1、節 能 ENERGY CONSERVATION 2012年第5期 (總第356期引言油田生產過程中的節能技術與實現途徑 陳勇(玉門油田分公司規劃計劃處,甘肅酒泉735019摘要:結合生產實踐,分析油田企業生產過程中,機采、注水、集輸、熱力、供配電系統等方面的節能潛 力及存在的主要問題。通過典型節能技術應用案例分析,總結了系統和部分高效節能設備等節能技術 與實現途徑。關鍵詞:油田;節能技術;港力;途徑中圖分類號,TE08文獻標識碼:B文章編號:10047948(2012050048-05在原油開采過程中,自身也要消耗大量能源。2011年,全國累計生產原油2.04108t,天然氣 988108m3

2、,綜合能源消費量約為6.2107噸標 準煤,占自產一次能源的15%左右。企業節能降耗有工藝技術進步、結構調整和管 理創新三種主要方式。三者在節能降耗中所占的 比例分別是50%、30%和20%。近年來,油田企 業在技術節能方面,從堵跑、冒、滴、漏,到開展單元 設備、單項工藝的節能技術改造,再到開展系統優 化。提高系統的運行效率,以及各耗能系統相互之 問節能技術的完善配套和按品位實行能源梯級利 用。使原油生產中的節能技術不斷朝著深入細致 和提高效益的方向發展,取得了很大的突破和顯著 的節能效益。 1油田生產過程中的能耗環節油田生產中機采、注水、集輸、供配電、熱力等 工藝系統足生產耗能的“五大系統”

3、。消耗的能源 品種有原煤、天然氣、電力、蒸汽、成品油等。其中, 除天然氣損耗外。原煤、天然氣、蒸汽主要用于集輸 系統加熱爐、鍋爐;電力主要用于機采、注水、集輸 系統的抽油機、注水泵、輸油泵等機泵設備;成品油 主要供運輸車輛使用。能源消耗總費用占油氣開 采成本比例約為2l%一30%。I.1機采系統機械采油是將電能轉換為機械能從地面傳遞 給井下液體,把井下液體舉升到井口的一種采油方 式。機采系統效率是指傳給液體的有效能量與輸 入系統的能量之比。機械采油系統節點潛力分析 如表1所示。它涉及抽油機、電動機、管柱、抽油泵 等一系列的設備;地層結構、原油物性反差、設備工 況、管理水平以及產液量計量和測試條

4、件都會影響表1機械采油系統節點潛力分析表 注:游梁式抽油機井平均系統效率應達到30%,不小于25%;電潛泵井系統效率應大于32%。2012年第5期 節 能(總第356期 ENERGY CONSERVATION 一,19一能耗。影響機采系統效率的主要環節有:拖動裝 要增加地層壓力。油田注水耗電平均占油rote:置、抽油機、抽油桿、井下管注和井口裝置等。 用電的20%以上,影響注水系統效率的主要環節 1.2注水系統 有:注水泵機組、主水管網、配水問、井口等。注水 由于地層能量不足,原油開采進入中、后期需 系統節點潛力分析如表2所示。表2注水系統節點潛力分析表節點翌蘭蘭存在的主要問題 備注實際 先進

5、水平 節能潛力泵機組老化嚴重,自身效率降低。機泵不匹電機效牢88%一95%;泵效50%一泵機組 5078788配,節流損失大。 .82%;地面系統效率50%以上。1.3集輸系統油氣集輸主要是匯集、處理采出的原油、天然 氣,經儲存、計量后進油庫或輸送給用戶。據統計, 40%,所消耗熱能和電能是油田節能的重點對象。 集輸系統分為集油、脫水、穩定、儲運等環節。影響 集輸系統效率的主要環節有泵機組、集輸管網等。油氣集輸能耗一般占原油生產總能耗的30%一 集輸系統節點潛力分析如表3所示。 表3集輸系統節點潛力分析表1.4熱力系統熱力系統主要解決油井原油保溫集收、中轉加 熱站和聯合站庫的保溫。供熱的主要設

