油氣集輸系統節能技術綜述

高利波

（中國石油大學（北京），北京 102249）

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油氣集輸系統節能技術綜述

高利波

（中國石油大學（北京），北京 102249）

摘 要：近年來，各個行業、各領域在社會生產實踐活動中，把提高能源的利用率，做好節能降耗工作作為重點。油氣集輸系統在工作過程中消耗大量的能量，而且，隨著油田壽命的增加，系統能耗也會不斷的增加。介紹了油田油氣集輸系統的加熱爐節能技術、不加熱集油及低溫集油工藝技術、油氣混輸技術和高效三相分離技術以及其它一些新興節能技術。

關 鍵 詞：油氣集輸系統；能耗；節能降耗

油氣集輸系統在油田的生產中起著主導的作用，是開發油田的核心骨干；它的主要任務是負責油田采出液的儲存、集中處理和輸送，這個過程中會有非常多的熱能和電能會被消耗掉，大約是油田作業過程中的30%［1］。油氣集輸系統總體上可概括為“兩高”，即能耗高、油氣損耗高［2］。而油氣集輸系統的能耗的高低直接關系著油田的整體效益的好壞，是油田降耗工作的重中之重，所以，必須減少油氣集輸系統的能量消耗，來降低油田的生產成本，增加經濟效益。

1 油氣集輸系統中的能耗

油氣集輸系統的節能降耗研究包括三個方面，分別是集輸系統效率、能耗合理性分析、集輸系統的優化運行［3］。不難發現，整個油氣集輸過程中的能耗主要有集輸管網的能量消耗、集輸系統的脫水站和轉油站的能量消耗，以及油、氣、水整個分離過程中的能量消耗［4］；針對各個環節的能量消耗，在油田的油氣集輸系統中就可以有針對性的采用節能技術來降低各環節的能量消耗，從而達到節能的目的，目前，主要的節能技術有加熱爐節能技術、不加熱集油及低溫集油工藝技術和油、氣混輸技術、高效三相分離技術。

2 油氣集輸系統中的節能技術

2.1 加熱爐節能技術

加熱爐是油氣集輸系統中重要的設備，像油井摻水、脫水、熱洗、伴熱、采暖都需要用到加熱爐，同時它也是油氣集輸系統中消耗能量最多的設備。加熱爐效率的高低取決于加熱爐類型、空氣系數、燃燒器、排煙溫度、爐體散熱損失和余熱回收爐體散熱損失等［5］。

為了減少加熱爐的能耗，應從以下幾個方面著手。首先，選擇效率高的加熱爐；最近這幾年，有很多新的燃燒、換熱和傳熱技術逐步的應用到加熱爐的生產制造中，生產出的新產品有常壓高效節能水套加熱爐、真空相變加熱爐、分體相變加熱爐等，吉林油田英一連選用的是真空相變加熱爐［6］，其設計熱效率最高可以達到88% 以上；其次，為了使燃料充分燃燒，要選擇優質的燃燒器，這是提高加熱爐效率的先決條件，控制空氣過剩系數在合理的范圍內，降低無謂的熱量損失，能夠使加熱爐的運行熱效率提高近10%；再者，還要實現對加熱爐的精細控制，最大限度的降低集輸加熱系統的能耗，精細控制主要體現在能夠避免浪費的能量、充分合理的運用所具有的能量、加熱爐的工作時間等方面［7］；還可以對加熱爐的燃料結構隨季節的變換進行調整，用合成天然氣替代原有的燃料，這樣可以通過火用分析進行二氧化碳的捕獲，減少溫室氣體的排放［8］；最后，在生產過程中，要加強對各設備的維護，定期清除各設備上的污垢，有必要安裝物理清洗和除垢裝置［9］；同時在生產管理中，還要加強對防腐保護層維護管理，降低加熱爐的散熱損失，提高加熱爐的加熱效率。

2.2 不加熱集油及低溫集油工藝技術

我國東部地區的油田中的油井采油時常用三管伴熱和雙管摻水集油，這種技術耗費了大量的能量，為了改善這種不利情況，許多油田都采用了新的原油集輸技術，如油井的不加熱集油，它分為雙管不加熱集油、單管不加熱集油、摻低溫水集油、摻常溫水不加熱集油和季節性不加熱集油［10］；在油田的開采中后期，其含水量會非常高，這就導致了油井采出液的流變性、物性都適用于不加熱集輸或低溫集輸。不加熱集輸或低溫集輸工藝的應用要考慮多方面的因素，最重要的就是要分析清楚原油流變性與溫度、含水率、剪切速率之間的關系，加強集油管道保溫以保證集油生產正常進行。

遼河油田的稠油集輸系統［11］，是把原來三管伴熱的輸送流程，改進為井口摻液輸送的雙管流程，這樣有效降低了輸送成本；大慶油田在低溫集油工藝方面進行了大量的規模試驗，合理配置了油井摻水溫度和摻水量等參數，油井的摻水溫度從以前的70 ℃下降到目前的60 ℃，部分單井摻水量從原來的0.70 m3/h下降到現在0.30 m3/h［12］，從而達到節能降耗的目的；大港油田采用單管常溫集油技術簡化原有的油氣集輸系統的工藝流程，主要是在單管加熱流程中取消了井口加熱爐，精減了加熱保溫系統，降低投資和管理成本，節能效果顯著［13］。

