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摘 要： 摘要：結(jié)合生產(chǎn)實踐，分析油田企業(yè)生產(chǎn)過程中，機采、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題，通過典型節(jié)能技術應用案例分析，總結(jié)了系統(tǒng)和部分高效節(jié)能設備等節(jié)能技術與實現(xiàn)途徑。 關鍵詞：油田;節(jié)能技術;潛力;途徑 引言 在原油開
摘要：結(jié)合生產(chǎn)實踐，分析油田企業(yè)生產(chǎn)過程中，機采、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題，通過典型節(jié)能技術應用案例分析，總結(jié)了系統(tǒng)和部分高效節(jié)能設備等節(jié)能技術與實現(xiàn)途徑。
關鍵詞：油田;節(jié)能技術;潛力;途徑
引言
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(chǎn)原油2.04×10t，天然氣988×10。m，綜合能源消費量約為6.2×10噸標準煤，占自產(chǎn)一次能源的15%左右。
企業(yè)節(jié)能降耗有工藝技術進步、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，油田企業(yè)在技術節(jié)能方面，從堵跑、冒、滴、漏，到開展單元設備、單項工藝的節(jié)能技術改造，再到開展系統(tǒng)優(yōu)化，提高系統(tǒng)的運行效率，以及各耗能系統(tǒng)相互之間節(jié)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(chǎn)中的節(jié)能技術不斷朝著深人細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)過程中的能耗環(huán)節(jié)
油田生產(chǎn)中機采、注水、集輸、供配電、熱力等工藝系統(tǒng)是生產(chǎn)耗能的“五大系統(tǒng)”，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;電力主要用于機采、注水、集輸系統(tǒng)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%～3O%。
1.1機采系統(tǒng)
機械采油是將電能轉(zhuǎn)換為機械能從地面?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。機采系統(tǒng)效率是指傳給液體的有效能量與輸入系統(tǒng)的能量之比。機械采油系統(tǒng)節(jié)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(jié)構(gòu)、原油物性反差、設備工況、管理水平以及產(chǎn)液量計量和測試條件都會影響能耗。影響機采系統(tǒng)效率的主要環(huán)節(jié)有：拖動裝置、抽油機、抽油桿、井下管注和井口裝置等。
1.2注水系統(tǒng)
要增加地層壓力。油田注水耗電平均占油田生產(chǎn)用電的20%以上，影響注水系統(tǒng)效率的主要環(huán)節(jié)有：注水泵機組、主水管網(wǎng)、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(tǒng)節(jié)點潛力分析如表2所示。
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)儲存、計量后進油庫或輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計，40%，所消耗熱能和電能是油田節(jié)能的重點對象。集輸系統(tǒng)分為集油、脫水、穩(wěn)定、儲運等環(huán)節(jié)。影響集輸系統(tǒng)效率的主要環(huán)節(jié)有泵機組、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%～集輸系統(tǒng)節(jié)點潛力分析如表3所示。
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)合站庫的保溫。供熱的主要設備是鍋爐、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(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)點潛力分析如表4所示。
1.5供配電系統(tǒng)
配電變壓器和配電線路，一般是指6(10)kV及以油田供配電系統(tǒng)通常分為供電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩下電壓等級的線路，主要任務是為用電設備分配電大部分。供電網(wǎng)是指6(10)kV以上電壓等級的線能。影響供配電系統(tǒng)效率主要環(huán)節(jié)有供配電線路，用于電力的遠距離輸送，由變電站、輸電線路和路、變壓器等。供配電系統(tǒng)節(jié)點潛力分析如表5所白備電廠組成。配電網(wǎng)是指直接供應生產(chǎn)設備的示。
2油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能技術途徑
2.1機采系統(tǒng)
1)改造常規(guī)抽油機、淘汰落后的抽油機，選用節(jié)能型抽油機，加強抽油機日常維護、保養(yǎng)和維修，加大抽油機調(diào)平衡力度。
2)合理匹配節(jié)能型電機，如高轉(zhuǎn)差、超高轉(zhuǎn)差電動機，變頻調(diào)速電動機、稀土永磁同步電動機等)，淘汰低效高耗能電機。
