油田生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)與實(shí)現(xiàn)途徑_圖文

1、節(jié) 能 ENERGY CONSERVATION 2012年第5期 (總第356期引言油田生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)與實(shí)現(xiàn)途徑 陳勇(玉門油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處,甘肅酒泉735019摘要:結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,分析油田企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,機(jī)采、注水、集輸、熱力、供配電系統(tǒng)等方面的節(jié)能潛 力及存在的主要問(wèn)題。通過(guò)典型節(jié)能技術(shù)應(yīng)用案例分析,總結(jié)了系統(tǒng)和部分高效節(jié)能設(shè)備等節(jié)能技術(shù) 與實(shí)現(xiàn)途徑。關(guān)鍵詞:油田;節(jié)能技術(shù);港力;途徑中圖分類號(hào),TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):10047948(2012050048-05在原油開(kāi)采過(guò)程中,自身也要消耗大量能源。2011年,全國(guó)累計(jì)生產(chǎn)原油2.04108t,天然氣 988108m3

2、,綜合能源消費(fèi)量約為6.2107噸標(biāo) 準(zhǔn)煤,占自產(chǎn)一次能源的15%左右。企業(yè)節(jié)能降耗有工藝技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)調(diào)整和管 理創(chuàng)新三種主要方式。三者在節(jié)能降耗中所占的 比例分別是50%、30%和20%。近年來(lái),油田企 業(yè)在技術(shù)節(jié)能方面,從堵跑、冒、滴、漏,到開(kāi)展單元 設(shè)備、單項(xiàng)工藝的節(jié)能技術(shù)改造,再到開(kāi)展系統(tǒng)優(yōu) 化。提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率,以及各耗能系統(tǒng)相互之 問(wèn)節(jié)能技術(shù)的完善配套和按品位實(shí)行能源梯級(jí)利 用。使原油生產(chǎn)中的節(jié)能技術(shù)不斷朝著深入細(xì)致 和提高效益的方向發(fā)展,取得了很大的突破和顯著 的節(jié)能效益。 1油田生產(chǎn)過(guò)程中的能耗環(huán)節(jié)油田生產(chǎn)中機(jī)采、注水、集輸、供配電、熱力等 工藝系統(tǒng)足生產(chǎn)耗能的“五大系統(tǒng)”

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(tǒng)加熱爐、鍋爐;電力主要用于機(jī)采、注水、集輸 系統(tǒng)的抽油機(jī)、注水泵、輸油泵等機(jī)泵設(shè)備;成品油 主要供運(yùn)輸車輛使用。能源消耗總費(fèi)用占油氣開(kāi) 采成本比例約為2l%一30%。I.1機(jī)采系統(tǒng)機(jī)械采油是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從地面?zhèn)鬟f 給井下液體,把井下液體舉升到井口的一種采油方 式。機(jī)采系統(tǒng)效率是指?jìng)鹘o液體的有效能量與輸 入系統(tǒng)的能量之比。機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析 如表1所示。它涉及抽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、管柱、抽油泵 等一系列的設(shè)備;地層結(jié)構(gòu)、原油物性反差、設(shè)備工 況、管理水平以及產(chǎn)液量計(jì)量和測(cè)試條

4、件都會(huì)影響表1機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析表 注:游梁式抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率應(yīng)達(dá)到30%,不小于25%;電潛泵井系統(tǒng)效率應(yīng)大于32%。2012年第5期 節(jié) 能(總第356期 ENERGY CONSERVATION 一,19一能耗。影響機(jī)采系統(tǒng)效率的主要環(huán)節(jié)有:拖動(dòng)裝 要增加地層壓力。油田注水耗電平均占油rote:置、抽油機(jī)、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(tǒng)效率的主要環(huán)節(jié) 1.2注水系統(tǒng) 有:注水泵機(jī)組、主水管網(wǎng)、配水問(wèn)、井口等。注水 由于地層能量不足,原油開(kāi)采進(jìn)入中、后期需 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析如表2所示。表2注水系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析表節(jié)點(diǎn)翌蘭蘭存在的主要問(wèn)題 備注實(shí)際 先進(jìn)

5、水平 節(jié)能潛力泵機(jī)組老化嚴(yán)重,自身效率降低。機(jī)泵不匹電機(jī)效牢88%一95%;泵效50%一泵機(jī)組 5078788配,節(jié)流損失大。 .82%;地面系統(tǒng)效率50%以上。1.3集輸系統(tǒng)油氣集輸主要是匯集、處理采出的原油、天然 氣,經(jīng)儲(chǔ)存、計(jì)量后進(jìn)油庫(kù)或輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì), 40%,所消耗熱能和電能是油田節(jié)能的重點(diǎn)對(duì)象。 集輸系統(tǒng)分為集油、脫水、穩(wěn)定、儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)。影響 集輸系統(tǒng)效率的主要環(huán)節(jié)有泵機(jī)組、集輸管網(wǎng)等。油氣集輸能耗一般占原油生產(chǎn)總能耗的30%一 集輸系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析如表3所示。 表3集輸系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析表1.4熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)主要解決油井原油保溫集收、中轉(zhuǎn)加 熱站和聯(lián)合站庫(kù)的保溫。供熱的主要設(shè)

