劉克讓 崔嵬 張曉磊（大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心）

大慶杏西油田能源利用分析

劉克讓 崔嵬 張曉磊（大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心）

在能源普遍緊張的情況下，作為產(chǎn)能用能大戶的油田企業(yè)加強(qiáng)節(jié)約用能，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用非常重要。通過(guò)對(duì)杏西油田能源綜合利用情況進(jìn)行分析，提出提高杏西油田能源綜合利用水平的對(duì)策方法，使杏西油田機(jī)采井系統(tǒng)效率逐年提高，為杏西油田開(kāi)展節(jié)能節(jié)水工作、實(shí)施節(jié)能節(jié)水技術(shù)改造、提高經(jīng)濟(jì)效益提供了技術(shù)支持。

杏西油田 能源利用 系統(tǒng)效率 評(píng)價(jià)

杏西油田位于薩爾圖油層和葡萄花油層以及薩爾圖油層與葡萄花油層間過(guò)渡帶上，屬于低滲透油田。油田能耗主要體現(xiàn)在機(jī)械采油系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)等三個(gè)方面，主要消耗能源包括電力、水、天然氣等，其中，天然氣在消耗的各種能源中所占的比例最大，其消耗量占總能源消耗量的70%以上，主要作為加熱爐的燃料，用于提供原油處理、輸送及站區(qū)冬季取暖所需的熱能。

1 杏西油田能源消耗特點(diǎn)

杏西油田主要耗能系統(tǒng)及設(shè)備見(jiàn)表1。

杏西油田電力消耗分為生產(chǎn)設(shè)備耗電和其他耗電。2011 年，杏西油田總耗電 3698640kWh，其中生產(chǎn)設(shè)備耗電 3457660kWh，占總耗電 93.48%，其他耗電 240980kWh占總耗電6.52% （表2）。

杏西油田天然氣消耗主要分為生產(chǎn)耗氣和采暖耗氣。生產(chǎn)耗氣占總耗氣 69.37%，采暖耗氣占總耗氣 30.63%。

杏西作業(yè)區(qū)共有4口水源井，提供系統(tǒng)用水、生活用水、外部用水。2011 年系統(tǒng)用水 20989m3，生活用水 3276m3，外部用水 180m3。杏西油田2011年整體用能情況見(jiàn)表3。

表2 杏西油田2011年電力消耗特點(diǎn)

表3 杏西油田2011年整體用能情況

為了解杏西油田能耗設(shè)備是否達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)要求，集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)中心對(duì)杏西油田能耗系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。

1.1站用能耗設(shè)備運(yùn)行狀況

杏西聯(lián)合站始建于 1980 年， 1982 年 10 月投產(chǎn)，主要負(fù)責(zé)杏西油田的原油處理油田注水和配電任務(wù)，全站分為集輸、注水兩大系統(tǒng)，主要消耗能源是電力和天然氣。電力消耗設(shè)備主要是各類機(jī)泵，天然氣消耗設(shè)備主要是加熱爐。

◇ 加熱爐平均運(yùn)行效率為 83.46%，平均日耗氣量 2453m3；

◇ 輸油熱洗泵平均機(jī)組效率 49.24%，平均單耗 0.64kWh/m3，泵機(jī)組平均日耗電 604kWh；

◇ 注水泵平均機(jī)組效率 75.26%，平均日耗電2639kWh，注水泵平均單耗 7.56kWh/m3。

1.2采油用能耗設(shè)備運(yùn)行狀況

采油用耗能設(shè)備主要是機(jī)械采油井，主要消耗能源是電力。抽油機(jī)井系統(tǒng)效率平均 23.83%，抽油機(jī) 井 單 耗 平 均 1.49kWh/（100m · t）； 采 油 系 統(tǒng) 平均日耗電6230kWh。

2 杏西油田能 耗 系統(tǒng)分析[1]

2.1采油系統(tǒng)

根據(jù) SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》中的規(guī)定，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率節(jié)能評(píng)價(jià)值大于或等于 29/k1k2。大慶油田第九采油廠杏西油田屬于低滲透 油田，平均泵掛深 度小于 1500m， k1取 1.4， k2取 1.0，杏西油田抽油機(jī)井節(jié)能評(píng)價(jià)值為20.71%。杏西油田所測(cè)抽油機(jī)井有 7 口沒(méi)有達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值。

