稠油井电加热技术研讨会.docx
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稠油井电加热技术研讨会
稠油井电加热技术研讨会
汇报材料
油田电热采油治理组
2006年9月
目录
前言1
一、电加热装置现状3
1.井筒电加热3
2.管线电加热3
3.大罐电加热4
二、技术检测中心测试情况4
1.测试内容及结果4
2.测试结果分析5
三、各类电加热技术的特点10
1.工频电加热特点10
2.中频电加热特点10
3.低频电加热11
4.电热杆井DR-TG-1型优化调功节电控制柜12
5.油罐智能温控装置12
四、各种稠油井筒开采技术运行费用汇总13
五、电加热改造技术的几点设想13
1.对在用工频电加热设备进行更新改造13
2.推广应用油罐智能温控装置14
3.对全局在用电加热进行冬、夏对比测试14
4.针对电加热井的不同情况，采取不同的改造措施14
5.应用现代化技术，提高管理手段14
前言
针对今年一季度油田生产用电超出去年同期8000万度的严峻形势，2006年6月26日，在局机关第二会议室，胜利油田分公司经理刘中云主持召开了水、电、作业治理专家组启动会议，电热采油治理专家组就是其中之一。
自7月初开始，电热采油治理专家组就从以下五个方面同时展开工作。
1.开展电热采油技术调研
七月初开始，专家组深入到10个陆上采油厂进行调研20余次，并先后在开发管理部听取各采油厂10次汇报，通过对调研资料和各单位上报资料进行统计得知，目前分公司共有电加热设备1232台套，其中井筒电加热467套，单台平均日耗电1363kW·h；地面电加热765套，单台平均加热功率17.64kW。
2.对稠油井（井筒）开采技术进行查新
为了更好地了解和掌握目前国内外稠油井（井筒）开采技术的现状及应用情况，专家组通过查新咨询了解到目前稠油井（井筒）开采技术主要有：
蒸汽吞吐、化学降粘、掺污水以及电加热技术；地面技术主要有：
化学降粘、掺污水、多功能加热炉以及电加热技术。
电加热按设备的技术类型分为：
工频电加热、中频电加热、低频电加热、可控硅调功电加热；按井下的接线方式分为：
油杆加热和油管加热。
3.开展稠油井电加热测试
为了全面掌握现场的真实数据，专家组讨论确定由技术检测中心开展油井电加热技术测试工作，测试分两方面进行：
（1）对不同加热技术设备的电耗情况采用抽测方法进行摸底测试；
（2）对新的电加热技术进行实验性测试。
重点对低频电加热和可控硅调功电加热进行电加热功率逐渐下调状态下（从72kW到18kW）的跟踪测试。
4.开展新技术的现场试验和研究
针对油罐24小时连续加温的现状，专家组提出研发“油罐智能温控装置”，并进行了设计加工，目前已在井场试应用5台，收到了较为理想的效果。
5.制定了电热采油技术改造的初步实施方案
结合上述所做的各项工作，专家组经过反复讨论和论证，并先后三次向油田主要领导汇报，最终编写制定了《电热采油技术改造初步实施方案》。
通过调研、技术咨询、井场实测数据和采油厂上报的数据的综合分析可知，对稠油电加热实施技术改造节电潜力很大，同时技术、方案种类也很多。
为了花最少的资金，应用最好的技术，达到最佳的节电效果，我们对稠油井电加热技术提出了下面几点看法：
一、电加热装置现状
电加热装置根据加热对象的不同分井筒电加热、管线电加热和大罐电加热等。
1.井筒电加热
目前现场在用的加热设备按频率高低分为中频（500Hz—2000Hz）、工频（50Hz）、低频（8Hz—20Hz）三种；按加热体分为油杆加热和油管加热，目前以工频加热应用最多。
全局只有14口油管加热，其余全部是油杆。
表1为各种加热方式现场应用数量统计表。
表1各种井筒加热方式现场应用数量统计表
加热体
油杆加热
油管加热
加热频率
工频
中频
低频
中频
低频
数量（台）
293
160
28
10
4
应用单位
现河、东辛、河口、孤东、胜采
滨南
滨南、现河、东辛
孤东
孤岛
平均单台
功率
56.80
33.15
30.09
/
/
平均单井
日耗电量
