大庆杏西油田能源利用分析

2013-05-05刘克让崔嵬张晓磊大庆石油管理局技术监督中心

石油石化节能 2013年10期

刘克让崔嵬张晓磊（大庆石油管理局技术监督中心）

大庆杏西油田能源利用分析

刘克让崔嵬张晓磊（大庆石油管理局技术监督中心）

在能源普遍紧张的情况下，作为产能用能大户的油田企业加强节约用能，实现能源的综合利用非常重要。通过对杏西油田能源综合利用情况进行分析，提出提高杏西油田能源综合利用水平的对策方法，使杏西油田机采井系统效率逐年提高，为杏西油田开展节能节水工作、实施节能节水技术改造、提高经济效益提供了技术支持。

杏西油田能源利用系统效率评价

杏西油田位于萨尔图油层和葡萄花油层以及萨尔图油层与葡萄花油层间过渡带上，属于低渗透油田。油田能耗主要体现在机械采油系统、注水系统、集输系统等三个方面，主要消耗能源包括电力、水、天然气等，其中，天然气在消耗的各种能源中所占的比例最大，其消耗量占总能源消耗量的70%以上，主要作为加热炉的燃料，用于提供原油处理、输送及站区冬季取暖所需的热能。

1 杏西油田能源消耗特点

杏西油田主要耗能系统及设备见表1。

杏西油田电力消耗分为生产设备耗电和其他耗电。2011 年，杏西油田总耗电 3698640kWh，其中生产设备耗电 3457660kWh，占总耗电 93.48%，其他耗电 240980kWh占总耗电6.52% （表2）。

杏西油田天然气消耗主要分为生产耗气和采暖耗气。生产耗气占总耗气 69.37%，采暖耗气占总耗气 30.63%。

杏西作业区共有4口水源井，提供系统用水、生活用水、外部用水。2011 年系统用水 20989m3，生活用水 3276m3，外部用水 180m3。杏西油田2011年整体用能情况见表3。

表2 杏西油田2011年电力消耗特点

表3 杏西油田2011年整体用能情况

为了解杏西油田能耗设备是否达到节能评价要求，集团公司节能技术评价中心对杏西油田能耗系统进行了测试。

1.1站用能耗设备运行状况

杏西联合站始建于 1980 年， 1982 年 10 月投产，主要负责杏西油田的原油处理油田注水和配电任务，全站分为集输、注水两大系统，主要消耗能源是电力和天然气。电力消耗设备主要是各类机泵，天然气消耗设备主要是加热炉。

◇ 加热炉平均运行效率为 83.46%，平均日耗气量 2453m3；

◇ 输油热洗泵平均机组效率 49.24%，平均单耗 0.64kWh/m3，泵机组平均日耗电 604kWh；

◇ 注水泵平均机组效率 75.26%，平均日耗电2639kWh，注水泵平均单耗 7.56kWh/m3。

1.2采油用能耗设备运行状况

采油用耗能设备主要是机械采油井，主要消耗能源是电力。抽油机井系统效率平均 23.83%，抽油机井单耗平均 1.49kWh/（100m · t）；采油系统平均日耗电6230kWh。

2 杏西油田能耗系统分析[1]

2.1采油系统

根据 SY/T6275—2007《油田生产系统节能监测规范》中的规定，抽油机井系统效率节能评价值大于或等于 29/k1k2。大庆油田第九采油厂杏西油田属于低渗透油田，平均泵挂深度小于 1500m， k1取 1.4， k2取 1.0，杏西油田抽油机井节能评价值为20.71%。杏西油田所测抽油机井有 7 口没有达到节能评价值。

采油系统部分抽油机井系统效率没达到节能评价值的主要原因是产液量较小，平均产液量 5.6t，系统效率平均 13.3%。井下部分可实施各种作业、泵杆柱优化设计、检泵等手段和措施；地上部分可通过优化参数、调参、调平衡、采用节能电动机等节能措施，使运行系统效率达到 20.71%节能评价指标，年可节电 45744.72kWh。

2.2加热炉热工系统

根据 SY/T6275—2007《油田生产系统节能监测规范》中的指标要求，杏西油田 1#加热炉热效率节能评价值大于或等于 85%，所测 1#加热炉热效率没有达到节能评价值指标，主要原因是加热炉各项热损失较大。影响热损失的主要因素有过剩空气系数、排烟温度、炉体保温等（表4）。可通过降低排烟温度和过剩空气系数、提高换热效率等措施，使加热炉热效率达到 85%节能评价指标，年可节气10774.8m3。