6、備是鍋爐、 加熱爐。在油田消耗的能量中,50%左右是通過(guò)燃 料在爐子中燃燒取得熱能加以利用的。影響熱力 設(shè)備效率的主要環(huán)節(jié)有爐型、燃料不完全燃燒、爐 體散熱損失、排煙損失等。該系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析如 表4所示。表4熱力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析表注:油田燃?xì)忮仩t和燃煤鍋爐平均設(shè)備效率分別不應(yīng)低于84%和74%,燃油、燃?xì)饧訜釥t平均設(shè)備效率應(yīng)大于80%o1.5供配電系統(tǒng) 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(tǒng)通常分為供電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩 下電壓等級(jí)的線路,主要任務(wù)是為用電設(shè)備分配電 大部分。供電網(wǎng)是指6(10kV以上電壓等級(jí)的線 能。影響供配電系統(tǒng)效率主要環(huán)節(jié)有供配電線 路,用于電力的遠(yuǎn)距

7、離輸送,由變電站、輸電線路和 路、變壓器等。供配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析如表5所 自備電廠組成。配電網(wǎng)是指直接供應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備的 示。節(jié) 能ENERGY CONSERVAlrl0N 2012年第5期 (總第356期表5供配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)潛力分析表節(jié)點(diǎn) 蘭誓:+一 存在的主要問(wèn)題 備注節(jié)點(diǎn)空載損耗占10%左右。負(fù) 載損耗占90%左右。2油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能技術(shù)途徑2.1機(jī)采系統(tǒng)1改造常規(guī)抽油機(jī)、淘汰落后的抽油機(jī),選用 節(jié)能型抽油機(jī),加強(qiáng)抽油機(jī)日常維護(hù)、保養(yǎng)和維修, 加大抽油機(jī)調(diào)平衡力度。2合理匹配節(jié)能型電機(jī),如高轉(zhuǎn)差、超高轉(zhuǎn)差 電動(dòng)機(jī),變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、稀土永磁同步電動(dòng)機(jī) 等,淘汰低效高耗能電機(jī)。3推廣應(yīng)用電容補(bǔ)

8、償、降壓運(yùn)行、沖次調(diào)節(jié)等 節(jié)能控制柜,選用具有電壓和頻率調(diào)節(jié)、星一角轉(zhuǎn) 換和無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂破鳌?油井參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化運(yùn)行,優(yōu)化油井參數(shù), 進(jìn)行偏磨治理,合理調(diào)整泵掛深度;優(yōu)化配置選用的 節(jié)能產(chǎn)品,優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)采系統(tǒng),提高管、桿、泵效。 ,5實(shí)施采油新工藝、新技術(shù)改造,如針對(duì)不同井 況應(yīng)用提撈采油機(jī)、潛油往復(fù)泵、低沖次抽油機(jī)等。 此外,還可通過(guò)加強(qiáng)機(jī)采系統(tǒng)管理、實(shí)施智能 間隙采油技術(shù)等,達(dá)到降低機(jī)采系統(tǒng)能耗的目的。 2.2注水系統(tǒng)1降低電動(dòng)機(jī)損失。選擇節(jié)能型高效電動(dòng) 機(jī),淘汰低效機(jī)泵,減少無(wú)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(qū);加強(qiáng)維修,防腐蝕,以保 持泵效。3注水泵排量節(jié)能調(diào)節(jié)。如拆級(jí)改造、變頻 調(diào)速控制開(kāi)泵臺(tái)數(shù)、泵出口閥門開(kāi)度、水泵轉(zhuǎn)速等。 4注水系統(tǒng)整體優(yōu)化。注水壓力基本相同的 注水站聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行;對(duì)注水壓力相差較大的系統(tǒng),實(shí) 施高低壓系統(tǒng)分離,進(jìn)行分層分壓注水;對(duì)少數(shù)不 能完成配置水量的注水井在井口增沒(méi)增壓泵,實(shí)施 單井增注,以降低系統(tǒng)運(yùn)行壓力。2.3油氣集輸1淘汰低效機(jī)泵、推廣高效機(jī)泵,選用效率 高、壓降小的各種設(shè)備,應(yīng)用電機(jī)功率因數(shù)補(bǔ)償,輸 油泵變頻凋速改造等,降低脫水過(guò)程的動(dòng)力消耗; 采用高效加熱設(shè)備和回收熱能的換熱設(shè)備,提高原 油脫水的熱能利用率。2管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整,推廣應(yīng)用原油密閉集輸、不 加熱集輸、