1363.20
795.60
722.16
/
/
2.管线电加热
现场在用的管线电加热主要有工频和低频两种加热方式，且以工频加热为主。
通过电热采油专家组前期的工作，引起了各采油厂对电加热设备的高度重视，目前已改变了以往夏季环境温度高仍然继续使用的状况。
3.大罐电加热
大罐电加热的加热方式为采用三相工频电热棒直接进行加热。
每个罐内的电热棒为1-3根不等，部分抽测平均功率为17.64kW·h，一般要求在拉油前4-6小时进行加热即可满足拉油要求，但实际情况为约有三分之一的油罐处于12小时的加热状态，另有三分之一的油罐处于24小时的连续加热状态。
二、技术检测中心测试情况
1.测试内容及结果
根据专家组的安排，技术检测中心自2006年7月至今，对胜利油田分公司从如下两个方面对电加热设备进行了测试。
（1）对不同加热技术设备的电耗情况采用抽测的方法进行摸底测试测试结果见表2：
表2现场实测数据
加热类型
测试数量
单台平均功率（kW）
单台日耗电（kW·h）
井口平均温度（℃）
井筒加热
工频
17
56.80
1363.20
61.75
中频
10
33.15
795.60
44.86
低频
3
30.09
722.16
40.77
油罐加热
6
17.64
423.36
/
管线加热
2（低频）
17.25
414.0
/
（2）对5台低频电加热与中频、工频电加热进行对比测试
5口低频井的选取主要考虑不同的粘度、不同的产液量以及不同的含水等几个主要参数。
对比测试功率从70kw左右逐渐下调到18kw，下调过程中观察到每个功率状态下对应的回压和电机的提液功率基本保持一致，说明功率下调对油井的生产没有产生影响，测试结果见表3：
表35台低频电加热与中频、工频电加热对比数据
井号
电加热
加热方式
有功功率（kW）
功率因数
井口温度（℃）
原油粘度
含水率（%）
产液量（t）
王140-2
工频
68.82
0.858
59.1
20974.4
26.2
68.1
中频
35.55
0.975
49.4
低频
25.24
0.732
47
王140-3
工频
63.8
0.855
63.6
8608
14.8
45
低频
19.04
0.633
49.2
6-P3
工频
49.9
0.849
71
44207
17
73
低频
19.25
0.598
63
6-P5
工频
72.1
0.866
71
42752.3
19.7
66.5
中频
13.38
0.779
49.1
低频
28.73
0.638
58.7
Z14-1
中频
45.2
0.839
53
18000
14
44
低频
23.77
0.629
46.5
2.测试结果分析
2.1技术问题分析
（1）加热技术落后
通过调查测试结果可知，我局目前共有293口工频加热井，占总
数的62.74%。
这些工频加热设备，技术落后，效率低，电耗大（部分井日耗电在2000kW·h以上）；功率调整为三级调节且范围小，不能满足功率调整的需要。
（2）工频加热导致三相电流严重不平衡，增加线路的附加损耗
工频加热不仅自身电耗大，效率低，而且负荷严重不平衡导致线路损耗增大（附加损耗的大小取决于高压线路的长短和总负荷与电加热负荷的比例），三相不平衡还导致供电质量变差，影响其它供电设备，结果见表4。
表4工频电加热引起的三相不平衡
测试节点
有功功率（kW）
电压（V）
电流（A）
电加热
变压器输入
47.71
371.04
376.69
118.66
87.49
360.56
90.53
375.88
177.97
螺杆泵柜
（电加热开）
3.55
1.50
370.32
359.61
10.55
12.95
1.53
347.76
14.12
0.52
376.57
4.57
螺杆泵柜
（电加热停）
3.42
1.51
376.47
371.85
8.29
10.42
0.83
375.01
6.90
1.09
382.56
7.56
从上表可看出，由于电加热设备的单相运行，导致螺杆泵驱动电机其中两相的电流差增大近6.58A。
