許佳偉

（克拉瑪依紅山油田有限責任公司，新疆克拉瑪依 834000）

新時期國家安全以確保經(jīng)濟持續(xù)增長為核心，石油這一戰(zhàn)略物資在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。中國是一個石油大國，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，但也面臨著豐富的油氣資源匱乏問題。近年來，隨著國內(nèi)油價持續(xù)攀升以及對外依存度不斷上升，已成為影響社會穩(wěn)定、制約國民經(jīng)濟增長的重要因素之一。在未來相當長一段時期內(nèi)仍將如此。以國土面積為基準累計探明可采儲藏量，剩余可采儲藏量及產(chǎn)量在我國都明顯低于世界平均值，每年新探明可采儲藏無法補償同期產(chǎn)量。

1 油氣集輸系統(tǒng)能耗的現(xiàn)狀及意義

受油田老化及其他原因影響我國石油產(chǎn)量仍呈逐年遞減態(tài)勢。2018年全國共有油田746個，其中大部分油田已進入開發(fā)后期階段，如克拉瑪依、塔里木等大型油氣田，其剩余儲量豐富，但部分油田存在著儲藏量少、低品位高、工藝要求高等問題；這些油田的儲量占全國總儲量的比重很小，且大部分為可采儲藏量少的優(yōu)質(zhì)資源（如低滲、特低滲油和稠油），其中有超過3 500萬t儲量屬于深層油。其中，低產(chǎn)低效井占到了70%左右，大部分油井處于高含水階段，原油采收率普遍低于60%，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)產(chǎn)液遞減現(xiàn)象。這些都嚴重制約著我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，對石油資源的需求也越來越大?，F(xiàn)階段我國對油氣進口高速增長的反應(yīng)力量與機制還不夠完善，所以優(yōu)化我國能源消費結(jié)構(gòu)，節(jié)能與節(jié)油仍是現(xiàn)階段的首要對策。

2 油氣集輸工藝

2.1 雙管摻稀油集輸工藝

新疆采油廠稠油中摻稀油利用了2種原油黏度相差大，但互溶性良好的特性，以一定的比例相互溶解，賦予了它們?nèi)碌酿ざ燃拔镄?，實現(xiàn)稠油降黏。稠油摻稀油能有效地降低稠油的黏度，滿足其降黏需求；由于摻稀油本身存在較高的凝點和密度，因此需要進行加溫處理后才能使用，這樣既增加了生產(chǎn)成本，又影響生產(chǎn)效益。它是在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)油站或聯(lián)合站上增加一個摻稀油系統(tǒng)來完成稀油的計量、輸送及升壓等作業(yè)。它的摻液比（稠油∶稀油）通常在1∶（0.3~0.7）之間，與摻活性水比較，液量可降低一半多，極大降低了集輸過程各道工序負荷，還可相應(yīng)降低用能設(shè)備及動力消耗。

2.2 單管加熱集油工藝

油井來液在井口加熱爐內(nèi)升溫后輸送到計量站或者轉(zhuǎn)油站。這種工藝集油流速通常小于0.5m/s，適合黏度不超過3 000mPa/s，單井產(chǎn)液量不少于30t/d，井口出油溫度超過40℃的稠油集輸。與常規(guī)原油脫水處理相比，具有設(shè)備緊湊、占地面積小、運行費用低、操作彈性大等優(yōu)點，能有效地降低能耗，提高經(jīng)濟效益，工藝簡單，易于管理，投資小。如圖1所示。

圖1 單管加熱集油工藝流量

3 集輸系統(tǒng)能耗評價方法

3.1 能量系統(tǒng)平衡方法

以熱力學第一定律為基礎(chǔ)所建構(gòu)的傳統(tǒng)能耗評價體系只是對原油集輸中能之“量”的變換、轉(zhuǎn)移、使用與損耗的簡單描述，并未對原油集輸中“質(zhì)之變化”做出綜合反應(yīng)，傳統(tǒng)能耗評價體系在越來越多的用能實際中已顯露出其無法回避的局限。以熱力學第1，2定律為基礎(chǔ)所建立的原油質(zhì)能衰退評價體系正好彌補傳統(tǒng)分析體系的缺陷，將能之量與質(zhì)有機融合，能更加深入地揭示出原油質(zhì)能衰退這一實質(zhì)。

為此，本文以原油集輸系統(tǒng)為研究對象，以原油集輸過程中存在的問題為研究對象，基于原油集輸系統(tǒng)能耗傳遞相關(guān)理論與方法，并結(jié)合原油集輸系統(tǒng)常規(guī)能耗評價體系，構(gòu)建出一套較為科學與完善的原油集輸系統(tǒng)耗能測試方法，不僅對原油集輸系統(tǒng)傳統(tǒng)耗能評價指標體系進行有益補充與拓展，而且對集輸系統(tǒng)的后續(xù)節(jié)能挖潛工作也具有一定的理論支撐。