3)推廣應用電容補償、降壓運行、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)換和無功補償?shù)目刂破鳌?/p>
4)油井參數(shù)自動監(jiān)測優(yōu)化運行，優(yōu)化油井參數(shù)，進行偏磨治理，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)化設計機采系統(tǒng)，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(tǒng)管理、實施智能間隙采油技術等，達到降低機采系統(tǒng)能耗的目的。
2.2注水系統(tǒng)
1)降低電動機損失。選擇節(jié)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效區(qū);加強維修，防腐蝕，以保持泵效。
3)注水泵排量節(jié)能調(diào)節(jié)。如拆級改造、變頻調(diào)速控制開泵臺數(shù)、泵出口閥門開度、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)運行;對注水壓力相差較大的系統(tǒng)，實施高低壓系統(tǒng)分離，進行分層分壓注水;對少數(shù)不能完成配置水量的注水井在井口增設增壓泵，實施單井增注，以降低系統(tǒng)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(shù)補償，輸油泵變頻調(diào)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(wǎng)優(yōu)化調(diào)整，推廣應用原油密閉集輸、不加熱集輸、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(fā)動機等技術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。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(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，實際空氣量與理論空氣量之比為過剩空氣系數(shù)。加熱爐負荷率在70%～100%時，最佳過剩空氣系數(shù)，重油為1.05—1.15，天然氣為1.1～1.2。排煙溫度一般要求控制在180℃左右(當排煙溫度過低，使爐子受熱面的金屬壁溫低于煙氣露點溫度時，會產(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(wǎng)優(yōu)化。優(yōu)化供熱管網(wǎng)設計，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、利用率低的問題。
2.5供配電系統(tǒng)
1)電網(wǎng)的優(yōu)化運行。在保證供電安全和質(zhì)量的基礎上，通過電力線路運行方式和負載的經(jīng)濟調(diào)配與供電線路運行位置的優(yōu)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(shù)。首先是無功補償，交流電在通過純電阻的時候，電能都轉(zhuǎn)成了熱能，而在通過純?nèi)菪曰蛘呒兏行载撦d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?nèi)菪载撦d或者純感性負載，一般都是混合性負載，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(shù)小于1，為了提高電能的利用率，就要進行無功補償。其次是配電網(wǎng)的三級無功優(yōu)化補償(電動機的低壓無功就地補償、配電網(wǎng)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(shù)。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(jīng)濟運行。選用節(jié)能型變壓器，淘汰低效高耗變壓器。選取變壓器最佳運行方式、負載調(diào)整的優(yōu)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(cè)的功率因數(shù)。節(jié)能型變壓器經(jīng)濟負
2.6部分高效節(jié)能設備
1)高效三相分離器。如HNS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(tǒng)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(tǒng)流程中的復雜工藝和各種設備，簡化工藝，獲得較好的經(jīng)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(qū)動裝置、螺桿泵井工況分析、診斷及監(jiān)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(jié)能效果顯著。
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3典型節(jié)能技術應用及效果分析
3.1抽油機無功補償節(jié)能技術
機采電力系統(tǒng)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(shù)，降低無功損耗。
通過采用無功補償技術，可以提高用電質(zhì)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(jié)約用電、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)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A井，進行了電動機功率因數(shù)補償試驗。荷率約為0.4，經(jīng)濟運行范圍為0.23～0.69。A井安裝電容補償現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)如表6所示。