10、簡(jiǎn)化油氣集輸工藝流程,選擇低溫性能 好的化學(xué)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(duì)油井原油高凝固點(diǎn)、 高粘度、高含水的特點(diǎn),采用井口加藥方法,因地制 宜地應(yīng)用化學(xué)防蠟、乳化降粘、定期熱洗和磁防蠟 等技術(shù)。此外,對(duì)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(fā)動(dòng)機(jī)等 技術(shù)回收利用放散天然氣。2.4熱力系統(tǒng)1改善爐子燃燒節(jié)能技術(shù)。包括采用高效燃 燒器、燃燒控制技術(shù)、燃料添加劑及燃料磁化技術(shù), 能使?fàn)t子燃燒過(guò)程更完全、更充分。2提高鍋爐熱效率技術(shù)。對(duì)鍋爐按需配風(fēng)、 合理配風(fēng),降低鍋爐過(guò)?？諝?。對(duì)燃煤爐安裝分層 燃燒裝置、熱管式空氣預(yù)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(shù)、新工藝,增加鍋爐回收的熱量,提高爐子的燃燒 效率。3加強(qiáng)爐子保溫。保溫主要是采用硅酸鹽、 有機(jī)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(yùn)行中排煙所帶走的熱量損失。過(guò)?？諝?系數(shù)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(shí)際空氣量與理論空氣量之比為過(guò)?？?氣系數(shù)。加熱爐負(fù)荷率在70%一100%時(shí),最佳過(guò) ?？諝庀禂?shù),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(dāng)排 煙溫度過(guò)低,使?fàn)t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(jié) 能 ENERGY CONSERVATl0N點(diǎn)溫度時(shí),會(huì)產(chǎn)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(qiáng)化傳熱過(guò)程,預(yù)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(wǎng)優(yōu)化。優(yōu)化供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì),采用 新型保溫材料,安裝高效疏水閥回收蒸汽管網(wǎng)凝結(jié) 水,解決供熱管網(wǎng)蒸汽跑冒、利用率低的問(wèn)題。 2.5供配電系統(tǒng)1電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。在保證供電安全和質(zhì)量 的基礎(chǔ)上,通過(guò)電力線路運(yùn)行方式和負(fù)載的經(jīng)濟(jì)凋 配與供電線路運(yùn)行位置的優(yōu)化組合等技術(shù)措施,最 大限度地降低供電線路的損耗。2提高功率因數(shù)。首先是無(wú)功補(bǔ)償,交流電 在通過(guò)純電阻的時(shí)候

13、,電能都轉(zhuǎn)成了熱能,而在通 過(guò)純?nèi)菪曰蛘呒兏行载?fù)載的時(shí)候,并不做功,也就 是說(shuō)沒(méi)有消耗電能,即為無(wú)功功率。而實(shí)際負(fù)載不 可能為純?nèi)菪载?fù)載或者純感性負(fù)載,一般都足混合 性負(fù)載,這樣電流在通過(guò)它們的時(shí)候,就有部分電 能不做功,就是無(wú)功功率,此時(shí)的功率因數(shù)小于I, 為了提高電能的利用率,就要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。其次 是配電網(wǎng)的三級(jí)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償(電動(dòng)機(jī)的低壓無(wú) 功就地補(bǔ)償、配電網(wǎng)高壓無(wú)功分散補(bǔ)償、變電所高 壓無(wú)功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。再次是提高用電負(fù)荷自 身的功率因數(shù)。要正確選用電動(dòng)機(jī)和變壓器的容 量,提高用電負(fù)荷的負(fù)載率。3變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。選用節(jié)能型變壓器, 淘汰低效高耗變壓器。選取變壓器最佳運(yùn)行方式、 負(fù)載調(diào)

14、整的優(yōu)化、運(yùn)行位置的最佳組合及改善運(yùn)行 條件等技術(shù)措施,最大限度降低變壓器的電能損耗 和提高電源側(cè)的功率因數(shù)。節(jié)能型變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)2.6部分高效節(jié)能設(shè)備1高效三相分離器。如/INS型高效三相分離 器,采用旋流預(yù)脫氣、活性水洗滌加速脫水、機(jī)械破 乳強(qiáng)化脫水等技術(shù),設(shè)備的運(yùn)行效果能達(dá)到國(guó)際同 類設(shè)備的先進(jìn)水平,單位體積的處理能力是傳統(tǒng)設(shè) 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(xué)脫水、二段電化學(xué)脫水及水力清砂、 緩沖功能。可取代傳統(tǒng)流程中的復(fù)雜工藝和各種 設(shè)備,簡(jiǎn)化工藝,獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。3高效加熱爐。包括真空加熱爐、相變加熱 爐、熱煤爐、無(wú)機(jī)傳熱余熱利用裝置等,加熱爐