3.2 ?平衡模型

?是指當能量、物質(zhì)系統(tǒng)僅有環(huán)境作用時，通過可逆過程使其達到與其周圍的環(huán)境狀態(tài)相平衡時，所能發(fā)揮的最大可用功。進出系統(tǒng)是評價能量利用狀況的重要指標之一。它既可以從熱力學角度進行定性研究，也可以運用數(shù)學物理方法定量計算。其主要特點有：①定性分析；②定量分析；③綜合評價。目前國內(nèi)外對該問題已有不少論述。高達分析法清楚地顯示出不同能量存在著質(zhì)上的差異，在進行分析時既反映了能的數(shù)量又反映了質(zhì)的功能。

根據(jù)質(zhì)能蛻變原理，我們知道能在轉(zhuǎn)移或變換過程中質(zhì)能逐漸下降，從而推斷出定量能在轉(zhuǎn)移或者變換過程中量雖沒有變化，但是它的質(zhì)能卻逐漸下降，這說明質(zhì)能并沒有守恒，而沒有守恒是因為部分質(zhì)能在轉(zhuǎn)移與變換過程中向更高層次發(fā)生了轉(zhuǎn)變，而這一轉(zhuǎn)變，對于系統(tǒng)內(nèi)而言就是質(zhì)能耗散，也就是系統(tǒng)外的質(zhì)能損耗。

4 準東采油廠集輸系統(tǒng)能耗測算與節(jié)能分析

結(jié)合準東采油廠采油井作業(yè)一區(qū)集輸系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)以及耗能設(shè)備冬季與夏季生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)：評估了集輸系統(tǒng)加熱爐與機泵耗能試驗結(jié)果，分析了設(shè)備評估不達標的原因，針對具體情況提出了相應(yīng)的改造意見，根據(jù)各個集輸站現(xiàn)場的效率與單耗計算結(jié)果對站內(nèi)用能狀況進行了分析，針對各個站內(nèi)耗能設(shè)備的改造狀況，預(yù)測出了站內(nèi)節(jié)能潛力，計算了不同型式集輸管線耗能狀況，分析了能損率分布，著重研究了能損率較大的集輸管線在冬季與夏季運行工況下的最佳調(diào)整方案。

4.1 加熱爐能耗測算與節(jié)能分析

為全面、準確地分析新疆采油廠采油井一區(qū)集輸系統(tǒng)加熱爐運行狀況，本研究分冬夏兩季對所操作加熱爐進行綜合試驗評估。結(jié)果表明：各加熱爐在正常工況下處于良好狀態(tài)，但也存在一些問題和隱患，根據(jù)現(xiàn)場實際提出了針對性措施。經(jīng)一年多時間運行效果表明：各項指標均達到設(shè)計要求，包括夏季試驗加熱爐59座（聯(lián)合站4座，轉(zhuǎn)油站20座，井口加熱爐35座）和冬季試驗加熱爐73座（聯(lián)合站7座，轉(zhuǎn)油站29座，井口加熱爐37座）。

4.2 加熱爐能耗測試計算結(jié)果

通過對作業(yè)一區(qū)集輸系統(tǒng)的加熱爐運行 132 個臺次（夏、冬季）的測試，得出以下結(jié)果。

4.2.1 加熱爐整體測試結(jié)果

夏季運行：加熱爐的平均操作效率為77.1%，平均負荷率為23.1%，過剩空氣系數(shù)為3.27，排煙溫度為153.91℃。春季運行：加熱爐平均運行狀況良好；加熱爐平均燃燒效率58.89%，平均過剩空氣指數(shù)。冬季運行：平均操作效率為77.1%，平均負荷率為37.1%，過?？諝庀禂?shù)為2.75，排煙溫度為198.4℃。

4.2.2 高一聯(lián)加熱爐測試結(jié)果

夏季運行：加熱爐運行效率均值為78.0%，負荷率均值為24.0%，過?？諝庀禂?shù)均值為3.31，排煙溫度均值為129.1℃。冬季運行：加熱爐運行效率均值為81.08%，負荷率均值為37.07%，過?？諝庀禂?shù)均值為2.06，排煙溫度均值為192.2℃。

