节能技术在油田地面工程设计中的应用

王丹（大庆油田有限责任公司第七采油厂规划设计研究所）

节能降耗是提高企业经济效益，增强企业竞争力的重要措施。石油行业是国民经济的支柱产业，同时又是主要耗能行业之一。节能降耗，降低成本，提高效益，是目前各油田所面临的一个重要问题。对油田企业来说，所消耗的能源为原油、天然气、电、成品油等，为此，从地面工程规划设计为切入点，从强化科学管理和技术创新入手，积极推广节能技术在工程设计中的应用，以降低损耗、高效利用资源，将节能技术合理应用到工程项目中。

1 节能设计中应遵循的原则

在油田地面工程设计中应始终贯彻的原则是节约能源、合理利用能源，提高经济效益，统一设计标准和技术要求。

新建项目的设计能耗指标，应达到国内同类型且条件类似的工程项目的先进水平，应根据项目的实际特点和范围，进行工程设计能耗水平的评价，为节能或合理利用能源所增加的投资，其回收率要符合国家的相关标准。设计中应采取多种措施降低油田地面工程的综合耗能和油气损耗【1】。具体应考虑以下几项节能措施：

1）采用能量利用合理、油气损耗低的先进油气集输工艺和新型设计。

2）对油田地面工程的平面布局和主要工艺设备与设计参数进行优化时，应根据操作条件选择最佳时机。

3）根据油田生产不断变化的特点，合理确定工程规模和低耗设备，必要时可分段配置设备。

4）采用新型高效节能设备，严禁使用国家已经公布淘汰的设备产品。

5）按照油田的具体情况，可以采用电动机调速装置和新型电力电子节能技术，提高电能利用效率。

依据美国国内法庭做出的判决，美国商务部没有法律依据对非市场经济国家采取反补贴措施。然而，法庭同样也没有明确表示美国国内法禁止当局对非市场经济国家征收反补贴税。因此，法庭模糊的判决依然赋予了商务部极大的自由裁量权，这无疑增加了这一问题的解决难度。

6）优化加热和换热过程，回收低温热量，提高热能的利用率。

7）做好集输油、供热等管线和设备的保温（冷），减少散热（冷）的能量损失。

8）按照油田的具体情况，积极实行燃气驱动、热电和热动力联供，做好能量平衡，提高能源综合利用水平。

9）采用目前应用成熟的自控技术，提高产品质量，减少能耗。

10）合理地选用配套工艺设施，提高机械采油、注水、油气集输系统的效率。

2 油田地面工程设计中的主要节能措施

节能技术的着眼点应是降低无功损耗。设计时首先找出哪些方面的能量消耗是无用的，其次再考虑采取什么措施来节能。例如，油气集输的能耗、油气损耗及供配电系统的无功损耗，都是无用的能量损耗。节能设计应把握“ 满足功能、经济合理、技术先进” 的原则，可重点从以下几个方面采取节能措施，将节能技术应用到实际工程中。

2.1 减少油气集输过程的能量损耗

简化的工艺流程对降低油气集输动能的消耗起到了决定性的作用。在工艺设计时，应减少油气增压的次数，集油过程应少设或者不设中转站。集油半径应按照各油田自身的特点及具体情况进行方案对比和经济评价。集油管线设计，首先应对油气物性特别是流动特性进行试验研究，然后结合实际情况，通过经济对比分析，选择低能耗、经济效益高的集输油工艺[2]，合理确定原油的流速、输送温度及其他重要参数。

油气集输工艺设计，应利用各种有利因素，通过采取加强管线保温、井口加药降黏、管线通球清蜡等有效措施，来降低能量损耗。根据各油田实际情况尽量采用单管不加热集油。当原油黏度高、原油含蜡量高、气候寒冷，实现单管不加热集输有困难时，或者按采油工艺要求固定热洗清蜡、井下掺液及水力活塞泵提升时，可选择在井口或者井下掺液的集油工艺流程。