6、備是鍋爐、 加熱爐。在油田消耗的能量中,50%左右是通過燃 料在爐子中燃燒取得熱能加以利用的。影響熱力 設備效率的主要環節有爐型、燃料不完全燃燒、爐 體散熱損失、排煙損失等。該系統節點潛力分析如 表4所示。表4熱力系統節點潛力分析表注:油田燃氣鍋爐和燃煤鍋爐平均設備效率分別不應低于84%和74%,燃油、燃氣加熱爐平均設備效率應大于80%o1.5供配電系統 配電變壓器和配電線路,一般足指6(10kV及以 油田供配電系統通常分為供電網和配電網兩 下電壓等級的線路,主要任務是為用電設備分配電 大部分。供電網是指6(10kV以上電壓等級的線 能。影響供配電系統效率主要環節有供配電線 路,用于電力的遠距

7、離輸送,由變電站、輸電線路和 路、變壓器等。供配電系統節點潛力分析如表5所 自備電廠組成。配電網是指直接供應生產設備的 示。節 能ENERGY CONSERVAlrl0N 2012年第5期 (總第356期表5供配電系統節點潛力分析表節點 蘭誓:+一 存在的主要問題 備注節點空載損耗占10%左右。負 載損耗占90%左右。2油田生產環節的節能技術途徑2.1機采系統1改造常規抽油機、淘汰落后的抽油機,選用 節能型抽油機,加強抽油機日常維護、保養和維修, 加大抽油機調平衡力度。2合理匹配節能型電機,如高轉差、超高轉差 電動機,變頻調速電動機、稀土永磁同步電動機 等,淘汰低效高耗能電機。3推廣應用電容補

8、償、降壓運行、沖次調節等 節能控制柜,選用具有電壓和頻率調節、星一角轉 換和無功補償的控制器。4油井參數自動監測優化運行,優化油井參數, 進行偏磨治理,合理調整泵掛深度;優化配置選用的 節能產品,優化設計機采系統,提高管、桿、泵效。 ,5實施采油新工藝、新技術改造,如針對不同井 況應用提撈采油機、潛油往復泵、低沖次抽油機等。 此外,還可通過加強機采系統管理、實施智能 間隙采油技術等,達到降低機采系統能耗的目的。 2.2注水系統1降低電動機損失。選擇節能型高效電動 機,淘汰低效機泵,減少無功損失,保證注水泵合理 匹配,避免“大馬拉小車”。2降低注水泵損失。合理選擇配置注水泵; 合理利用注水泵的高

9、效區;加強維修,防腐蝕,以保 持泵效。3注水泵排量節能調節。如拆級改造、變頻 調速控制開泵臺數、泵出口閥門開度、水泵轉速等。 4注水系統整體優化。注水壓力基本相同的 注水站聯網運行;對注水壓力相差較大的系統,實 施高低壓系統分離,進行分層分壓注水;對少數不 能完成配置水量的注水井在井口增沒增壓泵,實施 單井增注,以降低系統運行壓力。2.3油氣集輸1淘汰低效機泵、推廣高效機泵,選用效率 高、壓降小的各種設備,應用電機功率因數補償,輸 油泵變頻凋速改造等,降低脫水過程的動力消耗; 采用高效加熱設備和回收熱能的換熱設備,提高原 油脫水的熱能利用率。2管網優化調整,推廣應用原油密閉集輸、不 加熱集輸、