采油系統(tǒng)部分抽油機(jī)井系統(tǒng)效率沒(méi)達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值的 主 要原因 是 產(chǎn)液量 較 小 ，平均 產(chǎn) 液量 5.6t，系統(tǒng)效率平均 13.3%。井下部分可實(shí)施各種作業(yè)、泵桿柱優(yōu)化設(shè)計(jì)、檢泵等手段和措施；地上部分可通過(guò)優(yōu)化參數(shù)、調(diào)參、調(diào)平衡、采用節(jié)能電動(dòng)機(jī)等節(jié)能措施，使運(yùn)行系統(tǒng)效率達(dá)到 20.71%節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，年可節(jié)電 45744.72kWh。

2.2加熱爐熱工系統(tǒng)

根據(jù) SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》 中的指標(biāo)要求，杏西油田 1#加熱爐熱效率節(jié)能評(píng)價(jià)值大于或等于 85%，所測(cè) 1#加熱爐熱效率沒(méi)有達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值指標(biāo)，主要原因是加熱爐各項(xiàng)熱損失較大。影響熱損失的主要因素有過(guò)?？諝庀禂?shù)、排煙溫度、爐體保溫等 （表4）?？赏ㄟ^(guò)降低排煙溫度和過(guò)?？諝庀禂?shù)、提高換熱效率等措施，使加熱爐熱效率達(dá)到 85%節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，年可節(jié)氣10774.8m3。

表4 采 油 九廠杏 西 油田 1#加熱爐 測(cè)試數(shù)據(jù)

2.3集輸泵機(jī)組系統(tǒng)

根據(jù) SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》 中的指標(biāo)要求，杏西油田 1#輸油泵機(jī)組效率節(jié)能評(píng)價(jià)值大于或等于 46%，所測(cè) 1#輸油泵機(jī)組效率沒(méi)有達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值指標(biāo)，主要原因包括以下因素：電動(dòng)機(jī)效率、傳動(dòng)效率、泵效率、泵體結(jié)垢和密封等 （表5）?？赏ㄟ^(guò)提高電動(dòng)機(jī)負(fù)荷、泵涂膜、變頻等措施，使輸油泵機(jī)組效率達(dá)到 46%節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，年可節(jié)電 7796.4kWh。

表5 采油九廠杏西油田 1#輸油泵測(cè)試數(shù)據(jù)

2.4注水系統(tǒng)

根據(jù) SY/T6275—2007 《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》 中的指標(biāo)要求，杏西油田 1#注水泵系統(tǒng)效率節(jié)能評(píng)價(jià)值大于或等于54%，機(jī)組效率節(jié)能評(píng)價(jià)值大于或等于 78%，所測(cè) 1#注水泵機(jī)組效率和系統(tǒng)效率沒(méi)有達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值指標(biāo)，主要原因包括以下因素：電動(dòng)機(jī)效率、傳動(dòng)效率、泵效率、管網(wǎng)效率、泵體結(jié)垢和密封等 （表6）?？赏ㄟ^(guò)提高電動(dòng)機(jī)負(fù)荷、變頻等措施，使注水泵機(jī)組效率達(dá)到78%節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，年可節(jié)電 23738.4kWh。

表6 采油九廠杏西油田 1#注水泵測(cè)試數(shù)據(jù)

3 提高杏西油田能源利用效率對(duì)策

杏西油田于 1982年正式投入開(kāi)發(fā)至今，由于各種節(jié)能配套設(shè)施的不斷應(yīng)用，能源消耗總量得到控制，但節(jié)能挖潛難度越來(lái)越大。為控制杏西油田生產(chǎn)能耗，提高能源利用效率，要對(duì)已建用能系統(tǒng)進(jìn)行挖潛，減少不合理用能。

3.1機(jī)械采油系統(tǒng)[2]