15、效率 可達(dá)到85%以上。4螺桿泵采油技術(shù)。包括大中小排量系列螺 桿泵、專用系列防斷脫抽油桿、無(wú)滲漏低矮型驅(qū)動(dòng) 裝置、螺桿泵井工況分析、診斷及監(jiān)測(cè)等核心技術(shù) 以及配套技術(shù)。同抽油機(jī)井相比,平均泵效提高 20個(gè)百分點(diǎn),節(jié)能效果顯著。3典型節(jié)能技術(shù)應(yīng)用及效果分析3.1抽油機(jī)無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)機(jī)采電力系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)及其他帶有線圈的 (繞組的設(shè)備很多。對(duì)這類設(shè)備實(shí)施就地補(bǔ)償可 以大大提高其功率因數(shù),降低無(wú)功損耗。通過(guò)采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),可以提高用電質(zhì)量, 改善設(shè)備運(yùn)行技術(shù)條件,提高用電設(shè)備的電能利用 率,以達(dá)到節(jié)約用電、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益 的目的。2008年,選擇在玉門采油廠負(fù)載率和平衡率 都很高的

16、A井,進(jìn)行了息動(dòng)機(jī)功率因數(shù)補(bǔ)償試驗(yàn)。荷率約為0.4,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍為0.230.69。 A井安裝電容補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。 表6A井安裝電容補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表借鑒這口井改造的經(jīng)驗(yàn),又在功率因數(shù)較低的 101口井上應(yīng)用,功率因數(shù)改善明顯,獲得了成功。 可見(jiàn),普通電動(dòng)機(jī)獲得合適的電容補(bǔ)償值是補(bǔ)償效 果好的根本所在。一52一節(jié) 能ENERGY CONSERVAll0N2012年第5期 (總第356期3.2能量回饋?zhàn)冾l拖動(dòng)技術(shù). 抽油機(jī)采用能量回饋智能變頻技術(shù),可有效解 決油井抽油設(shè)備運(yùn)行負(fù)載率低,電動(dòng)機(jī)“大馬拉小 車”的現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng),并將再生電能反 饋回電網(wǎng)?？膳浜暇?tīng)顟B(tài),根據(jù)需要調(diào)整生

17、產(chǎn)沖次、從 而提高抽油機(jī)的工作效率。實(shí)現(xiàn)柔性啟動(dòng),降低了 對(duì)電網(wǎng)的沖擊,延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和機(jī)械設(shè)備的使用壽 命。可實(shí)現(xiàn)再生電能的回饋。達(dá)到節(jié)電的目的。 2010年,玉門采油廠推廣應(yīng)用34套能量反饋 式變頻器,經(jīng)測(cè)試平均節(jié)電率達(dá)到了32.53%,噸 液?jiǎn)魏南陆?6.61%,油井系統(tǒng)效率平均提高 9.4%。按照改造前噸液?jiǎn)魏?.74kWh,單井平均 日產(chǎn)液量29.75t計(jì)算,推廣應(yīng)用34臺(tái)能量反饋式 變頻器年節(jié)電量為121.6萬(wàn)kWh。經(jīng)比對(duì)測(cè)試綜 合節(jié)電率達(dá)到29.5%,單井可節(jié)電2.75萬(wàn)kWh, 投資回收期2年。3.3注水泵變頻調(diào)速技術(shù)油田注水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)。可實(shí)現(xiàn)恒壓 注水,同時(shí)解決“大馬

18、拉小車”和節(jié)流造成的能量 損失。實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速、軟啟動(dòng)、軟剎車及恒壓供水 等功能,使機(jī)泵與負(fù)載合理匹配優(yōu)化運(yùn)行參數(shù),延 長(zhǎng)機(jī)泵使用壽命。經(jīng)測(cè)試,節(jié)電率在20%左右,投 資回收期2a以內(nèi)。玉門采油廠注水站投產(chǎn)于1997年,共有3臺(tái) 離心注水泵,l用2備。電機(jī)運(yùn)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(yīng)注水量的變化,只能通過(guò)開(kāi) 泵臺(tái)數(shù)或人工調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度來(lái)控制供水流量,造成 能源浪費(fèi)。高壓離心泵出口閥門節(jié)流嚴(yán)重,注水干 線壓力不穩(wěn)定,設(shè)備老化。2010年,該注水站應(yīng)用了閉環(huán)控制變頻調(diào)速 技術(shù),采用“一拖三”形式。通過(guò)變頻改造,泵管壓 差控制到小于O.5MPa,經(jīng)測(cè)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(jié)電3288kWh。3.4離心泵注水站自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)通過(guò)采用先進(jìn)的DCS智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì) 注水泵的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)的采集、異常事故處理和 報(bào)表的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)打印功能。注水站生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