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天然氣分布式能源在稠油開采領(lǐng)域的應(yīng)用

文檔作者：蘇杭，劉科，張亮，李巡案，賴秀文，趙盼盼，吳勝文檔來源：浙江博臣匯能科技有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月16日
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石油石化節(jié)能
27
2018 年第11 期總第434 期
引言
隨著分布式能源技術(shù)的發(fā)展以及國家宏觀產(chǎn)業(yè)政策
的支持，尤其在國內(nèi)“煤改氣”的大環(huán)境下，分布式能
源技術(shù)以其較高的能源綜合利用率、較低的污染物排放
水平以及較高的供能安全性等優(yōu)勢在醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)
中心、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)園區(qū)以及工業(yè)企業(yè)等領(lǐng)域得到了
廣泛的應(yīng)用。然而分布式能源系統(tǒng)在油田行業(yè)卻少有應(yīng)
用。油田既是能源生產(chǎn)大戶又是能源消耗大戶，在實(shí)際
生產(chǎn)過程中也面臨著較大的節(jié)能減排壓力。文中以國內(nèi)
某油田分布式能源項(xiàng)目為例討論分布式能源技術(shù)在油田
天然氣分布式能源在稠油開采領(lǐng)域的應(yīng)用
蘇杭，劉科，張亮，李巡案，賴秀文，趙盼盼，吳勝
（浙江博臣匯能科技有限公司，浙江 杭州 310012）
摘 要：在稠油開采過程中，油田有穩(wěn)定的高壓蒸汽需求和電力需求；結(jié)合國內(nèi)某油田實(shí)際生產(chǎn)情況，論
證機(jī)械蒸汽壓縮（MVC）水處理技術(shù)和天然氣分布式能源技術(shù)耦合應(yīng)用于油田行業(yè)稠油開采注汽領(lǐng)域的技術(shù)可
行性和經(jīng)濟(jì)可行性。結(jié)果表明：項(xiàng)目建成后每年將節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約19043.5t，減排CO2 約46231.3t，減排高含鹽污
水約13.4 萬t，將對油田行業(yè)稠油開采注汽領(lǐng)域能源供應(yīng)模式升級改造起到示范作用，并極大緩解油田高含鹽污
水處理難題。
關(guān)鍵詞：天然氣分布式能源；稠油開采注汽；節(jié)能降耗；MVC水處理
中圖分類號：TE 08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004-7948（2018）11-0027-03
doi ：10.3969/j.issn.1004/7948.2018.11.009
Application of natural gas distributed energy in heavy oil exploitation
SU Hang，LIU Ke，ZHANG Liang，et al
Abstract: In the process of heavy oil exploitation, the oilfield has stable high pressure steam demand and power
demand. Combining the actual production situation of a domestic oilfield， demonstrate technical feasibility and
economic feasibility of heavy oil extraction in the field of steam injection through the coupling of mechanical vapor
compression (MVC) water treatment technology and natural gas distributed energy technology to the oilfield industry.
The results illustrate that after the completion of the project, the annual standard coal will be saved by about 19043.5t,
the CO2 emission reduction will be about 46231.3t, and the high-salt sewage will be reduced by about 134000t. It will
play an exemplary role in upgrading the energy supply mode of heavy oil extraction and steam injection in the oilfield
industry, and greatly ease the problem of high-salt sewage treatment in oil fields.
Key words: natural gas distributed energy; heavy oil extraction steam injection; energy-saving; MVC water treatment
行業(yè)稠油開采注汽領(lǐng)域應(yīng)用的可行性，并針對此類項(xiàng)目
提出建議。
1 國內(nèi)油田行業(yè)稠油開采注汽領(lǐng)域現(xiàn)狀
目前在油田行業(yè)稠油開采領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的開采
技術(shù)主要有蒸汽吞吐技術(shù)、蒸汽驅(qū)技術(shù)、SAGD 技術(shù)。