3.1.1 加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)優(yōu)化

抽汲參數(shù)優(yōu)化是改善設(shè)備運(yùn)行狀況、降低機(jī)采能耗最直接、最經(jīng)濟(jì)的手段。在參數(shù)調(diào)整過(guò)程中，針對(duì)部分低產(chǎn)井參數(shù)下調(diào)到最低仍不能滿足油井正常生產(chǎn)的問(wèn)題，積極采取各種措施，降低運(yùn)行參數(shù)，滿足抽油機(jī)井正常生產(chǎn)。

◇根據(jù)井況變化，及時(shí)對(duì)沖程、沖速等地面參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；

◇應(yīng)用節(jié)能優(yōu)化軟件，對(duì)泵徑、泵掛、桿管、沖程、沖速等參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化調(diào)整；

◇在抽油機(jī)井平衡度的控制上要加強(qiáng)平衡度調(diào)整的及時(shí)性。

3.1.2 加強(qiáng)井口管理

主要是采用高性能盤根和控制合理的盤根松緊程度，該項(xiàng)措施雖然單井節(jié)電量不大，但使用井?dāng)?shù)多，總體節(jié)電量比較明顯。

3.1.3 加強(qiáng)洗井管理

在洗井管理上，一是要提高洗井效果，延長(zhǎng)洗井周期，二是提高洗井效率，減少洗井水量和洗井時(shí)間，這樣不僅可以降低舉升能耗，還可以減少地面系統(tǒng)氣、電、水的消耗。

3.1.4 進(jìn)行電動(dòng)機(jī)合理匹配

隨著油井生產(chǎn)能力的變化，機(jī)采系統(tǒng)舉升能力始終存在匹配不合理的狀況，每年更換的新電動(dòng)機(jī)不能滿足需要，而更換下來(lái)的電動(dòng)機(jī)會(huì)閑置，在盡可能降低設(shè)備投入的前提下，應(yīng)加強(qiáng)不同采油井之間的電動(dòng)機(jī)更換調(diào)整。

3.1.5 抽油機(jī)井間抽時(shí)間調(diào)整

進(jìn)一步摸索抽油機(jī)間抽工作制度，根據(jù)液面恢復(fù)速度變化，及時(shí)調(diào)整間抽時(shí)間，避免抽油機(jī)抽汲參數(shù)過(guò)低，從而達(dá)到節(jié)能效果：既可以聚積采油能量和提高采油效率，又可節(jié)約間歇停井時(shí)的電量。

3.1.6 減少抽油機(jī)井各部分功率損失

根據(jù)抽油機(jī)系統(tǒng)的組成情況，可以把系統(tǒng)的功率損失分為以下幾部分：

◇電動(dòng)機(jī)損失，包括熱損失及機(jī)械損失；◇傳動(dòng)損失；

◇減速箱損失；

◇四連桿損失，主要是指軸承摩擦損失和鋼絲變形損失；

◇盤根盒損失；

◇光桿損失，主要是摩擦損失與彈性變形損失；

◇抽油泵損失，包括機(jī)械損失、容積損失和水力損失；

◇管柱部分損失。

3.1.7 提高機(jī)采井系統(tǒng)效率的措施

1）提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率：

◇根據(jù)抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載，由光桿功率確定合理電動(dòng)機(jī)的額定功率，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象；

◇采用軟啟動(dòng)控制柜，降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率；

◇應(yīng)用節(jié)能變壓器，利用永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)勵(lì)磁減少了勵(lì)磁電流和銅鐵損耗的特點(diǎn)，提高功率因數(shù)和運(yùn)行效率，配套使用變頻控制柜，加強(qiáng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備的防雨包扎和維護(hù)保養(yǎng)，定期潤(rùn)滑，減小機(jī)械磨損，提高電動(dòng)機(jī)輸出功率。

2）加強(qiáng)抽油機(jī)設(shè)備維護(hù)管理：

◇加強(qiáng)抽油機(jī)日常維護(hù)保養(yǎng)，定期進(jìn)行潤(rùn)滑，降低機(jī)械磨阻耗能，提高抽油機(jī)運(yùn)行效率；

