华北油田西柳站伴热集油工艺能耗测试与优化

张雁京 王再兴 常定军 伊冬 王广辉 胡雄翼

（1.河北华北石油港华勘察规划设计有限公司 河北任丘 062552；2.中国石油华北油田分公司 河北任丘 062552）

集油能耗约占集输系统总能耗的60%～80%，而在集输流程能耗中热能消耗占主导地位，约占90%～97%，因而如果可以降低集输过程中的加热投入，将产生很好的生产效益。油田常用的集油方式是利用温度较高的热水对低温原油进行直接加热或间接加热，集油能耗较高。目前，华北油田已进入高含水采油期，其中西柳区块绝大多数油井含水率都在85%以上，华北油田西柳区块站外采用伴热集油流程，工艺老化，高含水率和传统的伴热集油工艺都会导致较多的加热能耗浪费，这使得油田正面临着集输原油加热能耗高、集输成本居高不下等问题。因此，在华北油田西柳区块开展系统、连续的集油能耗测试，对影响集油能耗的主要生产参数进行分析，提出集油优化方案。本文以西柳站的4口典型油井为研究对象，测试研究其主要生产参数对集油能耗损失的影响，寻找集油工艺优化的手段。

1 西柳站集油能耗测试

选择西柳站的4口油井（10-3、10-11、10-15、10-47）进行能耗测试，通过改变其伴热水的温度、流量观测其进站温度的高低，并计算其对应的能耗费用。4口测试油井综合含水率在85%以上。这4口油井实际生产中伴热水的去水温度在60℃到70 ℃，回水温度在40℃到50 ℃内波动，伴热水的流量范围为60 m3/d到90 m3/d。

因为实际生产运行中伴热水的温度很难调节，对进站温度的调节多通过调节伴热水的量来实现。因此在西柳站的能耗测试中，为了得到主要生产参数对集油能耗损失的影响，保持10-3井、10-11井、10-15井及10-47井的伴热水去水温度不变，降低伴热水流量的同时观测进站温度和井口回压，并计算相应的单井日集油能耗费用，进行对比分析。

1.1 集油能耗计算公式

油井伴热集油能耗主要由两部分组成：热力能耗和动力能耗。热力能耗对应的热力费用主要由加热伴热水所消耗的燃气产生；动力能耗对应的动力费用主要是输送含水原油和伴热水所用的泵耗电产生。

因此在集油过程中管线所产生的热力能耗费用和动力能耗费用计算公式如公式（1）和公式（2）所示，日集油能耗费用等于二者之和。

式中：qrl为单井日集油热力费用，元/天；rd为燃气单价，元/方；trz燃气的热值，J/m3，这里取3.6×107J/m3；cw为伴热水的比热，J/(kg.℃-1)；Gw为伴热水的质量流量，kg/d；TRw为伴热水的去水温度，℃；TZw为伴热水的回水温度，℃；ηr为热能利用率。

式中：qdl为单井日集油电力费用，元/天；df为用电单价，元/kW·h；td为单位焦耳与单位千瓦时的换算量，3.6×106J/kW·h；Qo为含水原油的体积流量，m3/d；Qw为伴热水的体积流量，m3/d；Po1为集油管线的起点压力，Pa；Po2为集油管线的终点压力，Pa；Pw1为伴热水管线的起点压力，Pa；Pw2为伴热水管线的终点压力，Pa；ηd为电能利用率。

1.2 集油能耗测试计算结果分析

利用公式（1）和公式（2）分别对4口油井不同伴热参数下的集油能耗进行计算（表1）。可以看出，按实际生产规定的运行参数运行，其单井日集油能耗费用较高，而随着进站温度的降低，通过减少伴热水的量可以有效降低单井日集油能耗费用。但实际生产运行中，集油管道的进站温度不可过低，进站温度过低会导致原油凝管、井口回压过高等危险情况发生，因此找到最佳集油进站温度是降低集油能耗费用的关键。能耗测试结果显示，10-11井、10-15井和10-47井在保证集油过程顺利进行的前提下，尽管其伴热水并未全部关闭，但较之实际运行的伴热水流量范围，其伴热水量仍有较大的降低空间，降低伴热水的量可以使单井集油能耗大大降低。

表1 西柳站4口油井的能耗测试数据表

2 西柳站集油方案优化测试

由西柳站4口油井的能耗测试结果可知，西柳站的油井集油系统按传统运行参数运行集油能耗较大。以能耗测试的4口井为优化研究的对象，对10-3井、10-11井、10-15井及10-47井进行不加热集油工艺的可行性研究。优化研究测试中，分别将4口油井的伴热水全部关闭，测量记录伴热水停止后降温过程中井口压力、温度以及进站压力、温度等参数，降温过程中检测到井口回压过高时，就证明此时对应的进站温度已经不能保证集油过程的安全进行，在相同条件下实际生产运行的集油进站温度不可低于此温度。

重复的测试结果表明，10-3井可以采用不加热集油工艺进行集油，且不加热集油的油井出口温度在42 ℃左右，进站温度在39 ℃上下浮动，在不加热集油过程中井口回压在正常范围内波动。而其余三口井由于井口温度较低，并不能实现不加热集油，但测试发现其最低进站温度不仅低于实际生产运行的进站温度，并且低于其采出原油的凝点（表2）。

表2 测试所得3口油井最低进站温度

由表2可以看出，综合含水率越高，进站的最低温度与对应的原油凝点之间的差值越大，那么其伴热水温度或液量减少的空间就会越大，节省的能耗费用也就越多。因此，当油井井口温度较高时，只要保证这些油井的进站温度在最低进站温度以上，就可以实现不加热集油，而油井井口温度较低时利用较少流量的伴热水，在低能耗的情况下也可以保证集油过程的顺利进行。

3 结论

（1）在伴热去水温度相等或相近的情况下，合理控制伴热水用量，可以降低集油能耗费用。

（2）高含水期油井存在一个最低的集油进站温度，这个温度往往低于油井采出原油的凝点，这为高含水期油井实现不加热集油提供可能。

（3）在西柳站的能耗测试与集油方案优化测试中发现，油井井口温度较高的10-3井可以实现不加热集油，集油进站温度在39 ℃左右，而其他3口井口温度相对较低的油井虽不能进行不加热集油，但仍可以减少其伴热水的液量，使其实现低温集油，降低集油能耗费用。