4.2.3 轉(zhuǎn)油站（計轉(zhuǎn)站）加熱爐測試結(jié)果

夏季運行：加熱爐的平均操作效率為77.7%，平均負荷率為29.9%，過?？諝庀禂?shù)為2.50，排煙溫度為167.8℃。春季運行：加熱爐平均負荷率35.71%，平均排煙溫度176.7℃。冬季運行：加熱爐的平均操作效率為77.1%，平均負荷率為44.1%，過?？諝庀禂?shù)為2.47，排煙溫度為185.6℃。

4.2.4 井口加熱爐測試結(jié)果

夏季運行：加熱爐的平均操作效率為68.0%，平均負荷率為8.0%，過?？諝庀禂?shù)為3.71，排煙溫度為148.8℃。

4.3 加熱爐改造建議

4.3.1 加強加熱爐的運行管理工作

由于各轉(zhuǎn)油站，各井場燃氣組分差別很大，所以在加熱爐燃燒器配備上：一是針對性強，與燃燒器生產(chǎn)廠家合作，不同燃料應(yīng)具有不同空燃比；二是根據(jù)加熱爐操作時加熱爐負荷率低這一主要問題對加熱爐操作模式進行了優(yōu)化，使其能夠一臺爐完不點入二，三臺爐，從而減少了加熱爐散熱損失并提高了爐效。

4.3.2 提高加熱爐自動化、信息化運行水平

根據(jù)集團公司加熱爐提效計劃，油氣田企業(yè)加熱爐平均運行熱效率應(yīng)超過5級，其主要成熟配套的技術(shù)之一是需要在加熱爐中推廣應(yīng)用加熱爐遠程自控技術(shù)、加熱爐火焰監(jiān)控技術(shù)、智能燃燒控制技術(shù)和煙氣含氧量測試控制技術(shù)。在此背景下，我國已具備了一套成熟的加熱爐物聯(lián)網(wǎng)控制平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對多臺加熱爐的在線集中控制、管理以及對收集到的數(shù)據(jù)對比分析、歸類總結(jié)，同時搭建故障診斷模型和算法用于各種輔助做出決策。目前已投入運營的項目均采用了這套系統(tǒng)，取得良好成效，具有推廣應(yīng)用價值。這個平臺大概投入230萬元就可以搭建完成。

4.3.3 配套節(jié)能型高效燃燒器

當前新疆油田燃氣燃燒器多采用自然供風燃燒器（不智能化，通常為手動）；也有部分機械鼓風式燃燒器（不智能化）占絕大多數(shù)，所以應(yīng)該更換一批全自動智能化燃燒器來取代當前燃燒效果差的燃燒器。本實用新型通過設(shè)置高效節(jié)能燃燒器能夠自動對風門配風量進行調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)所設(shè)置的生產(chǎn)參數(shù)適時對燃燒狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，從而確保在運行過程中不會發(fā)生燃燒空氣不充分或者多余的情況，提高了燃燒效率并減少了燃料使用量，具有很好的工程應(yīng)用前景。這種新型的高效節(jié)能燃燒器在油井上應(yīng)用后取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.3.4 配套輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)

（1）定向輻射。通過對受熱體進行誕敷，生成固化磁膜，使受熱體與受熱體相切方向垂直時產(chǎn)生遠紅外線輻射到被加熱介質(zhì)上，強化被加熱介質(zhì)對熱能的吸收效率和降低排煙溫度以提高加熱爐熱效率。另外，由于輻射作用可將煙氣中大量有害氣體氧化成二氧化碳和水等無害物質(zhì)，有利于環(huán)境保護。此外，還能改善燃料燃燒狀況，增加煤氣利用率。

（2）降低灰垢。受熱面周圍灰垢經(jīng)多次輻射后發(fā)生不規(guī)則移動，使灰垢吸附力減弱，爐內(nèi)受熱面熱吸收效率增加，減少水垢的產(chǎn)生。由于煙氣中含有大量灰塵和硫化物，這些雜質(zhì)會阻礙空氣流動，導(dǎo)致熱量損失增加。因此在受熱面上安裝遠紅外輻射器，可以有效地防止積灰現(xiàn)象發(fā)生。

5 結(jié)束語

為了解決采油廠油氣集輸生產(chǎn)中集輸系統(tǒng)運行效率低，能耗大等影響新疆油田經(jīng)濟效益進一步提升的關(guān)鍵技術(shù)難題，發(fā)現(xiàn)了當前工藝流程所存在的一些問題，從而為節(jié)能降耗改造技術(shù)提供科學參考。通過現(xiàn)場試驗研究及理論計算分析，確定了適合于高含蠟原油集輸工藝參數(shù)，并提出了合理可行的節(jié)能優(yōu)化方案。研究成果可有效地指導(dǎo)高含水后期油田生產(chǎn)運行管理工作，對提高新疆油田生產(chǎn)運行的經(jīng)濟效益有著十分重要的作用。