◇ 對(duì)平衡率低于 85%和高于 115% 的抽油機(jī)及時(shí)調(diào)整平衡度，降低電流峰值，從而降低電動(dòng)機(jī)耗能。

3）加強(qiáng)油井日常管理：

◇對(duì)含蠟高、管線長(zhǎng)的井定期熱洗或沖管線，降低懸點(diǎn)載荷和井口回壓，減少電動(dòng)機(jī)耗能；

◇及時(shí)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)井示功圖和動(dòng)液面，對(duì)泵漏或管漏的井進(jìn)行維護(hù)作業(yè)恢復(fù)正常生產(chǎn)；對(duì)供液不足的井要降低工作參數(shù)；

◇合理控制套管氣，減少氣體影響，提高泵效。

4）優(yōu)化管桿柱設(shè)計(jì)。根據(jù)地層供液能力確定泵掛深度，油井保持合理的沉沒(méi)度，過(guò)深的管桿不僅增加了抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷，還使沖程損失增大。在深抽井生產(chǎn)中，油管下部應(yīng)使用油管錨固定。

3.2加熱爐熱工系統(tǒng)[3]

3.2.1 加熱爐熱效率偏低原因

1）爐體內(nèi)結(jié)垢。加熱爐運(yùn)行一定時(shí)間后，爐體內(nèi)壁及換熱管會(huì)聚結(jié)污垢，導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低、燃料消耗量大和運(yùn)行成本增加。

2）加熱爐運(yùn)行負(fù)荷低。由于其散熱損失是一定的，所以過(guò)低的熱負(fù)荷將導(dǎo)致熱效率偏低。

3）排煙溫度過(guò)高，過(guò)?？諝庀禂?shù)偏大。當(dāng)加熱爐運(yùn)行過(guò)程中排煙溫度過(guò)高、過(guò)剩空氣系數(shù)偏大時(shí)，加熱爐熱損失增大，降低了加熱爐效率。

3.2.2 提高加熱爐熱效率的主要方法

1）加強(qiáng)操作管理。建立健全必要的熱工測(cè)量制度，實(shí)行加熱爐控制運(yùn)行，制定出司爐工操作規(guī)程，提高操作工技術(shù)水平，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，使各項(xiàng)操作參數(shù)均保持在最佳狀態(tài)。

2）改善燃燒條件，強(qiáng)化傳熱。當(dāng)天然氣質(zhì)量比較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致加熱爐燃燒器結(jié)焦，應(yīng)在燃?xì)夤芫€上加裝燃?xì)鈨艋?。加熱爐的主要傳熱元件是爐管，可采取強(qiáng)化傳熱——在爐膛內(nèi)涂刷遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料，采用輻射吸熱原理來(lái)提高爐膛吸熱能力和爐效。

3）改善爐體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用更合理的爐體結(jié)構(gòu)，避免回火或排煙溫度過(guò)高，同時(shí)采用更為合理的保溫層結(jié)構(gòu)。

4）定期清洗爐體。定期清洗爐管和爐體內(nèi)壁，提高爐管的換熱系數(shù)，減少傳導(dǎo)熱阻，使介質(zhì)高效吸收爐膛熱量，提高爐效。

5）按季節(jié)變化合理配置運(yùn)行臺(tái)數(shù)，以提高負(fù)荷率。對(duì)于未進(jìn)行自動(dòng)化改造的加熱爐，應(yīng)安裝必要的監(jiān)測(cè)儀表，使操作人員及時(shí)掌握加熱爐的燃燒狀況。

6）降低過(guò)剩空氣系數(shù)，提高監(jiān)測(cè)次數(shù)，實(shí)時(shí)掌握其運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)節(jié)配風(fēng)量，從而降低各項(xiàng)損失。加強(qiáng)爐體保溫，降低加熱爐本體漏風(fēng)量，提高爐效，節(jié)約能源。

3.3集輸泵系統(tǒng)[4]

提高集輸泵系統(tǒng)運(yùn)行效率途徑主要有兩方面：

1）改進(jìn)泵體結(jié)構(gòu)。如泵減級(jí)，泵涂膜技術(shù)的應(yīng)用。

2）降低閥阻損失。最早的控制泵輸出流量方法就是調(diào)整閥門開(kāi)度，但閥阻損失較大。現(xiàn)在主要是通過(guò)變頻器控制技術(shù)來(lái)降低閥阻損失。