10、簡化油氣集輸工藝流程,選擇低溫性能 好的化學破乳劑,減阻降黏,減少沿途輸送壓力損 失。3井口原油集油。針對油井原油高凝固點、 高粘度、高含水的特點,采用井口加藥方法,因地制 宜地應用化學防蠟、乳化降粘、定期熱洗和磁防蠟 等技術。此外,對于放散天然氣,可采用撬裝式輕烴回 收裝置、套管氣回收、大罐抽氣和天然氣發動機等 技術回收利用放散天然氣。2.4熱力系統1改善爐子燃燒節能技術。包括采用高效燃 燒器、燃燒控制技術、燃料添加劑及燃料磁化技術, 能使爐子燃燒過程更完全、更充分。2提高鍋爐熱效率技術。對鍋爐按需配風、 合理配風,降低鍋爐過剩空氣。對燃煤爐安裝分層 燃燒裝置、熱管式空氣預熱器、省煤器等裝置

11、和靜 電水除垢、蒸汽余熱回收、恒液位變頻控制等新技 術、新工藝,增加鍋爐回收的熱量,提高爐子的燃燒 效率。3加強爐子保溫。保溫主要是采用硅酸鹽、 有機泡沫等高效保溫材料,提高爐體保溫效果,減 少散熱損失。4減少排煙熱損失。排煙熱損失是指鍋爐、 加熱爐運行中排煙所帶走的熱量損失。過剩空氣 系數和排煙溫度是影響排煙熱損失的主要因素。 為保證燃料完全燃燒,必須供給比理論所需更 多的空氣,實際空氣量與理論空氣量之比為過剩空 氣系數。加熱爐負荷率在70%一100%時,最佳過 剩空氣系數,重油為1.051.15,天然氣為1.1 1.2。排煙溫度一般要求控制在1800c左右(當排 煙溫度過低,使爐子受熱面的

12、金屬壁溫低于煙氣露2012年第5期 (總第356期節 能 ENERGY CONSERVATl0N點溫度時,會產生低溫腐蝕。減少排煙損失,可以采用熱管加熱爐、熱管換 熱器,強化傳熱過程,預熱燃燒用空氣。充分利用煙 氣余熱,提高爐子熱效率。5供熱管網優化。優化供熱管網設計,采用 新型保溫材料,安裝高效疏水閥回收蒸汽管網凝結 水,解決供熱管網蒸汽跑冒、利用率低的問題。 2.5供配電系統1電網的優化運行。在保證供電安全和質量 的基礎上,通過電力線路運行方式和負載的經濟凋 配與供電線路運行位置的優化組合等技術措施,最 大限度地降低供電線路的損耗。2提高功率因數。首先是無功補償,交流電 在通過純電阻的時候

13、,電能都轉成了熱能,而在通 過純容性或者純感性負載的時候,并不做功,也就 是說沒有消耗電能,即為無功功率。而實際負載不 可能為純容性負載或者純感性負載,一般都足混合 性負載,這樣電流在通過它們的時候,就有部分電 能不做功,就是無功功率,此時的功率因數小于I, 為了提高電能的利用率,就要進行無功補償。其次 是配電網的三級無功優化補償(電動機的低壓無 功就地補償、配電網高壓無功分散補償、變電所高 壓無功自動跟蹤補償。再次是提高用電負荷自 身的功率因數。要正確選用電動機和變壓器的容 量,提高用電負荷的負載率。3變壓器的經濟運行。選用節能型變壓器, 淘汰低效高耗變壓器。選取變壓器最佳運行方式、 負載調

14、整的優化、運行位置的最佳組合及改善運行 條件等技術措施,最大限度降低變壓器的電能損耗 和提高電源側的功率因數。節能型變壓器經濟負2.6部分高效節能設備1高效三相分離器。如/INS型高效三相分離 器,采用旋流預脫氣、活性水洗滌加速脫水、機械破 乳強化脫水等技術,設備的運行效果能達到國際同 類設備的先進水平,單位體積的處理能力是傳統設 備的5倍以上。2多功能處理裝置。具有氣液分離、沉降、加 熱、一段熱化學脫水、二段電化學脫水及水力清砂、 緩沖功能。可取代傳統流程中的復雜工藝和各種 設備,簡化工藝,獲得較好的經濟效益。3高效加熱爐。包括真空加熱爐、相變加熱 爐、熱煤爐、無機傳熱余熱利用裝置等,加熱爐

