单井原油贮罐加热装置的现状及发展前景

󰀁专题综述󰀁

单井原油贮罐加热装置的现状及发展前景

郭公喜󰀁孙兆福󰀁孙祥光

(胜利石油管理局黄河钻井总公司)

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󰀁󰀁摘要󰀁某些油井产出的高粘度原油,需在井场贮罐内贮存加热后才能装车外运。单井原油贮罐的加热方法及装置,是影响原油成本的关键之一。原有的单井原油贮罐依加热方法不同有火烧心贮油罐、电热管加热贮罐、气加热和气举装油贮罐以及煤加热贮罐等。最近,利用新研制的原油燃烧器,可以将原有的圆形贮罐改造成原油燃烧器加热贮罐,并设计制造出新型原油加热贮罐。这种新型长方形原油燃烧器加热的贮罐,具有加热速度快、易于操作控制和管理、综合经济效益好等优点,是今后的发展方向。

󰀁󰀁主题词󰀁原油罐󰀁燃烧器󰀁加热装置󰀁现状󰀁发展趋势󰀁󰀁在原油生产中,有些区块油井生产出的原油粘度较高,有的原油粘度高达5000mPa󰀁s,必须加热60󰀁以上才能装车外运。这种原油无法进入油田的原油管道集中输送,只能在井口安装原油贮罐(每口井安装1~2个40m罐),贮存油井生产的原油,然后用罐车外运。从贮油罐中向罐车里装原油,必须把贮油罐中的原油加热到30~65󰀁。因此,贮油罐的加热就成为这些油井能否正常生产和成本高低的关键。

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有原油燃烧室,人工用铁锨把原油加入燃烧室,加热贮油罐中的原油。此法原油燃烧不完全,效率低,污染环境,但在没有电、没有天然气的边远油井上,仍然使用这种装置。

2󰀁电热管加热贮罐

在有供电条件的油井上采用此法。此法可在现有贮罐上改造。一般单井原油贮罐做成圆形,容积40m,少量容积为30m,罐上设计有󰀁500mm人孔。就是利用这个人孔,加装电加热管。电加热管的数量和功率,根据原油贮罐的容量和需要来计算。现有电加热管的功率,每一根管为6、9、12kW,一个40m罐装4~6根。

电加热有很多优点,如便于实现自动化管理,温度易控制等。但最大的不足是电费昂贵,使原油的直接成本升高。例如一个40m3的贮油罐,油井日生产原油18t,用6根9kW电加热管加热,每天的电费高达300多元。

面对节能和降低成本两大问题,显然电加热已不受生产单位的欢迎。

3󰀁气加热和气举装油贮罐

针对电加热的不足,研制了气加热和气举装油为一体的加热装置,如图1所示。

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原有的单井原油贮罐加热装置

从大庆油田勘探开发初期,就存在原油加热问题。当时由北京石油学院任瑛教授发明了世界上第一种水套加热炉加热装置,水套加热炉所用的燃料是天然气。这种水套加热炉在几十年里几经改进,仍然在某些油井上使用,是油田大多数油井生产出的原油可进入输油管道的常用设备。

1󰀁火烧心贮油罐

对于某些区块的油井,在生产原油时,伴生气很少,甚至没有伴生气,水套加热炉就不能使用。为此,设计了一种贮油罐,中心有加热管道,罐外

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郭公喜,高级工程师,生于1942年,1967年毕业于北京石油学院矿机专业,现从事石油机械研究设计及管理工作。本刊特约通讯

(收稿日期:2000-03-14;修改稿收到日期:2000-07-11)员。地址:(257064)山东省东营市。电话:(0546)8729142。

2001年󰀁第29卷󰀁第1期郭公喜等:单井原油贮罐加热装置的现状及发展前景󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁49