工程设计时还应合理选择加热炉。根据实际负荷确定加热炉台数和单台负荷，提高加热炉的负荷率。加热炉的负荷率应为80%～90%。

2.2 减少供配电系统的无功损耗

2.2.1 合理选用供配电设备和用电设备，提高供配电系统的自然功率因数[3]

1）合理选择变压器容量，提高变压器的负荷率。单台变压器的负荷率一般为60%左右，抽油机井变压器的平均负荷率不低于30%。

2）新系列节能型变压器，因其具有损耗低、质量轻、效率高、抗冲击和节能显著等优点，近年广泛用于供配电系统中；所以，设计时应首选低损耗的节能型变压器。

节能型变压器通过改变变压器的铁芯材质和结构设计，减少自身铁损，从而提高运行效率，实现降低损耗、节约电能的目的。S11 系列节能变压器与S7 系列变压器相比，空载损耗降低31%以上，负载损耗降低25%左右，总损耗降低25%以上。SH11系列高效节能变压器与S7 系列变压器相比，空载损耗降低70%左右，负载损耗降低25%以上，总损耗降低31%以上。

目前，全油田各类站场应用的老式变压器约有2000 台，平均容量350 kVA；各类机采井用老式变压器约有20 000 台，平均容量35 kVA。将1 台机采井用老式变压器改造或更新成节能型变压器平均年节电900 kWh 左右；将1 台站场用老式变压器改造或更新成节能型变压器平均年节电4800 kWh 左右。如果全油田每年改造或更新应用节能型变压器的比例取10%，那么每年将在上一年的基础上节电276×104kWh，10年累计节电1.518×108kWh。

3）选用高效的电动机和交流变频调速装置。提高电动机的效率和功率因数是减少电动机电能损耗的主要途径。与普通电动机相比，高效电动机的效率要高3%～6%，平均功率因数可高7%～9%，总损耗减少20%～30%，因而具有较好的节电效果。所以在设计和技术改造中，应选用新系列高效率电动机，以节省电能。

采用变频调速装置，使电动机在负载下降时自动调节转速，从而与负载的变化相适应，即提高了电动机在轻载时的效率，达到节能目的。在设计中，根据变频的种类和需调速的电动机设备，选用适合的变频调速装置。

2014年，为了实现机泵运转稳定、节约能耗，在10 台输油泵及1 台高压注水泵上安装了变频器，安装变频器后10 台输油泵年节电58.4×104kWh，1台注水泵年节电164×104kWh。

2.2.2 合理选用和配置无功功率补偿设备

无功功率在线路和变压器传输过程中和有功功率一样产生电能损耗，通常用功率因数cos来表示电网传输无功功率的情况。当cos=0.7 时，无功功率和有功功率基本相当，此时线路中有一半损耗和变压器中有一半铜损是由无功功率引起的，所以，对运行功率因数偏低的电网进行无功功率补偿会产生明显的节电效果。

无功补偿与降低线路损耗和变压器铜损的关系为

KP=(1-cos21/cos22)×100%

式中：

目前油田配电网运行功率因数整体维持在0.75～0.85 之间，如果将负荷端功率因数平均提高0.05，预计需要装设补偿电容器13×104kvar，线路损耗和变压器铜损会在原基础上降低11%左右，其结果将使电网的线损率降低0.28个百分点，按目前电网年供电量计算，年网损电量将减少2430×104kWh。

3 结束语

节能降耗不论在哪个系统中都是需要重点考虑的问题，油田地面工程设计中的节能潜力很大，各专业设计人员应在设计中精心考虑各种可行的技术措施，遵循以上规范及原则，不断学习新技术、新方法，通过合理的规划设计，为油田地面工程节能贡献自己的微薄之力。

[1]国家发展和改革委员会.SY/T 6420—2008 油田地面工程设计节能技术规范[S],2008.

[2]李秋忙.对老油田地面工程改造的几点认识[J].石油规划设计,2004(1):8-10.

[3]陈勇.油田生产过程中的节能技术与实现途径[J].节能,2012(5):48-52.