表4 采油九厂杏西油田 1#加热炉测试数据

2.3集输泵机组系统

根据 SY/T6275—2007《油田生产系统节能监测规范》中的指标要求，杏西油田 1#输油泵机组效率节能评价值大于或等于 46%，所测 1#输油泵机组效率没有达到节能评价值指标，主要原因包括以下因素：电动机效率、传动效率、泵效率、泵体结垢和密封等（表5）。可通过提高电动机负荷、泵涂膜、变频等措施，使输油泵机组效率达到 46%节能评价指标，年可节电 7796.4kWh。

表5 采油九厂杏西油田 1#输油泵测试数据

2.4注水系统

根据 SY/T6275—2007 《油田生产系统节能监测规范》中的指标要求，杏西油田 1#注水泵系统效率节能评价值大于或等于54%，机组效率节能评价值大于或等于 78%，所测 1#注水泵机组效率和系统效率没有达到节能评价值指标，主要原因包括以下因素：电动机效率、传动效率、泵效率、管网效率、泵体结垢和密封等（表6）。可通过提高电动机负荷、变频等措施，使注水泵机组效率达到78%节能评价指标，年可节电 23738.4kWh。

表6 采油九厂杏西油田 1#注水泵测试数据

3 提高杏西油田能源利用效率对策

杏西油田于 1982年正式投入开发至今，由于各种节能配套设施的不断应用，能源消耗总量得到控制，但节能挖潜难度越来越大。为控制杏西油田生产能耗，提高能源利用效率，要对已建用能系统进行挖潜，减少不合理用能。

3.1机械采油系统[2]

3.1.1 加强生产过程中的参数优化

抽汲参数优化是改善设备运行状况、降低机采能耗最直接、最经济的手段。在参数调整过程中，针对部分低产井参数下调到最低仍不能满足油井正常生产的问题，积极采取各种措施，降低运行参数，满足抽油机井正常生产。

◇根据井况变化，及时对冲程、冲速等地面参数进行调整；

◇应用节能优化软件，对泵径、泵挂、杆管、冲程、冲速等参数进行综合优化调整；

◇在抽油机井平衡度的控制上要加强平衡度调整的及时性。

3.1.2 加强井口管理

主要是采用高性能盘根和控制合理的盘根松紧程度，该项措施虽然单井节电量不大，但使用井数多，总体节电量比较明显。

3.1.3 加强洗井管理

在洗井管理上，一是要提高洗井效果，延长洗井周期，二是提高洗井效率，减少洗井水量和洗井时间，这样不仅可以降低举升能耗，还可以减少地面系统气、电、水的消耗。

3.1.4 进行电动机合理匹配

随着油井生产能力的变化，机采系统举升能力始终存在匹配不合理的状况，每年更换的新电动机不能满足需要，而更换下来的电动机会闲置，在尽可能降低设备投入的前提下，应加强不同采油井之间的电动机更换调整。

3.1.5 抽油机井间抽时间调整

进一步摸索抽油机间抽工作制度，根据液面恢复速度变化，及时调整间抽时间，避免抽油机抽汲参数过低，从而达到节能效果：既可以聚积采油能量和提高采油效率，又可节约间歇停井时的电量。

3.1.6 减少抽油机井各部分功率损失

根据抽油机系统的组成情况，可以把系统的功率损失分为以下几部分：

◇电动机损失，包括热损失及机械损失；◇传动损失；

◇减速箱损失；

◇四连杆损失，主要是指轴承摩擦损失和钢丝变形损失；

◇盘根盒损失；

◇光杆损失，主要是摩擦损失与弹性变形损失；

◇抽油泵损失，包括机械损失、容积损失和水力损失；

◇管柱部分损失。

3.1.7 提高机采井系统效率的措施

1）提高电动机的运行效率：

◇根据抽油机运行时的负载，由光杆功率确定合理电动机的额定功率，防止出现“大马拉小车”现象；

◇采用软启动控制柜，降低电动机启动电流，提高电动机负载率；

◇应用节能变压器，利用永磁电动机转子永磁磁场励磁减少了励磁电流和铜铁损耗的特点，提高功率因数和运行效率，配套使用变频控制柜，加强电动机设备的防雨包扎和维护保养，定期润滑，减小机械磨损，提高电动机输出功率。