新研制的燃烧器和加热装置

原油本身就是一种高质量的燃料,如何利用自产原油加热单井原油贮罐,这是很多单位都在研究的课题。

由于各油田所产原油的性质相差很大,要研制一种能燃烧各种性质原油的燃烧器难度很大。例如

图1󰀁YJ󰀁JN型单井气加热和气举装油贮罐示意图

1󰀁原油进入油罐入口;2󰀁人孔;3󰀁液位计;4󰀁温度表;5󰀁压力表;6󰀁安全阀;7󰀁油气分离器;8󰀁烟囱;9󰀁火烧管;10󰀁燃气嘴;11󰀁放空阀;12󰀁扫线阀;13󰀁排污阀;14󰀁原油装车控制阀

不同油田生产的原油,粘度可相差数十倍,甚至数百倍。有的原油不用加热就能流动,有的必须加热到60󰀁以上才能流动;有的原油一遇明火即可燃烧,有的原油拿明火去烧,也很难点着火。因此,研制适应范围很宽的燃烧器是技术的关键。

1󰀁燃烧器的现有类型

(1)以柴油为燃料的燃烧器󰀁在燃油燃气锅炉上,国内外有多种系列数十个品种的燃烧器,功率从几kW到数千kW不等,可用于各种各样的立式和卧式锅炉,在钻井队上开始推广应用以柴油为燃料的立式锅炉。这种燃烧器既有国产的,也有进口的,但这些燃烧器均有明火。美国生产一种无明火的柴油燃烧器,功率为30~150kW,燃烧极完全,不需要烟囱,从燃烧器出口排出的热空气,温度可达800󰀁,可直接用于室内取暖。这种柴油燃烧器用于加热原油,虽然安全性能极好,但加热速度较慢。

(2)以重油为燃料的燃烧器󰀁国内外都有此类产品,主要用于锅炉上。可以用原油、重油、渣油

󰀁󰀁这种装置在油井生产原油时,必须有足够数量的天然气才行。如果伴生天然气数量不足,仍无法使用。目前生产和使用的数量比较少,在胜利油田只有孤岛采油厂和纯梁采油厂在使用。

4󰀁煤加热贮罐

煤加热的单井贮油罐,好象一个火管式锅炉,其结构如图2所示。

图2󰀁煤加热贮罐示意图

1󰀁贮油罐(40m3,密闭保温耐压);2󰀁加热管汇;3󰀁煤燃烧炉;4󰀁烟囱;5󰀁原油放出阀;6󰀁贮罐支架

作燃料,主要不足是有明火,结碳严重。进口产品价格较贵,如果与燃煤炉相比,一次投资基本相同。

2󰀁以原油为燃料的新型燃烧器

石油大学(华东)东石化机械厂1999年研制成功一种以原油(或渣油)为燃料的燃烧器。这种燃烧器吸取国内外同类型产品的优点,自成一体,可使原油充分燃烧,火焰可以控制,没有积碳,功率从几kW到数百kW。

这种原油燃烧器的工作原理是:把从油井中生产的原油,用管线引到燃烧器总成,原油经加热50~60󰀁后,经过滤器过滤,加压到2~2󰀁5MPa,输送至燃烧器喷嘴,喷嘴用高合金材料做成特殊的结构和形状。加热加压后的原油经过喷嘴雾化后,用电点火系统点燃,燃烧后由鼓风机将热量送入管道。另有一套控制系统,可控制进风量、喷油量和火焰的长度,从而调节温度和供热量。燃烧器和加热装置可密闭联接,即使燃烧时有明火,火焰也是󰀁󰀁用煤来加热原油,源于辽河油田。煤的价格很低,用煤加热费用节省很多,得以迅速推广。

