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科技革新節能技術,油田生產實現“雙贏”

——記工程技術研究院稀油集輸系統節能技術及應用
作者:   時間:2019-12-31   來源:克拉瑪依日報

深入現場的科研人員就集輸系統能源消耗參數現場進行討論。

工程技術研究院地面工程研究所研發團隊合影。

????本報記者 景璐 通訊員 高迎春 周勇 阮龍飛

????技術背景

????在采用全流程節點分析方法對稀油集輸系統各關鍵點存在問題進行梳理后,科研人員總結出了阻礙集輸系統節能技術研發的關鍵難題——集輸系統能耗的評價分析方法不系統,不能同時兼具全流程和全生命周期;集輸系統工藝流程能耗節點多,無法做到優化、簡化和標準化;設備選型和運行不夠精細,做不到控制系統最優、換熱模式最佳和加熱方式最好;在節能方面無法做到既將設備保溫到位,又將余熱資源合理利用。

????技術研發

????2017年,科研人員首創了一種基于工藝流程的能量節點分析方法,以集輸系統工藝流程為主線,生產設備為節點,基于物料平衡及能量平衡兩個方面,對各用能環節的能源收入量、有效利用能和損失量之間的平衡關系進行綜合分析和評價,同時,在稠油集輸節能技術的發展基礎上,科研人員嘗試將稠油開發中的納米絕熱保溫油管“跨界”應用在了稀油生產中。

????除了在傳統技術的創新突破上下功夫,科研人員還集思廣益,創造性地利用太陽能、空氣能等新能源來降低稀油集輸系統的能耗。

????技術應用

????一系列創新技術先后在采油二廠白25井區、準東采油廠彩南作業區和油氣儲運公司2個稀油區塊、6座站場進行了推廣應用,累計回壓自控技術改造電加熱器191套,井筒納米隔熱保溫應用單井3口,新能源集輸加熱裝置應用8套,加熱爐煙氣余熱改造13臺,儲油罐罐頂保溫改造15座,實現年節約天然氣955萬方,節電506萬千瓦時,減少節約能源消耗成本1501萬元。

????稀油是新疆油田最主要的原油產品,其產量占原油生產總量的60%以上。伴隨著瑪湖、吉木薩爾等10億噸級區塊的持續開發,“十四五”末,稀油產量將達到原油生產總量的70%以上,是保障國家能源安全、增儲上產的絕對主力。然而,稀油產量不斷攀升,稀油集輸系統耗能必將逐年增長,制約油田高效低成本開發的問題也日益凸顯。

????為此,新疆油田公司質量設備節能處牽頭,在油田公司范圍內全面推進稀油集輸系統節能提效工作,攻關節能技術研究。其中,作為新疆油田節能評價指標體系、管理制度制定及技術研究的主要智囊,工程技術研究院地面工程研究所的研發人員積極探索、不斷創新,以先進的科技成果助推油田生產實現了降本增效、綠色發展的“雙贏”。

????集輸系統耗能量大

????諸多問題阻礙革新

????集輸系統是指把分散的油井所生產的石油、伴生天然氣及其它產品集中起來,經過必要的處理、初加工后,將合格油和天然氣分別外輸至煉油廠和天然氣用戶的工藝過程。新疆油田開發已逾60年,隨著油田開發持續推進,油田生產面臨著采出原油含水率持續升高等問題。集輸系統作為稀油生產的重要環節,系統適應性逐年變差,“大馬拉小車”現象越發嚴重,能源消耗已占到了稀油生產總能耗的65%以上,成為第一大耗能單元。

????針對這一問題,工程技術研究院的科研人員深入現場細致調研,從系統、工藝、設備和生態文明建設四個方面綜合考慮,致力于集輸系統加熱爐等主要耗能設備,梳理出煙氣余熱資源化利用率低、井筒散熱損失大、儲罐散熱損失及揮發大等眾多關鍵問題。

????其中,在采用全流程節點分析方法對稀油集輸系統各關鍵點存在問題進行梳理后,科研人員總結出了阻礙集輸系統節能技術研發的關鍵難題——集輸系統能耗的評價分析方法不系統,不能同時兼具全流程和全生命周期;集輸系統工藝流程能耗節點多,無法做到優化、簡化和標準化;設備選型和運行不夠精細,做不到控制系統最優、換熱模式最佳和加熱方式最好;在節能方面無法做到既將設備保溫到位,又將余熱資源合理利用。

????打破傳統革新技術

????節能生產取得實效

????面臨諸多掣肘稀油集輸系統節能的難題,科研人員在集輸系統的工藝流程、設備選型和余熱利用等方面,展開了長期的技術攻關和創新。

????2017年,他們首創了一種基于工藝流程的能量節點分析方法,以集輸系統工藝流程為主線,生產設備為節點,基于物料平衡及能量平衡兩個方面,對各用能環節的能源收入量、有效利用能和損失量之間的平衡關系進行綜合分析和評價,從數百節點、上千條數據中確定出耗能關鍵節點6個,查找系統問題9項,為系統提效工作找到了突破口。

