油管電加熱井加熱功率優化

姚洪田，孫曉明，賀紹輝

1.中國石油大慶油田有限責任公司第五采油廠 （黑龍江 大慶 163515）

2.中國石油大慶油田有限責任公司大慶榆樹林油田 （黑龍江 大慶 163316）

0 引言

油管電加熱原理是利用油管的阻抗，在電流從上向下傳導的過程中，使整個油管溫度升高，形成熱源，達到降低原油黏度、消除井筒結蠟的目的。近年來，隨著稠油井井筒電伴熱理論研究受到重視，在優化電加熱參數方面取得了許多研究成果[1-4]，但是對于加熱功率確定方面，為了避免原油中的蠟晶析出，避免卡井等生產事故，往往采用較大的加熱功率來加熱油管，導致電加熱設備日耗電高達700 kW·h，是抽油機井能耗的4～5倍。

為了實現稠油井的節能生產，依據已有的非穩態傳熱學理論，分析了加熱功率對井筒溫度場及電機輸出電流的影響，綜合考慮抽油機耗電和電加熱耗電，優化最合理的電加熱功率。

1 影響因素分析

應用前人已建立的油管電加熱數學模型及抽油機能耗舉升模型[5-7]，通過計算給出了不同加熱功率下井筒溫度場及電機有功耗電變化情況，為優化合理的加熱功率提供理論支持。

以Y井為例，優化加熱功率。由于Y井含蠟量高，為確保正常生產，應采用油管電加熱降黏工藝來提高原油溫度，改善其流動性。圖1是Y井的黏度-溫度關系曲線，析蠟溫度51.6℃，凝固點溫度36.2℃，當井筒溫度較低時原油黏度隨溫度降低急劇增加，其他數據見表1。

圖1 Y井黏度-溫度關系曲線

表1 基礎數據表

1.1 加熱功率對井筒溫度場的影響

將電加熱功率取為0，即可計算出自然井筒溫度場分布曲線。Y井的析蠟溫度為51.6℃，通過自然井筒溫度分布曲線確定結蠟深度為800 m。為了避免石蠟從原油中析出，沉積在油管內，造成抽油機井懸點載荷增加，絕大多數油田都將加熱深度確定在析蠟點位置[8-11]，A油田亦將加熱深度確定在析蠟點位置。

為了便于綜合優化電加熱功率，給出了井筒內原油溫度均在析蠟點以上的電加熱功率為33 kW，井筒內原油溫度均在凝固點以上的電加熱功率為19 kW，以及只將井筒內原油加熱4.0℃時的電加熱功率為4 kW。如圖2所示，加熱功率越大，井筒內原油溫度就越高，當加熱功率僅為4 kW時，在距離井口400 m的位置處，原油溫度已低于凝固點溫度。

圖2不同加熱功率下的井筒溫度場

1.2 加熱功率對電機有功耗電的影響

圖3 給出了不同電加熱功率下的抽油機電機有功耗電曲線，隨著電加熱功率的升高，原油流動性增強，電機的有功耗電也隨之降低，當加熱功率高于15 kW以后，由于井筒內溫度較高，原油流動性較好，隨著電加熱功率的增加，電機的有功耗電下降的幅度非常小。

圖3 不同加熱功率下的電機耗電

2 油管電加熱功率優化

2.1 最佳的油管電加熱功率優化

從圖3可以看出，在不同電加熱功率下，Y井電機的有功耗電是不同的，但電加熱功率與電機功率兩者之和存在最小值，見表2。對于抽油機和油管電加熱兩個系統來說，最佳的加熱功率為4.0 kW，可使整個舉升系統消耗的電功最少，僅為13.1 kW。

Y井在最佳的加熱功率下生產時頻繁卡井，不能維持正常生產。分析原因，加熱功率為4.0 kW時，只將井筒內的原油加熱4.0℃，如圖2所示，距離井口400 m以上的井筒溫度低于凝固點溫度，原油中的蠟迅速析出并沉積在油管內壁，隨著時間增加，結蠟量會更多，造成機采井懸點載荷增加，最終蠟卡。對于稠油井，最佳的加熱功率并不是最合理的加熱功率。

2.2 合理的油管加熱功率優化

Y井在優化前一直采用33 kW的電加熱功率，使井筒內原油溫度高于析蠟點溫度，確保稠油井正常生產。但從圖1和圖2分析，要實現稠油井正常舉升，井筒內的原油溫度高于凝固點溫度即可，即Y井的合理電加熱功率為19 kW。在該加熱功率下Y井電機消耗功率保持穩定，在350 m的位置處原油溫度低于析蠟點溫度，原油中的蠟晶逐漸從原油中析出，由于溫度高于凝固點，蠟晶可隨井筒液流被舉升到地面。將Y井的電加熱功率優化為19 kW，電加熱功率降低了14 kW，節電率42.4%。

表2 不同加熱功率下的舉升消耗功率表

按照思路，A油田共對70口油管電加熱井的加熱功率進行優化，優化后平均單井加熱功率降低12.5 kW，并且正常生產，平均免修期超過1 000 d，未發生卡井現象，70口井年累計節電328×104kW·h。

3 結論

1）油管電加熱功率越大，井筒內原油溫度越高；電機消耗功率隨加熱功率增加而降低，當加熱功率達到一定范圍后，電機消耗功率不再降低。

2）通過分析不同電加熱功率下的電機消耗功率，給出了最佳的加熱功率，但最佳的加熱功率并不是最優的加熱功率。

3）合理的電加熱功率應使井筒內的原油溫度要高于凝固點溫度，使原油具有較好的流動性，確保將原油舉升至地面。