图2所示为胜利油田某油公司采用的方法。重新设计制造了一个容量为40m3长方形贮罐。罐的支架里则设计有烧煤的简易小锅炉,用以加热贮罐的原油。制造这样一套原油贮存加热罐,约需18万元,不仅一次投资大,而且增加工人的劳动强度和管理难度。要组织车辆经常向偏远的井场送煤,燃煤剩下的炉渣也要想办法处理。燃煤炉是一个不密闭的明火火源,安全性较差。而且必须有2人24小时值班。这样燃料上节省的费用,将被人工费用所抵消。所以这种方法,只能在边远地区少数几口原油产量较高的油井上使用。胜利油田只有几个属于三产的油公司在用。各采油厂还没有使用。50󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁石󰀁油󰀁机󰀁械2001年󰀁第29卷󰀁第1期

在管道中运行,不会对贮油罐造成危害。

利用这种结构的燃烧器,可以设计制造新一代单井原油贮罐加热装置。

3󰀁使用原油燃烧器的加热装置

(1)在现用贮罐上改造󰀁图3所示为在现有单井原油贮罐上改造的加热装置示意图。这种方法的优点是充分利用现有的贮罐,节省一次性投资,但改装的难度很大,特别是加热管道的安装,只能在人孔处实施,工作难度大,而且热效率不易达到理想状态。

做到防盗防爆、远距离操作和集中控制。此种原油加热装置,已在胜利油田各采油厂试用,将逐步代替圆形贮罐。

单井原油贮罐加热装置的发展方向

1󰀁长方形原油贮罐逐步代替圆形贮罐

现用的40m3圆形贮罐,不便运输,超宽、超

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高,运输时必须用平板车;而40m的长方形罐,是钻井队常用的钻井液贮罐,每个钻井队有4~6个。用一辆8~10t卡车即可运输,且装卸很方便,仅运输一项就节省很多。长方形罐在使用、维修和保养上比圆形罐更方便。

2󰀁逐步推广原油燃烧器加热装置原油燃烧器的性能会逐步提高,更适合于单井原油罐的加热。其优点是:

(1)利用油井生产的原油为燃料,不必再去购买价格虽然较低,但管理费用很高的煤,综合经济效益明显;

(2)减轻工人劳动,简化管理,减少管理费用,可实现自动化控制和远距离操作;

(3)加热速度快,可根据需要开机,不需要连续运转。

可见,使用原油燃烧器加热的长方形单井原油贮罐,是今后发展的方向。

(本文编辑󰀁李学富)

图3󰀁在现用的原油贮罐上改造加热装置示意图

1󰀁燃烧灶;2󰀁燃烧器;3󰀁进油阀;4󰀁燃油管;5󰀁火烧管;6󰀁烟囱;7󰀁油罐;8󰀁原油装车控制阀;9󰀁罐底架

󰀁󰀁(2)新设计的加热装置󰀁图4所示为重新设

计制造的单井原油贮存加热罐。

欢迎订阅石油机械󰀁石油机械󰀁月刊在报道陆上和海洋石油钻井机械、采油机械、石油工业水处理、油气集输设备、天然气汽车和石油化工机械的研究、设计、制造、使用维修和技术改造等内容的同时,还刊载与石油机械相关的材料与防腐、通用设备和基础件的研制与应用方面的图4󰀁新设计的长方形加热罐

1󰀁原油管;2󰀁原油燃烧器;3󰀁烟囱;4󰀁原油贮罐;5󰀁加热管汇;6󰀁原油罐支架;7󰀁放油管

文章。定价6󰀁00元/期,全年定价72元;全国各地邮局均可订阅,错过邮局订阅机会的读者可直接与编辑部联系。地址:(434000)湖北省荆州市沙市区豉湖路1号电话:(0716)8213549-230、8121243E-mail:syjxzz@public󰀁js󰀁hb󰀁cn󰀁󰀁该装置结构简单,自动化操作。原油燃烧器的出口与加热管汇密闭联接,虽有明火,但不危险,即使油井有少量伴生气逸出,也不会发生火灾,因为明火是在密闭的管道中运行,少量的伴生气被鼓风机吸入加热管道,反而会助燃,使原油燃烧得更好。

由于采用全自动化控制,可以精确地控制贮罐内原油的温度和液面,且燃烧器是一个整体,易于