這些稠油熱采技術(shù)是目前提高稠油采收率實(shí)際應(yīng)用規(guī)模
最大且效果最好的開采技術(shù)。
受制于鍋爐給水水質(zhì)較差的緣故，國內(nèi)油田注汽鍋
爐多采用降低蒸汽干度的方法來確保鍋爐生產(chǎn)的安全性
和穩(wěn)定性。而這種處理方式將使油田方在生產(chǎn)過程中耗
費(fèi)大量的能源，同時(shí)會有大量的高含鹽污水產(chǎn)生；目前
油田方采用的可行的污水處理方式有污水回灌及資源化
利用。但是這些處理方式自身也存在著一些問題：一方
面，污水回灌通常選擇不到合適的底層；另一方面，隨
著高含鹽污水水量的增加，廢水儲存池遲早會達(dá)到接受極
作者簡介：蘇杭，碩士，工程師，研究方向?yàn)榍鍧嵞茉淳C合高效
利用。
收稿日期：2018-08-30
萬方數(shù)據(jù)
石油石化節(jié)能
28
2018 年第11 期總第434 期
限，如不及時(shí)處理，將制約油田方稠油開采的持續(xù)性[1]。
在國內(nèi)“煤改氣”大環(huán)境下，油田方也面臨著較大
的節(jié)能減排壓力，如何有效降低生產(chǎn)過程中的能源消耗
及污染物排放水平也是油田方亟待解決的問題。
2 案例介紹
以國內(nèi)某油田稠油注汽項(xiàng)目作為研究對象，對采用
傳統(tǒng)水處理方式、傳統(tǒng)供能方式與采用MVC 水處理、
分布式能源系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)收益、節(jié)能效益及
環(huán)保效益進(jìn)行分析對比。
2.1 工程概況
2.1.1 負(fù)荷情況
國內(nèi)某油田SAGD 采油過程中有穩(wěn)定的電力需求和
蒸汽需求。片區(qū)電力負(fù)荷為20MW，整個(gè)SAGD 油區(qū)年
蒸汽消耗量約420 萬t，全年平均負(fù)荷約為480t/h，蒸汽
品質(zhì)為14MPa、干度為75% 的濕飽和蒸汽。
2.1.2 分布式能源系統(tǒng)工藝路線
（1）水處理工藝路線。
目前，油田水處理采用傳統(tǒng)的鈉鹽樹脂交換工藝，
污水經(jīng)傳統(tǒng)方法處理后產(chǎn)生的凈化軟化水作為直流注汽
鍋爐的給水，鍋爐排污率約為25%，產(chǎn)生的排污濃鹽水
濃度約為鍋爐給水濃度的4 倍。如此之大的排污量不僅
增大油田生產(chǎn)耗水量，也在一定程度上造成了能源浪
費(fèi)。同時(shí)增加了油田方處理高含鹽濃水的工作量和難
度。凈化軟化水水質(zhì)參數(shù)如表1 所示。
表1 凈化軟化水水質(zhì)指標(biāo)
分布式能源系統(tǒng)的水處理工藝采用垂直管降膜式機(jī)
械蒸汽壓縮（MVC）工藝。該技術(shù)已在國外的SAGD
稠油開采項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用[2]，但在國內(nèi)尚無工
程應(yīng)用案例；目前加拿大阿爾伯特的石油公司在SAGD
重油開采過程中，已經(jīng)將MVC 蒸發(fā)技術(shù)和汽包鍋爐技
成分?jǐn)?shù)值
溶解氧（mg/L） 未檢出
總鐵（mg/L） 未檢出
懸浮物（mg/L） 18
含油（mg/L） 0.6
礦化度（mg/L） 2496.9
總硬度（mg/L） 未檢出
總堿度（mg/L） 1040.4
SiO2（mg/L） 300
溫度（℃） 25
pH 9.21
術(shù)進(jìn)行耦合并應(yīng)用于油田稠油開采，與傳統(tǒng)方法相比，
具有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢[2]，在大幅度降低鍋爐排污
的同時(shí)，汽包鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽也會大大提高稠油開
采效率，減少能源消耗。
此次項(xiàng)目MVC 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)完全可以滿足汽包鍋
爐用水要求，具體水質(zhì)參數(shù)如表2 所示。
表2 MVC出水設(shè)計(jì)指標(biāo)
（2）發(fā)電系統(tǒng)與余熱利用工藝路線。
根據(jù)該油田SAGD 片區(qū)的用能負(fù)荷及特點(diǎn)，分布式
能源系統(tǒng)采用“電力自發(fā)自用為主、余熱利用最大化”
的設(shè)計(jì)原則，原動機(jī)采用燃?xì)廨啓C(jī)，配置補(bǔ)燃型汽包式
余熱鍋爐和其他輔助系統(tǒng)。
項(xiàng)目擬裝機(jī)容量16MW，由2 臺8000kW 燃?xì)廨啓C(jī)
發(fā)電機(jī)組+2 臺32t/h 的補(bǔ)燃型汽包式余熱鍋爐等組成，
可根據(jù)用戶側(cè)能源需求調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的負(fù)載率。
分布式能源系統(tǒng)工藝流程圖如圖1 所示。
圖1 分布式能源系統(tǒng)工藝流程圖
（3）分布式能源系統(tǒng)工藝模擬計(jì)算。
利用Aspen 軟件搭建分布式能源系統(tǒng)模型，分布式
能源系統(tǒng)模型如圖2 所示。
圖2 分布式能源系統(tǒng)模型
對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工藝模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。
成分?jǐn)?shù)值
硬度（mmol/L） 2
pH（25℃） 8.8~10
含油（mg/L） 0.3
電導(dǎo)率（25℃）（μS/cm） 60
SiO2（mg/L） 0.2
濁度（NTU） 1
天然氣
市電
燃料供應(yīng)系統(tǒng)余熱利用系統(tǒng)
補(bǔ)燃型汽包式
余熱鍋爐
發(fā)電系統(tǒng) 能源管理系統(tǒng)
燃?xì)廨啓C(jī)
高溫?zé)煔庹羝枨?