????同時,在稠油集輸節能技術的發展基礎上,科研人員嘗試將稠油開發中的納米絕熱保溫油管“跨界”應用在了稀油生產中,不僅簡化了地面工藝,還有效利用采出液的油藏熱量,實現了地面常溫集輸,節能效果顯著。期間,由于納米絕熱油管造價昂貴,是普通油管價格的六倍以上,如何優化油管下入深度的疑問一度困擾著大家。為此,科研人員幾經試驗,終于研究出了以地面水熱力計算確定井口出油溫度,通過地下溫度場數值仿真模擬反算油管下入深度的方法,經過多種油管組合方式優化,充分利用地層熱能,減少地面加熱設備投資和運行維護成本,提出地下地上一體化、投資效益最大化的解決方案。

科研人員在集輸處理站現場觀察系統運行情況。

針對耗能問題,工程技術研究院的科研人員頻繁深入現場細致調研。

為了攻關能耗難題,在嚴寒的冬季,科研人員也要堅持駐守前線調研。

????井筒納米絕熱保溫技術“跨界”應用的成功,是稀油油藏—井筒—地面立體節能的首次實踐,是稀油地面工藝優化、簡化的典型,為高含蠟油田的開發和輸送提供了技術借鑒。

????創新利用新型能源

????全力實現降本增效

????除了在傳統技術的創新突破上下功夫,科研人員還集思廣益,創造性地利用太陽能、空氣能等新能源來降低稀油集輸系統的能耗。

????2018年,科研人員在白25井區單井和計量站上開展了空氣源熱泵、太陽能與空氣能組合加熱的攻關研究試驗。考慮到應用場地的沙漠性氣候,科研人員聯合高校和本地知名企業對板房進行了特殊化設計,有效減少了風沙對空氣熱源泵等電器的侵蝕,大大延長了電器壽命。

????單井空氣熱源泵、計量站太陽能與空氣能組合加熱技術的應用,改變了傳統加熱方式,實現了空氣源熱泵在西北區域嚴寒、沙漠氣候條件的首次應用,當前設備已平穩運行兩年,平穩運行最低溫度零下34.54℃,單井空氣源熱泵加熱采出液技術綜合節能率達到40%以上,計量站綜合節能率達60%以上。

????此外,作為油田鍋爐煙氣余熱利用技術的發源地,科研人員又在注汽鍋爐煙氣冷凝技術成功應用的基礎上,結合油田在用加熱爐運行實際,對加熱爐煙氣余熱資源化利用技術進行了升級。一是突破了余熱資源用于自身系統加熱提效的固有模式,結合設備所在站場實際,將加熱爐煙氣余熱資源用于站內原油或站區采暖供熱,通過多冷源梯級利用,實現余熱資源利用率最大化;二是突出了技術應用的經濟性,基于“一拖二密封閥門”的技術突破,實現了傳統“一拖一”模式(1臺余熱回收裝置回收1臺設備煙氣余熱)向“一托多”余熱回收模式的轉變,同時回收多臺設備煙氣余熱,減少了投資,提升了余熱回收設備利用率,經濟效益顯著提升。

????集輸節能成效卓越

????助推油田綠色發展

????在不斷創新和突破的過程中,井筒納米絕熱保溫、井口電加熱回壓自控、加熱爐煙氣余熱利用、計量站空氣源熱泵新能源等一系列集輸系統節能技術體系逐漸形成,為申請股份專項投資提供了技術支撐。同時,一系列創新技術先后在采油二廠白25井區、準東采油廠彩南作業區和油氣儲運公司2個稀油區塊、6座站場進行了推廣應用,累計回壓自控技術改造電加熱器191套,井筒納米隔熱保溫應用單井3口,新能源集輸加熱裝置應用8套,加熱爐煙氣余熱改造13臺,儲油罐罐頂保溫改造15座,實現年節約天然氣955萬方,節電506萬千瓦時,減少節約能源消耗成本1501萬元,降低了稀油集輸系統單耗,推動了油田綠色可持續發展。

????此外,該技術成果已授權發明專利1項,實用型專利1項,發表核心期刊論文4篇,其中,煙氣余熱綜合利用技術和井口電加熱回壓自控技術兩項關鍵技術在國內油田首次成功應用,并作為典型案例,被列為《中國石油天然氣股份有限公司集輸系統重點節能技術》25項重點節能技術之一,為各油氣田企業、對外合作經理部優先推薦應用。

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(攝影 裘新農)

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