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      華北油田西柳站伴熱集油工藝能耗測試與優(yōu)化

      2019-05-16 08:24:50張雁京王再興常定軍伊冬王廣輝胡雄翼
      石油知識 2019年2期
      關(guān)鍵詞:集油進(jìn)站井口

      張雁京 王再興 常定軍 伊冬 王廣輝 胡雄翼

      (1.河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 河北任丘 062552;2.中國石油華北油田分公司 河北任丘 062552)

      集油能耗約占集輸系統(tǒng)總能耗的60%~80%,而在集輸流程能耗中熱能消耗占主導(dǎo)地位,約占90%~97%,因而如果可以降低集輸過程中的加熱投入,將產(chǎn)生很好的生產(chǎn)效益。油田常用的集油方式是利用溫度較高的熱水對低溫原油進(jìn)行直接加熱或間接加熱,集油能耗較高。目前,華北油田已進(jìn)入高含水采油期,其中西柳區(qū)塊絕大多數(shù)油井含水率都在85%以上,華北油田西柳區(qū)塊站外采用伴熱集油流程,工藝?yán)匣?,高含水率和傳統(tǒng)的伴熱集油工藝都會導(dǎo)致較多的加熱能耗浪費(fèi),這使得油田正面臨著集輸原油加熱能耗高、集輸成本居高不下等問題。因此,在華北油田西柳區(qū)塊開展系統(tǒng)、連續(xù)的集油能耗測試,對影響集油能耗的主要生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行分析,提出集油優(yōu)化方案。本文以西柳站的4口典型油井為研究對象,測試研究其主要生產(chǎn)參數(shù)對集油能耗損失的影響,尋找集油工藝優(yōu)化的手段。

      1 西柳站集油能耗測試

      選擇西柳站的4口油井(10-3、10-11、10-15、10-47)進(jìn)行能耗測試,通過改變其伴熱水的溫度、流量觀測其進(jìn)站溫度的高低,并計(jì)算其對應(yīng)的能耗費(fèi)用。4口測試油井綜合含水率在85%以上。這4口油井實(shí)際生產(chǎn)中伴熱水的去水溫度在60℃到70 ℃,回水溫度在40℃到50 ℃內(nèi)波動,伴熱水的流量范圍為60 m3/d到90 m3/d。

      因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中伴熱水的溫度很難調(diào)節(jié),對進(jìn)站溫度的調(diào)節(jié)多通過調(diào)節(jié)伴熱水的量來實(shí)現(xiàn)。因此在西柳站的能耗測試中,為了得到主要生產(chǎn)參數(shù)對集油能耗損失的影響,保持10-3井、10-11井、10-15井及10-47井的伴熱水去水溫度不變,降低伴熱水流量的同時觀測進(jìn)站溫度和井口回壓,并計(jì)算相應(yīng)的單井日集油能耗費(fèi)用,進(jìn)行對比分析。

      1.1 集油能耗計(jì)算公式

      油井伴熱集油能耗主要由兩部分組成:熱力能耗和動力能耗。熱力能耗對應(yīng)的熱力費(fèi)用主要由加熱伴熱水所消耗的燃?xì)猱a(chǎn)生;動力能耗對應(yīng)的動力費(fèi)用主要是輸送含水原油和伴熱水所用的泵耗電產(chǎn)生。

      因此在集油過程中管線所產(chǎn)生的熱力能耗費(fèi)用和動力能耗費(fèi)用計(jì)算公式如公式(1)和公式(2)所示,日集油能耗費(fèi)用等于二者之和。

      式中:qrl為單井日集油熱力費(fèi)用,元/天;rd為燃?xì)鈫蝺r,元/方;trz燃?xì)獾臒嶂担琂/m3,這里取3.6×107J/m3;cw為伴熱水的比熱,J/(kg.℃-1);Gw為伴熱水的質(zhì)量流量,kg/d;TRw為伴熱水的去水溫度,℃;TZw為伴熱水的回水溫度,℃;ηr為熱能利用率。

      式中:qdl為單井日集油電力費(fèi)用,元/天;df為用電單價,元/kW·h;td為單位焦耳與單位千瓦時的換算量,3.6×106J/kW·h;Qo為含水原油的體積流量,m3/d;Qw為伴熱水的體積流量,m3/d;Po1為集油管線的起點(diǎn)壓力,Pa;Po2為集油管線的終點(diǎn)壓力,Pa;Pw1為伴熱水管線的起點(diǎn)壓力,Pa;Pw2為伴熱水管線的終點(diǎn)壓力,Pa;ηd為電能利用率。