15、效率 可達到85%以上。4螺桿泵采油技術。包括大中小排量系列螺 桿泵、專用系列防斷脫抽油桿、無滲漏低矮型驅動 裝置、螺桿泵井工況分析、診斷及監測等核心技術 以及配套技術。同抽油機井相比,平均泵效提高 20個百分點,節能效果顯著。3典型節能技術應用及效果分析3.1抽油機無功補償節能技術機采電力系統中,電動機及其他帶有線圈的 (繞組的設備很多。對這類設備實施就地補償可 以大大提高其功率因數,降低無功損耗。通過采用無功補償技術,可以提高用電質量, 改善設備運行技術條件,提高用電設備的電能利用 率,以達到節約用電、降低生產成本、提高經濟效益 的目的。2008年,選擇在玉門采油廠負載率和平衡率 都很高的

16、A井,進行了息動機功率因數補償試驗。荷率約為0.4,經濟運行范圍為0.230.69。 A井安裝電容補償現場試驗數據如表6所示。 表6A井安裝電容補償現場試驗表借鑒這口井改造的經驗,又在功率因數較低的 101口井上應用,功率因數改善明顯,獲得了成功。 可見,普通電動機獲得合適的電容補償值是補償效 果好的根本所在。一52一節 能ENERGY CONSERVAll0N2012年第5期 (總第356期3.2能量回饋變頻拖動技術. 抽油機采用能量回饋智能變頻技術,可有效解 決油井抽油設備運行負載率低,電動機“大馬拉小 車”的現象,實現電動機軟啟動,并將再生電能反 饋回電網。可配合井下狀態,根據需要調整生

17、產沖次、從 而提高抽油機的工作效率。實現柔性啟動,降低了 對電網的沖擊,延長電動機和機械設備的使用壽 命。可實現再生電能的回饋。達到節電的目的。 2010年,玉門采油廠推廣應用34套能量反饋 式變頻器,經測試平均節電率達到了32.53%,噸 液單耗下降36.61%,油井系統效率平均提高 9.4%。按照改造前噸液單耗8.74kWh,單井平均 日產液量29.75t計算,推廣應用34臺能量反饋式 變頻器年節電量為121.6萬kWh。經比對測試綜 合節電率達到29.5%,單井可節電2.75萬kWh, 投資回收期2年。3.3注水泵變頻調速技術油田注水系統采用變頻調速技術。可實現恒壓 注水,同時解決“大馬

18、拉小車”和節流造成的能量 損失。實現了無極調速、軟啟動、軟剎車及恒壓供水 等功能,使機泵與負載合理匹配優化運行參數,延 長機泵使用壽命。經測試,節電率在20%左右,投 資回收期2a以內。玉門采油廠注水站投產于1997年,共有3臺 離心注水泵,l用2備。電機運行電流180190A。 泵出口平均壓力為20MPa,流量225m3/h左右(平 均5400m3/d。為適應注水量的變化,只能通過開 泵臺數或人工調節閥門開度來控制供水流量,造成 能源浪費。高壓離心泵出口閥門節流嚴重,注水干 線壓力不穩定,設備老化。2010年,該注水站應用了閉環控制變頻調速 技術,采用“一拖三”形式。通過變頻改造,泵管壓 差控制到小于O.5MPa,經測算,采油廠注水用電 單耗由10.238kWh/m3下降到9.629kWh/m3,下 降了9.629kWh/m,日節電3288kWh。3.4離心泵注水站自動化監控技術通過采用先進的DCS智能控制系統,實現對 注水泵的遠程監控、數據的采集、異常事故處理和 報表的自動統計打印功能。注水站生產設備實現自動檢