數(shù)量會(huì)增加，缺點(diǎn)是會(huì)加劇能源消耗。因此，使用油泵變頻技術(shù)，能夠提高泵裝置的運(yùn)行效率，大大減少能源消耗。在實(shí)際生產(chǎn)中，使用油泵變頻技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，促進(jìn)了系統(tǒng)的自動(dòng)控制，選擇合適的泵模型，使泵可以達(dá)到高效、節(jié)能和降耗的目的。

4.3 加強(qiáng)輸送過(guò)程的管理

在油氣資源的運(yùn)輸過(guò)程中，要加強(qiáng)運(yùn)輸過(guò)程中的管理，預(yù)防可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，降低發(fā)生危險(xiǎn)的可能性，而且在運(yùn)輸過(guò)程中，如果油類密封，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，溫度也會(huì)升高，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，要對(duì)輸油管道進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免發(fā)生耗能問題，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)。這樣可以有效地防止油氣資源的泄漏，減少油品的浪費(fèi)和油品泄露對(duì)環(huán)境的污染。

4.4 充分利用地?zé)豳Y源

充分利用地?zé)豳Y源，通過(guò)余熱發(fā)電。為了有效提高集水系統(tǒng)的節(jié)能效果，需要注意所有細(xì)節(jié)，許多油田位于地?zé)豳Y源比較豐富的地區(qū)，有效利用這些地?zé)豳Y源可以獲得較好的節(jié)能效果，例如利用這種地?zé)峒訜嵊停瑴p少油加熱過(guò)程中的電能消耗。此外，如果油田有條件，為了讓地?zé)崮艿玫礁玫睦?，可以選擇在當(dāng)?shù)亟⒌責(zé)岚l(fā)電站，這樣既可以利用能量，在一定程度上也為當(dāng)?shù)靥峁┝税l(fā)電來(lái)源。再者，電能用戶可以節(jié)省對(duì)電能的消耗，達(dá)到更好的節(jié)能效果。

4.5 充分利用現(xiàn)代信息新技術(shù)

充分利用現(xiàn)代信息新技術(shù)，降低油氣集輸工藝過(guò)程中的能耗是十分有必要的。在油氣集輸過(guò)程中，利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油田集輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和分析的自動(dòng)化，這樣就可以為油田集輸工藝技術(shù)人員的決策提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。不斷地完善油氣水計(jì)量系統(tǒng)，在現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，各個(gè)集輸環(huán)節(jié)的監(jiān)控技術(shù)也要能夠?qū)崿F(xiàn)不斷地完善，有效地提升油田集輸?shù)男?，加快油氣集輸?shù)倪M(jìn)一步發(fā)展[6]。

4.6 優(yōu)化流程節(jié)省藥劑

使用破乳劑進(jìn)行原油脫水，需要根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境、原油性質(zhì)選擇適合的破乳劑，合理控制藥品的濃度與加藥時(shí)機(jī)，比如可以采用斷點(diǎn)加藥的方式來(lái)降低生產(chǎn)成本。隨著現(xiàn)代科技水平的提高，破乳劑類型也比較多，破乳劑的選擇也是一個(gè)重要的因素。另外，采用低溫破乳劑進(jìn)行脫水處理也能達(dá)到非常好的脫水效果。

5 總結(jié)

綜上所述，油氣集輸技術(shù)是油氣田生產(chǎn)的重要組成部分，也是油氣田生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，這使得油氣田的能源消耗相對(duì)較高。因此，在應(yīng)用的過(guò)程中，必須要牢記節(jié)能降耗，國(guó)家之所以要求石油企業(yè)加強(qiáng)對(duì)節(jié)能降耗的重視，就是因?yàn)槭褪且环N不可再生資源。只有不斷創(chuàng)新，積極地使用信息技術(shù)，才能不斷提高開采效率，節(jié)約能源，減少消耗，為企業(yè)帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益，為人民謀取更多福利。