      1.2 集油能耗測試計(jì)算結(jié)果分析

      利用公式(1)和公式(2)分別對4口油井不同伴熱參數(shù)下的集油能耗進(jìn)行計(jì)算(表1)??梢钥闯觯磳?shí)際生產(chǎn)規(guī)定的運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行,其單井日集油能耗費(fèi)用較高,而隨著進(jìn)站溫度的降低,通過減少伴熱水的量可以有效降低單井日集油能耗費(fèi)用。但實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中,集油管道的進(jìn)站溫度不可過低,進(jìn)站溫度過低會導(dǎo)致原油凝管、井口回壓過高等危險(xiǎn)情況發(fā)生,因此找到最佳集油進(jìn)站溫度是降低集油能耗費(fèi)用的關(guān)鍵。能耗測試結(jié)果顯示,10-11井、10-15井和10-47井在保證集油過程順利進(jìn)行的前提下,盡管其伴熱水并未全部關(guān)閉,但較之實(shí)際運(yùn)行的伴熱水流量范圍,其伴熱水量仍有較大的降低空間,降低伴熱水的量可以使單井集油能耗大大降低。

      表1 西柳站4口油井的能耗測試數(shù)據(jù)表

      2 西柳站集油方案優(yōu)化測試

      由西柳站4口油井的能耗測試結(jié)果可知,西柳站的油井集油系統(tǒng)按傳統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行集油能耗較大。以能耗測試的4口井為優(yōu)化研究的對象,對10-3井、10-11井、10-15井及10-47井進(jìn)行不加熱集油工藝的可行性研究。優(yōu)化研究測試中,分別將4口油井的伴熱水全部關(guān)閉,測量記錄伴熱水停止后降溫過程中井口壓力、溫度以及進(jìn)站壓力、溫度等參數(shù),降溫過程中檢測到井口回壓過高時,就證明此時對應(yīng)的進(jìn)站溫度已經(jīng)不能保證集油過程的安全進(jìn)行,在相同條件下實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的集油進(jìn)站溫度不可低于此溫度。

      重復(fù)的測試結(jié)果表明,10-3井可以采用不加熱集油工藝進(jìn)行集油,且不加熱集油的油井出口溫度在42 ℃左右,進(jìn)站溫度在39 ℃上下浮動,在不加熱集油過程中井口回壓在正常范圍內(nèi)波動。而其余三口井由于井口溫度較低,并不能實(shí)現(xiàn)不加熱集油,但測試發(fā)現(xiàn)其最低進(jìn)站溫度不僅低于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的進(jìn)站溫度,并且低于其采出原油的凝點(diǎn)(表2)。

      表2 測試所得3口油井最低進(jìn)站溫度

      由表2可以看出,綜合含水率越高,進(jìn)站的最低溫度與對應(yīng)的原油凝點(diǎn)之間的差值越大,那么其伴熱水溫度或液量減少的空間就會越大,節(jié)省的能耗費(fèi)用也就越多。因此,當(dāng)油井井口溫度較高時,只要保證這些油井的進(jìn)站溫度在最低進(jìn)站溫度以上,就可以實(shí)現(xiàn)不加熱集油,而油井井口溫度較低時利用較少流量的伴熱水,在低能耗的情況下也可以保證集油過程的順利進(jìn)行。

      3 結(jié)論

      (1)在伴熱去水溫度相等或相近的情況下,合理控制伴熱水用量,可以降低集油能耗費(fèi)用。

      (2)高含水期油井存在一個最低的集油進(jìn)站溫度,這個溫度往往低于油井采出原油的凝點(diǎn),這為高含水期油井實(shí)現(xiàn)不加熱集油提供可能。

      (3)在西柳站的能耗測試與集油方案優(yōu)化測試中發(fā)現(xiàn),油井井口溫度較高的10-3井可以實(shí)現(xiàn)不加熱集油,集油進(jìn)站溫度在39 ℃左右,而其他3口井口溫度相對較低的油井雖不能進(jìn)行不加熱集油,但仍可以減少其伴熱水的液量,使其實(shí)現(xiàn)低溫集油,降低集油能耗費(fèi)用。

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