當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，原來(lái)按工頻狀態(tài)設(shè)計(jì)的泵與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)均發(fā)生了較大的變化。另外與調(diào)速泵并列運(yùn)行的定速泵等因素會(huì)對(duì)調(diào)速的范圍產(chǎn)生一定影響，超范圍調(diào)速難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，因此，變頻調(diào)速不可能無(wú)限制調(diào)速。

理論上，水泵調(diào)速高效區(qū)為通過(guò)工頻高效區(qū)左右端點(diǎn)的兩條相似工況拋物線的中間區(qū)域。實(shí)際上，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速過(guò)小時(shí)，泵的效率將急劇下降，受此影響，水泵調(diào)速高效區(qū)萎縮，若運(yùn)行工況點(diǎn)已超出該區(qū)域，則不宜采用調(diào)速來(lái)節(jié)能。

實(shí)踐中，集輸系統(tǒng)往往是多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行。由于投資昂貴，不可能將所有機(jī)泵全部調(diào)速，所以一般采用調(diào)速泵、定速泵混合運(yùn)行。在這樣的系統(tǒng)中，應(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。

3.4注水系統(tǒng)[5]

杏西油田注水設(shè)備采用柱塞泵，提高注塞泵效率主要依靠變頻技術(shù)的應(yīng)用。

泵機(jī)組負(fù)載多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來(lái)選型，實(shí)際應(yīng)用中大部分時(shí)間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)。泵流量的設(shè)計(jì)為最大流量，壓力的調(diào)控方式只能通過(guò)控制閥門開(kāi)度的大小控制。如此運(yùn)行不僅增大了閥門的節(jié)流損失，浪費(fèi)了大量電能，而且如果閘門節(jié)流調(diào)整不適當(dāng)，機(jī)泵就很容易偏離高效段或超載運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)泵的故障率增高，縮短了機(jī)組的使用壽命。此時(shí)泵需要在很高的壓差下工作，因此泵的能量輸出比實(shí)際系統(tǒng)需要多得多，多余的能量在閥上表現(xiàn)為熱量損耗，并被液體流動(dòng)時(shí)帶走。采用變頻器直接控制泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，利用變頻器內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持恒定的壓力，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進(jìn)一步提高。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大的電動(dòng)機(jī)的軟停、軟啟，避免了啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無(wú)功損耗。對(duì)于柱塞泵變頻，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況的不同，其調(diào)速范圍為60%～100%，節(jié)能效果明顯，在負(fù)荷波動(dòng)大、需要進(jìn)行液量調(diào)節(jié)控制的環(huán)節(jié)安裝效果更好。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著杏西油田的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)建設(shè)，油水井?dāng)?shù)增加，地面規(guī)模擴(kuò)大，節(jié)能管理點(diǎn)增多，節(jié)能挖潛難度加大，控制能耗增長(zhǎng)的難度增大。近年來(lái)，通過(guò)節(jié)能設(shè)備更新改造，加強(qiáng)精細(xì)管理，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，使杏西油田機(jī)采井系統(tǒng)效率逐年提高，但由于產(chǎn)量低、井深，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低，提高舉升系統(tǒng)效率問(wèn)題亟需解決。

杏西油田區(qū)塊小而分散，同一區(qū)塊內(nèi)注水井注入壓力差值大，注水站的泵井壓差在 1.20～6.0MPa之間。為滿足注水井最高注入壓力的要求，注水站的注水泵在高壓下運(yùn)行，其他注水井使用注水閥門控制壓力以滿足注入要求，造成較大的壓力損失，致使注水系統(tǒng)能耗較高。

杏西油田通過(guò)應(yīng)用樹(shù)狀電加熱流程、油氣混輸以及熱電聯(lián)供等新技術(shù)，生產(chǎn)耗氣逐步下降，總能耗得到控制，但同時(shí)造成耗電量的上升。

[1]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY/T6275—2007 油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范.北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[2]朱君.節(jié)能抽油機(jī)節(jié)能效果對(duì)比試驗(yàn)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2006,35(3)：60-62.

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2013-07-20）

劉克讓，工程師，1996年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，從 事 集 團(tuán) 公 司 節(jié) 能 節(jié) 水 技 術(shù) 評(píng) 價(jià) 工 作 ， E-mail： liukr0459@cnpc. com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路 552 號(hào)，163453。