此外，在不加熱向外集輸油氣時，全場要求所有的轉油站啟運摻水爐，提高摻水溫度清洗地面管線［14］，以減少資源的浪費。

2.3 油氣混輸技術

此項技術是在海洋石油業剛發展起來的技術，主要是把從油田剛采出來的油、氣、水混合物不經分離，直接采用混輸泵將它們輸送到集中處理站進行綜合處理［15］，避免了以前對油氣進行分離時天然氣壓縮機、原油外輸泵、三相分離器和輸油輸氣管道的使用，而只是需要混輸管道和混輸泵就可以達到目的，如長慶油田的混輸工藝與傳統的油氣分輸技術相比降低井口回壓，減小集氣管道的長度，減少了設備的投資，并且還使油氣混合物的處理流程得到了簡化，更加便于管理，適應能力強，范圍廣，避免油田滾動開發后期伴生氣量下降時集氣管道能力過大造成的風險和浪費［16］，使油田的投資回報周期縮短，節約了能源，提高了油田的經濟效益和整體效益，既很好的達到了節能的目的，又延長了油田的使用壽命，因此，油氣混輸技術具有很好的應用發展前景。我國已經有油氣田應用了油氣混輸的管輸技術。

2.4 高效三相分離技術

高效三相分離器改變了油氣處理的三段分水模式，在油田開采的中后期含水率上升或者要求二段沉降脫水的時候，可以把流程改調為二段三相分離的脫水流程或三相分離、溢流沉降的二段脫水流程［17］，這樣不僅使脫水流程簡化，而且還降低了能量損耗，同時也提高了原油處理站的技術水平；這項技術的最大優點就是在來液的油品性質及綜合含水率發生變化時，油水界面可以調整，并且它的加熱盤管只對上部的低含水油加熱，油氣水得的分離全部靠自動控制，分離效果良好，例如HNS高效分離器，其單位體積的處理能力是傳統設備的5倍以上［18］，但是這種高效分離器需要根據不同油品性質進行有針對性的開發，靈活性不是很強。

3 其它技術在油氣集輸系統中的應用

（1）計算機信息技術的快速發展成熟使得它可以運用在油田開采中，幫助油田在開采過程中實現信息化管理，它將是未來集輸系統的發展方向，以技術進步和數字化建設提升企業生產技術水平，以現代信息技術提升數據采集效率和處理能力逐漸成為集輸系統建設的重要組成部分，它能夠完善整個油田的生產運行系統，提高效率，節約能量。

（2）隨著石油的開采，油田中石油的儲量越來越少，大部分油田都會采用注水開采，這就不可避免的造成了開采出來的石油含水量在不斷的增加，使處理原油的設備變得更加復雜，消耗的能量也顯著的增加。油水泵變頻技術利用先進的科學技術改造傳統的流程并進行優化，在油田開采過程中的應用油水泵變頻技術能夠提高泵及泵機組的運行效率，再結合變頻調速和自動檢測等技術，對一個完整的閉環系統能夠進行自動控制，提高了電力能效的利用率，有效的節省了電能［19］。另外，Vladimir Shumilin［20］等人研究了油井開發中后期產液量上升的油井的計量，對于使用了多相流量計計量的井，他們提出了一些現場的節能操作，提高了深井泵的工作效率，加快了油氣的生產速度，減少了油井的產水率，從而達到節能降耗的效果。

（3）在油氣集輸系統中輸送石油天然氣的管道經過長時間的運行工作，通常情況下都會發生老化、腐蝕等問題，這就造成了管道的泄漏，同時引起能量的損耗。采用泄漏檢測技術能及時發現泄露點，做出應對措施，所以管道泄漏檢測技術對節能有很重要的意義。泄漏檢測技術有很多種，我國常用間接檢測法，它是根據因管道泄漏引起的參數變化進行檢測的［21］，主要包括檢漏電纜法、壓力點分析（PPA）檢測法和負壓波法等。

（4）此外，還有一些技術都具有良好的節能效果，如遼河油田提出的高溫熱源泵空調系統、無功動態自動補償技術、閃光塔原油蒸餾技術、井下分離技術［22］、熱泵回收含油污水余熱技術等，其中余熱利用技術可以節省高達21%的燃料［23］，使油氣集輸系統的能耗大大降低，有很好的發展前景。

4 結束語

油氣集輸系統是油田的重要組成部分，它的正常運行才能保證油田的穩定生產，但它同時也是油田中主要的耗能系統。因此，油氣集輸系統應積極采用以上這些高效的節能設備和先進的節能技術，并不斷地進行改進和參數優化，還要加強有效的科學管理。從而減少油氣的消耗，節約能量的使用，縮短油田開發的周期，不斷的節約成本，使油田系統高效、穩定的發展。

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Energy-saving Technology of Oil-gas Gathering and Transportation System

GAO Li-bo
（China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract:In recent years， various industries and fields in the social production practice， regard the improvement of energy efficiency， energy saving and consumption reduction work as the focus. Oil-gas gathering and transportation system consumes large amounts of energy during operation. In addition， as the life-span of oil field increases， the energy consumption of the system will continue to increase. For this kind of phenomenon， some energy-saving technologies of oil-gas gathering and transportation system were introduced， such as heating furnace energy-saving technology， no heating and low temperature oil gathering technology， oil-gas mixed transportation technology， high efficiency three-phase separation technology， and so on.

Key words:Oil-gas gathering and transportation system； Energy consumption； Energy saving and consumption reduction

中圖分類號：TE 83

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0361-03

收稿日期：2015-11-04

作者簡介：高利波（1991-），男，河南洛陽人，中國石油大學（北京）在讀碩士研究生，2014年畢業于遼寧石油化工大學油氣儲運工程專業，研究方向：油氣集輸及地面工程。E-mail：1095350171@qq.com。