许佳伟

（克拉玛依红山油田有限责任公司，新疆克拉玛依 834000）

新时期国家安全以确保经济持续增长为核心，石油这一战略物资在我国国民经济发展中起着关键作用。中国是一个石油大国，具有巨大的发展潜力，但也面临着丰富的油气资源匮乏问题。近年来，随着国内油价持续攀升以及对外依存度不断上升，已成为影响社会稳定、制约国民经济增长的重要因素之一。在未来相当长一段时期内仍将如此。以国土面积为基准累计探明可采储藏量，剩余可采储藏量及产量在我国都明显低于世界平均值，每年新探明可采储藏无法补偿同期产量。

1 油气集输系统能耗的现状及意义

受油田老化及其他原因影响我国石油产量仍呈逐年递减态势。2018年全国共有油田746个，其中大部分油田已进入开发后期阶段，如克拉玛依、塔里木等大型油气田，其剩余储量丰富，但部分油田存在着储藏量少、低品位高、工艺要求高等问题；这些油田的储量占全国总储量的比重很小，且大部分为可采储藏量少的优质资源（如低渗、特低渗油和稠油），其中有超过3 500万t储量属于深层油。其中，低产低效井占到了70%左右，大部分油井处于高含水阶段，原油采收率普遍低于60%，部分地区甚至出现产液递减现象。这些都严重制约着我国经济的可持续发展。随着勘探开发的不断深入，对石油资源的需求也越来越大。现阶段我国对油气进口高速增长的反应力量与机制还不够完善，所以优化我国能源消费结构，节能与节油仍是现阶段的首要对策。

2 油气集输工艺

2.1 双管掺稀油集输工艺

新疆采油厂稠油中掺稀油利用了2种原油黏度相差大，但互溶性良好的特性，以一定的比例相互溶解，赋予了它们全新的黏度及物性，实现稠油降黏。稠油掺稀油能有效地降低稠油的黏度，满足其降黏需求；由于掺稀油本身存在较高的凝点和密度，因此需要进行加温处理后才能使用，这样既增加了生产成本，又影响生产效益。它是在现有的转油站或联合站上增加一个掺稀油系统来完成稀油的计量、输送及升压等作业。它的掺液比（稠油∶稀油）通常在1∶（0.3~0.7）之间，与掺活性水比较，液量可降低一半多，极大降低了集输过程各道工序负荷，还可相应降低用能设备及动力消耗。

2.2 单管加热集油工艺

油井来液在井口加热炉内升温后输送到计量站或者转油站。这种工艺集油流速通常小于0.5m/s，适合黏度不超过3 000mPa/s，单井产液量不少于30t/d，井口出油温度超过40℃的稠油集输。与常规原油脱水处理相比，具有设备紧凑、占地面积小、运行费用低、操作弹性大等优点，能有效地降低能耗，提高经济效益，工艺简单，易于管理，投资小。如图1所示。

图1 单管加热集油工艺流量

3 集输系统能耗评价方法

3.1 能量系统平衡方法

以热力学第一定律为基础所建构的传统能耗评价体系只是对原油集输中能之“量”的变换、转移、使用与损耗的简单描述，并未对原油集输中“质之变化”做出综合反应，传统能耗评价体系在越来越多的用能实际中已显露出其无法回避的局限。以热力学第1，2定律为基础所建立的原油质能衰退评价体系正好弥补传统分析体系的缺陷，将能之量与质有机融合，能更加深入地揭示出原油质能衰退这一实质。

为此，本文以原油集输系统为研究对象，以原油集输过程中存在的问题为研究对象，基于原油集输系统能耗传递相关理论与方法，并结合原油集输系统常规能耗评价体系，构建出一套较为科学与完善的原油集输系统耗能测试方法，不仅对原油集输系统传统耗能评价指标体系进行有益补充与拓展，而且对集输系统的后续节能挖潜工作也具有一定的理论支撑。

3.2 㶲平衡模型

㶲是指当能量、物质系统仅有环境作用时，通过可逆过程使其达到与其周围的环境状态相平衡时，所能发挥的最大可用功。进出系统是评价能量利用状况的重要指标之一。它既可以从热力学角度进行定性研究，也可以运用数学物理方法定量计算。其主要特点有：①定性分析；②定量分析；③综合评价。目前国内外对该问题已有不少论述。高达分析法清楚地显示出不同能量存在着质上的差异，在进行分析时既反映了能的数量又反映了质的功能。

根据质能蜕变原理，我们知道能在转移或变换过程中质能逐渐下降，从而推断出定量能在转移或者变换过程中量虽没有变化，但是它的质能却逐渐下降，这说明质能并没有守恒，而没有守恒是因为部分质能在转移与变换过程中向更高层次发生了转变，而这一转变，对于系统内而言就是质能耗散，也就是系统外的质能损耗。

4 准东采油厂集输系统能耗测算与节能分析

结合准东采油厂采油井作业一区集输系统各个环节以及耗能设备冬季与夏季生产统计数据与现场试验数据：评估了集输系统加热炉与机泵耗能试验结果，分析了设备评估不达标的原因，针对具体情况提出了相应的改造意见，根据各个集输站现场的效率与单耗计算结果对站内用能状况进行了分析，针对各个站内耗能设备的改造状况，预测出了站内节能潜力，计算了不同型式集输管线耗能状况，分析了能损率分布，着重研究了能损率较大的集输管线在冬季与夏季运行工况下的最佳调整方案。