A井日產(chǎn)液量9.4t，日產(chǎn)油量2.8t，含水70%，動液面422m，示功圖顯示正常，電動機為22kW普通電動機。從表6看出，在補償7.5kvar電容后，功率因數(shù)由原來的未補償前的0.408提高到0.714，再增補5kvar的電容后，功率因數(shù)由0.714提高到0.918。
借鑒這口井改造的經(jīng)驗，又在功率因數(shù)較低的101口井上應用，功率因數(shù)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。
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(xiàn)象，實現(xiàn)電動機軟啟動，并將再生電能反饋回電網(wǎng)。
可配合井下狀態(tài)，根據(jù)需要調(diào)整生產(chǎn)沖次、從而提高抽油機的工作效率。實現(xiàn)柔性啟動，降低了對電網(wǎng)的沖擊，延長電動機和機械設備的使用壽命。可實現(xiàn)再生電能的回饋，達到節(jié)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(jīng)測試平均節(jié)電率達到了32.53%，噸液單耗下降36.61%，油井系統(tǒng)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(chǎn)液量29.75t計算，推廣應用34臺能量反饋式變頻器年節(jié)電量為121.6萬kWh。經(jīng)比對測試綜合節(jié)電率達到29.5%，單井可節(jié)電2.75萬kWh，投資回收期2年。
3.3注水泵變頻調(diào)速技術
油田注水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術，可實現(xiàn)恒壓注水，同時解決“大馬拉小車”和節(jié)流造成的能量損失。
實現(xiàn)了無極調(diào)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(yōu)化運行參數(shù)，延長機泵使用壽命。經(jīng)測試，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臺離心注水泵，1用2備，電機運行電流180～190A。泵出口平均壓力為20MPa，流量225m/h左右(平均5400m。/d)。為適應注水量的變化，只能通過開泵臺數(shù)或人工調(diào)節(jié)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(jié)流嚴重，注水干線壓力不穩(wěn)定，設備老化。
2010年，該注水站應用了閉環(huán)控制變頻調(diào)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0.5MPa，經(jīng)測算，采油廠注水用電單耗由10.238kWh/m下降到9.629kWh/m3，下降了9.629kWh/m，日節(jié)電3288kwh。
3.4離心泵注水站自動化監(jiān)控技術
通過采用先進的DCS智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對注水泵的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)的采集、異常事故處理和報表的自動統(tǒng)計打印功能。
注水站生產(chǎn)設備實現(xiàn)自動檢測和監(jiān)控，改善了原來依靠人工操作和調(diào)節(jié)造成的生產(chǎn)調(diào)節(jié)不及時、注水泵偏離最佳工況點、系統(tǒng)運行效率低和故障頻繁等問題，提高了泵站的系統(tǒng)運行效率。
玉門油田與有關研究單位共同開發(fā)了離心泵注水站遠程自動檢測和監(jiān)控系統(tǒng)，并在5座注水站推廣應用，其中有4座注水站實現(xiàn)了自動化控制。自投運以來均未發(fā)生過生產(chǎn)事故，平均泵干壓差由1.5MPa下降為0.46MPa，降低了0.69MPa。
通過應用該系統(tǒng)后，經(jīng)測試注水系統(tǒng)效率由72.3%提高到77.5%，提高了5.2%。
3.5污水處理余熱利用節(jié)能技術
油田在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量含油污水，這些含油污水的溫度往往較高，有的甚至可達58℃。這部分熱能的特點是品位比較低，利用熱泵來提高其溫度，節(jié)省下來的燃氣或燃油可為產(chǎn)品銷售，有較好的經(jīng)濟效益。
該技術是利用污水處理站含油污水的余熱，通過熱泵技術對原油進行預熱，同時為站內(nèi)冬季供暖。滿足了原油加熱的需要。
玉門采油廠原油處理站，每天產(chǎn)出16000t含油污水，經(jīng)過處理后污水溫度為50℃。采用熱泵技術后，經(jīng)測試計算，將2200t/d原油由48℃提高到6O℃，每年可節(jié)氣69萬m。
4結(jié)論
油田生產(chǎn)是油藏工程、采油工程和地面工程密切結(jié)合、各專業(yè)協(xié)調(diào)一致的龐大的系統(tǒng)工程。因而，油田節(jié)能技術途徑除上述涉及的外還有很多，而且節(jié)能技術也在不斷發(fā)展。未來油田節(jié)能技術必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合，在地上地下整體優(yōu)化技術、機采系統(tǒng)配套節(jié)能技術、油氣集輸節(jié)能技術、采出水余熱利用配套技術、稠油熱采配套節(jié)能技術、新能源與可再生能源等方面加大研發(fā)和應用力度，通過生產(chǎn)工藝技術的進步推動節(jié)能降耗，節(jié)能技術的發(fā)展促進生產(chǎn)工藝改進。