空气热源泵在双空心杆内循环加热井筒的应用与节能分析

李德儒（河南油田公司采油二厂）

古城油田外围部分区块，原油物性表现为含蜡高、凝固点高的特征，原油密度为0.884 1，含蜡33.39%～40.24%，凝固点34～51 ℃，原始地层温度56.8 ℃，原油在井下300 m 左右即达到凝固点。为改善原油在井筒中的流动性，防止油井抽油举升过程结蜡，以往井筒升温采取热水洗井、超导洗井或空心杆电加热等工艺解决。但热水洗井、超导洗井存在费工、费时，洗井不彻底、地层污染，空心杆电加热存在用电费用高等问题。目前该区块22口油井举升保温采用双空心抽油杆内循环井筒加热技术，取得了较好的生产、经营效果。由于该区块油井生产伴生气较少，双空心杆内循环加热井筒热源采用燃煤加热器，燃煤加热器存在加煤劳动强度大，炉膛火焰不稳定等问题。为此，采用空气热源泵代替燃煤加热器的井筒加热方式，这不仅改善原油在井中的流动性，而且可置换燃煤、油气等高耗能设备。

1 燃煤加热器运行时存在的问题

1）上煤自动化程度低，人工劳动强度大。燃煤加热器目前采用人工上煤，全天需加煤为350 kg左右，每2 h 加煤1 次。

2）燃煤加热器属于特种设备，工种要求高。燃煤加热器炉膛有循环水管线，为管式加热炉，属特种设备，操作人员需持证上岗。

3）易造成环境污染。燃煤时产生硫化物、二氧化碳、粉尘、煤渣，污染环境。

2 空气热源泵替代燃煤加热器的可行性

2.1 空气热源泵工作原理

空气热源泵（图1）遵循能量守恒定律和热力学第二定律，运用热泵的原理只需消耗一小部分的机械能将处于低温环境（自然空气）下的热量或低温水中的热量提取出来，连同本机的电能转化成热能一起转移到高温环境下的热水中去加热制取高温热水的过程。可以广泛应用于居民的冬季取暖和制热水、工业用热水等。

图1 空气热源泵工作原理示意图

2.2 空气热源泵构成

空气热源泵由过滤器、膨胀阀、蒸发器、温度调节器、压缩机、冷凝器、循环泵等组成。

2.3 空气热源泵使用优势

它采用环保高温低压制冷剂，产生80～85 ℃高温热水，高效节能。取代燃煤、燃油气、电加热等高耗能、高污染设备。无烟尘、无废气排放，对大气不污染。操作简单、方便，既节约人工开支又提高工作效率。

2.4 空气热源泵替代燃煤加热器工艺流程

只需将燃煤加热器循环水进出口断开与空气热源泵循环水进出口相连即可（图2）。

图2 双空心杆内循环加热地面装置示意图

3 现场应用

2014年11月，空气热源泵在古101 井上应用，室外温度10 ℃左右，设定进口温度75 ℃，井口出油温度为51 ℃，油井生产平稳，平均日耗电为217.2 kWh（表1）。

表1 空气热源泵在古101 井上的现场应用

系统自动化调控程度高，温度设定后，设备自动启停，管理维护方便，井口出油温度平稳。

空气热源泵加热以电为动力，与燃煤加热器相比无硫化物、粉尘、煤渣的污染，环保节能。

4 经济效益评价

1）空气热源泵一次投入费用为13 万元，而燃煤加热器为13.9 万元，节约投资0.9 万元。

2）燃煤加热器年运行费：燃煤费用为7.665 万元；加煤人工（1 人看护1 口井）费用为7 万元。空气热源泵年运行费：用电费用为6.945 万元；人工（1 人看护4 口井）费用为1.75 万元。空气热源泵替代燃煤加热器年节约费用为5.970 万元。

5 结论与建议

1）空气热源泵替代燃煤加热器在双空心杆内循环加热，生产运行完全可行。空气热源泵加热系统稳定性好，操作管理方便，减轻了职工劳动强度，同时具有环保效益。

2）空气热源泵替代燃煤加热器经济效益好，投资回收期（2.18年）短。空气热源泵免修使用有效期为5年，单台设备13 万元，对燃煤加热器完全改造，年节约5.970 万元。

3）空气热源泵使用工业用电，环保。它采用环保高温低压制冷剂，产生80～85 ℃高温热水，高效节能，可取代燃煤、燃油气、电加热等高耗能设备。

4）对含蜡量、凝固点高的高凝油油藏，应用空气热源泵加热循环能改善油井举升过程原油在井筒中的流动性。