4.1 加热炉能耗测算与节能分析

为全面、准确地分析新疆采油厂采油井一区集输系统加热炉运行状况，本研究分冬夏两季对所操作加热炉进行综合试验评估。结果表明：各加热炉在正常工况下处于良好状态，但也存在一些问题和隐患，根据现场实际提出了针对性措施。经一年多时间运行效果表明：各项指标均达到设计要求，包括夏季试验加热炉59座（联合站4座，转油站20座，井口加热炉35座）和冬季试验加热炉73座（联合站7座，转油站29座，井口加热炉37座）。

4.2 加热炉能耗测试计算结果

通过对作业一区集输系统的加热炉运行 132 个台次（夏、冬季）的测试，得出以下结果。

4.2.1 加热炉整体测试结果

夏季运行：加热炉的平均操作效率为77.1%，平均负荷率为23.1%，过剩空气系数为3.27，排烟温度为153.91℃。春季运行：加热炉平均运行状况良好；加热炉平均燃烧效率58.89%，平均过剩空气指数。冬季运行：平均操作效率为77.1%，平均负荷率为37.1%，过剩空气系数为2.75，排烟温度为198.4℃。

4.2.2 高一联加热炉测试结果

夏季运行：加热炉运行效率均值为78.0%，负荷率均值为24.0%，过剩空气系数均值为3.31，排烟温度均值为129.1℃。冬季运行：加热炉运行效率均值为81.08%，负荷率均值为37.07%，过剩空气系数均值为2.06，排烟温度均值为192.2℃。

4.2.3 转油站（计转站）加热炉测试结果

夏季运行：加热炉的平均操作效率为77.7%，平均负荷率为29.9%，过剩空气系数为2.50，排烟温度为167.8℃。春季运行：加热炉平均负荷率35.71%，平均排烟温度176.7℃。冬季运行：加热炉的平均操作效率为77.1%，平均负荷率为44.1%，过剩空气系数为2.47，排烟温度为185.6℃。

4.2.4 井口加热炉测试结果

夏季运行：加热炉的平均操作效率为68.0%，平均负荷率为8.0%，过剩空气系数为3.71，排烟温度为148.8℃。

4.3 加热炉改造建议

4.3.1 加强加热炉的运行管理工作

由于各转油站，各井场燃气组分差别很大，所以在加热炉燃烧器配备上：一是针对性强，与燃烧器生产厂家合作，不同燃料应具有不同空燃比；二是根据加热炉操作时加热炉负荷率低这一主要问题对加热炉操作模式进行了优化，使其能够一台炉完不点入二，三台炉，从而减少了加热炉散热损失并提高了炉效。

4.3.2 提高加热炉自动化、信息化运行水平

根据集团公司加热炉提效计划，油气田企业加热炉平均运行热效率应超过5级，其主要成熟配套的技术之一是需要在加热炉中推广应用加热炉远程自控技术、加热炉火焰监控技术、智能燃烧控制技术和烟气含氧量测试控制技术。在此背景下，我国已具备了一套成熟的加热炉物联网控制平台，能够实现对多台加热炉的在线集中控制、管理以及对收集到的数据对比分析、归类总结，同时搭建故障诊断模型和算法用于各种辅助做出决策。目前已投入运营的项目均采用了这套系统，取得良好成效，具有推广应用价值。这个平台大概投入230万元就可以搭建完成。

4.3.3 配套节能型高效燃烧器

当前新疆油田燃气燃烧器多采用自然供风燃烧器（不智能化，通常为手动）；也有部分机械鼓风式燃烧器（不智能化）占绝大多数，所以应该更换一批全自动智能化燃烧器来取代当前燃烧效果差的燃烧器。本实用新型通过设置高效节能燃烧器能够自动对风门配风量进行调节，能够根据所设置的生产参数适时对燃烧状态进行调节，从而确保在运行过程中不会发生燃烧空气不充分或者多余的情况，提高了燃烧效率并减少了燃料使用量，具有很好的工程应用前景。这种新型的高效节能燃烧器在油井上应用后取得了明显的经济效益和社会效益。

4.3.4 配套辐射定向吸热节能技术

（1）定向辐射。通过对受热体进行诞敷，生成固化磁膜，使受热体与受热体相切方向垂直时产生远红外线辐射到被加热介质上，强化被加热介质对热能的吸收效率和降低排烟温度以提高加热炉热效率。另外，由于辐射作用可将烟气中大量有害气体氧化成二氧化碳和水等无害物质，有利于环境保护。此外，还能改善燃料燃烧状况，增加煤气利用率。

（2）降低灰垢。受热面周围灰垢经多次辐射后发生不规则移动，使灰垢吸附力减弱，炉内受热面热吸收效率增加，减少水垢的产生。由于烟气中含有大量灰尘和硫化物，这些杂质会阻碍空气流动，导致热量损失增加。因此在受热面上安装远红外辐射器，可以有效地防止积灰现象发生。

5 结束语

为了解决采油厂油气集输生产中集输系统运行效率低，能耗大等影响新疆油田经济效益进一步提升的关键技术难题，发现了当前工艺流程所存在的一些问题，从而为节能降耗改造技术提供科学参考。通过现场试验研究及理论计算分析，确定了适合于高含蜡原油集输工艺参数，并提出了合理可行的节能优化方案。研究成果可有效地指导高含水后期油田生产运行管理工作，对提高新疆油田生产运行的经济效益有着十分重要的作用。