NG1
NG2
F5 F1
F6
F7
B2
GT
AIRFLOW AIRFLOW2
FEEDWATE SENTOUT
HRSG
FLUEGAS VENT
AFTERCOM
REACTION
萬方數(shù)據(jù)
石油石化節(jié)能
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2018 年第11 期總第434 期
分布式能源系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如表3 所示。
表3 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)
2.2 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益
2.2.1 邊界條件
（1）電價(jià)：用戶外購電網(wǎng)電價(jià)為0.4786 元/kWh ；
（2） 蒸汽價(jià)格：14MPa、350 ℃ 過熱蒸汽價(jià)格取
252.38 元/t ；
（3）天然氣價(jià)格：2 元/m3，低位熱值34MJ/m3 ；
（4）MVC水處理成本費(fèi)用按照25 元/t 考慮。
2.2.2 經(jīng)濟(jì)性測算
按照以上邊界條件所采用的能源價(jià)格進(jìn)行測算，暫
不考慮價(jià)格波動因素，系統(tǒng)年經(jīng)濟(jì)效益為4923.8 萬元，
全年具體收支情況如表4 所示。
表4 收支情況（萬元）
注：天然氣價(jià)格2 元/m3。
2.3 項(xiàng)目節(jié)能及環(huán)保效益
初步測算，本項(xiàng)目相比傳統(tǒng)分產(chǎn)系統(tǒng)（市電+ 燃
氣鍋爐）年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量約19043.5t，年減排CO2 量約
圖3 分布式能源工藝系統(tǒng)模擬計(jì)算結(jié)果
名稱參數(shù)
全年天然氣消耗量（萬m3） 5847.86
系統(tǒng)年凈發(fā)電量（萬kWh） 12212.5
系統(tǒng)年供熱量（萬t） 53.76
年利用小時(shí)數(shù)（h） 8400
年平均能源綜合利用率（%） 84
年平均余熱利用率（%） 89.7
節(jié)能率（%） 31.2
46231.3t，年減排高含鹽污水量約13.4 萬t，具有較好的
節(jié)能環(huán)保效益。
同時(shí)，采用過熱蒸汽用于稠油開采，在同等條件下，
將大幅度提高稠油開采效率，進(jìn)一步降低能源消耗。
3 結(jié)語
對MVC 水處理技術(shù)和天然氣分布式能源技術(shù)耦合
應(yīng)用于油田行業(yè)稠油注汽領(lǐng)域的可行性進(jìn)行深入分析和
探討，得到以下結(jié)論：
（1）天然氣分布式能源系統(tǒng)采用先進(jìn)的燃?xì)獍l(fā)電技
術(shù)和余熱利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度對口、能源梯級利用，非
常適宜應(yīng)用于油田行業(yè)稠油注汽領(lǐng)域；
（2）采用MVC 水處理工藝路線代替油田傳統(tǒng)水處
理工藝路線，不僅解決了油田稠油污水處理難的問題，
而且可生產(chǎn)更高品質(zhì)的過熱蒸汽用于油田生產(chǎn)，提高稠
油開采效率的同時(shí)，減少能源浪費(fèi)。
綜上，將MVC 水處理技術(shù)和天然氣分布式能源技
術(shù)耦合應(yīng)用于油田稠油開采領(lǐng)域，將大幅度降低油田稠
油開采成本，同時(shí)節(jié)能、環(huán)保效益顯著?？稍谌珖吞?
稠油開采領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 武文靜，楊萍萍，王愛軍，等. 新疆油田高含鹽稠油污水
蒸發(fā)除鹽回用熱采鍋爐試驗(yàn)研究[C]. 油氣田地面工程技術(shù)
交流大會，2015.
[2] William F. Heims，何剛厚，吳志愷. 降膜蒸發(fā)技術(shù)用于重
油SAGD 開采的污水回用處理的新工藝——重油污水回用
模式的重大轉(zhuǎn)折[C]//膜分離技術(shù)在石油和化工行業(yè)中應(yīng)用
研討會，2008.
100.00 2000.00
120.00 100.00
14000.00
31997
100.00
14000.00
14000.00
31997
653
SENTOUT
109905
VENT
14000.00
32650
FEEDWATE
109163 109905
F5 F1
F7
B2
F6
100.00
742
NG2
AIRFLOW2
109163
100.00
107350
AIRFLOW
REACTION
AFTERCOM
FLUEGAS
GT
W=-7816494.00 Q=21805.04
1812 HRSG
NG1
Pressure(kPa)
Mass Flow Rate(kg/hr)
Duty(kW)
Power(Watt)
Q
W
項(xiàng)目數(shù)值
收入情況
發(fā)電收益5844.9
系統(tǒng)蒸汽收益13567.95
支出情況
系統(tǒng)耗天然氣費(fèi)用11695.72
系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用1050.54
用水費(fèi)用1612.8
人工管理費(fèi)用130
盈利情況系統(tǒng)年經(jīng)濟(jì)效益4923.8

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