2）加强抽油机设备维护管理：

◇加强抽油机日常维护保养，定期进行润滑，降低机械磨阻耗能，提高抽油机运行效率；

◇ 对平衡率低于 85%和高于 115% 的抽油机及时调整平衡度，降低电流峰值，从而降低电动机耗能。

3）加强油井日常管理：

◇对含蜡高、管线长的井定期热洗或冲管线，降低悬点载荷和井口回压，减少电动机耗能；

◇及时监测抽油机井示功图和动液面，对泵漏或管漏的井进行维护作业恢复正常生产；对供液不足的井要降低工作参数；

◇合理控制套管气，减少气体影响，提高泵效。

4）优化管杆柱设计。根据地层供液能力确定泵挂深度，油井保持合理的沉没度，过深的管杆不仅增加了抽油机悬点载荷，还使冲程损失增大。在深抽井生产中，油管下部应使用油管锚固定。

3.2加热炉热工系统[3]

3.2.1 加热炉热效率偏低原因

1）炉体内结垢。加热炉运行一定时间后，炉体内壁及换热管会聚结污垢，导致换热效率降低、燃料消耗量大和运行成本增加。

2）加热炉运行负荷低。由于其散热损失是一定的，所以过低的热负荷将导致热效率偏低。

3）排烟温度过高，过剩空气系数偏大。当加热炉运行过程中排烟温度过高、过剩空气系数偏大时，加热炉热损失增大，降低了加热炉效率。

3.2.2 提高加热炉热效率的主要方法

1）加强操作管理。建立健全必要的热工测量制度，实行加热炉控制运行，制定出司炉工操作规程，提高操作工技术水平，加强维护保养，使各项操作参数均保持在最佳状态。

2）改善燃烧条件，强化传热。当天然气质量比较差时，会导致加热炉燃烧器结焦，应在燃气管线上加装燃气净化器。加热炉的主要传热元件是炉管，可采取强化传热——在炉膛内涂刷远红外节能涂料，采用辐射吸热原理来提高炉膛吸热能力和炉效。

3）改善炉体结构。应用更合理的炉体结构，避免回火或排烟温度过高，同时采用更为合理的保温层结构。

4）定期清洗炉体。定期清洗炉管和炉体内壁，提高炉管的换热系数，减少传导热阻，使介质高效吸收炉膛热量，提高炉效。

5）按季节变化合理配置运行台数，以提高负荷率。对于未进行自动化改造的加热炉，应安装必要的监测仪表，使操作人员及时掌握加热炉的燃烧状况。

6）降低过剩空气系数，提高监测次数，实时掌握其运行状态，根据监测结果及时调节配风量，从而降低各项损失。加强炉体保温，降低加热炉本体漏风量，提高炉效，节约能源。

3.3集输泵系统[4]

提高集输泵系统运行效率途径主要有两方面：

1）改进泵体结构。如泵减级，泵涂膜技术的应用。

2）降低阀阻损失。最早的控制泵输出流量方法就是调整阀门开度，但阀阻损失较大。现在主要是通过变频器控制技术来降低阀阻损失。

当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电动机的运行参数均发生了较大的变化。另外与调速泵并列运行的定速泵等因素会对调速的范围产生一定影响，超范围调速难以实现节能的目的，因此，变频调速不可能无限制调速。

理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能。

实践中，集输系统往往是多台泵并联运行。由于投资昂贵，不可能将所有机泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合运行。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。

3.4注水系统[5]

杏西油田注水设备采用柱塞泵，提高注塞泵效率主要依靠变频技术的应用。

泵机组负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态。泵流量的设计为最大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门开度的大小控制。如此运行不仅增大了阀门的节流损失，浪费了大量电能，而且如果闸门节流调整不适当，机泵就很容易偏离高效段或超载运行，导致机泵的故障率增高，缩短了机组的使用寿命。此时泵需要在很高的压差下工作，因此泵的能量输出比实际系统需要多得多，多余的能量在阀上表现为热量损耗，并被液体流动时带走。采用变频器直接控制泵类负载是一种最科学的控制方法，利用变频器内置 PID 调节软件，直接调节电动机的转速，保持恒定的压力，从而满足系统要求的压力。同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软启，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。对于柱塞泵变频，根据现场工况的不同，其调速范围为60%～100%，节能效果明显，在负荷波动大、需要进行液量调节控制的环节安装效果更好。