（3）中频电加热、低频电加热、调功节电柜与工频电加热相比的优势
首先，其加热频率连续可调，可根据油井工况方便调节电加热的输入功率；第二，电热柜三相输入，两相输出，消除了三相电流的不平衡问题；第三，加热效率均高于工频加热方式。
能源站分别在5口油井上进行了工频、中频、低频电加热的加热效果对比实验，其中在在2口油井上安装了中频控制柜，5口油井上安装了低频控制柜，通过目前的测试数据可以看出，在相同的加热功率下，中频加热温度高于工频，低频加热温度高于中频（见表5）；在基本相同的井口加热温度下，低频加热功率低于工频（见表6），更换低频电加热的5口油井，其初始耗电量与更换后的耗电情况对比见表7。
表5同功率测试数据对比表
井号
电加热
提液电机
生产参数
加热方式
有功
功率（kW）
功率
因数
日耗电量（kW·h）
井口
温度（℃）
有功
功率（kW）
功率
因数
产液量（t/d）
含水（%）
粘度
王140-2
工频
45.60
0.856
1094.4
54.7
3.55
0.989
26.2
68.1
20974
中频
45.29
0.987
1086.96
56.9
3.50
0.973
6-P5
低频
28.73
0.638
689.52
58.7
6.27
0.401
19.7
66.5
42752.3
中频
28.71
0.887
689.04
55.0
6.16
0.406
表6同温度低频与工频对比表
井号
电加热
提液电机
生产参数
加热
方式
有功
功率（kW）
功率
因数
日耗电量（kW·h）
井口
温度（℃）
有功
功率（kW）
功率
因数
产液量（t/d）
含水（%）
粘度
王140-3
低频
22.37
0.686
536.8
51.6
5.95
0.474
14.8
45.0
8608
工频
50.58
0.858
1213.92
52.0
5.94
0.474
表7工频电加热与低频电加热测试数据比较
井号
电加热
加热方式
有功功率（kW）
功率因数
井口温度（℃）
年节电量（万kW·h）
年节电费（万元）
王140-2
工频
68.82
0.858
59.1
37.65
18.83
低频
25.24
0.732
47.0
王140-3
工频
63.80
0.855
63.6
38.67
19.34
低频
19.04
0.633
49.2
6-P3
工频
49.90
0.849
71.0
26.48
13.24
低频
19.25
0.598
63.0
6-P5
工频
72.10
0.866
71.0
37.47
18.74
低频
28.73
0.638
58.7
平均
/
/
/
/
35.07
17.53
使用电热杆井调功节电柜，可以方便调节工频电加热的输入电压，实现电压的无级调节，在保证正常生产的情况下，有效降低电加热的输入功率，但三相电流的不平衡问题得不到解决，且功率因数有所降，测试数据见表8。
表8工频调功与工频耗电情况对比表
井号
电加热
提液电机
生产参数
加热方式
有功
功率（kW）
功率
因数
日耗电量（kW·h）
井口
温度（℃）
有功
功率（kW）
功率因数
产液量（t/d）
含水（%）
粘度
6-P4
工频调功
26.8
0.590
643.2
56.9
5.64
0.363
10.5
62.0
24675
工频
49.00
0.856
1176.0
55.0
5.54
0.362
（4）、油井的加热温度高低相差很大
有的油井井口温度高达60℃多，将近70℃，有的仅加热到50℃左右。
在7口实验井上通过调功发现，有的油井在加热功率降到20kW左右、加热温度降至50℃的情况下，油井完全可以正常生产，即电机的输入功率与调功前保持一致。
此时，电加热的节电量是惊人的，以现河采油二矿23队的王140-3抽油井为例，工频状态时有功功率68kW油井井口加热温度均达到63℃以上，而实验结果证明，低频电加热19.943kW井口温度达到49.2℃即可正常生产，日少耗电1153kW·h。
但目前对于各种不同粘度、液量、含水、井深的油井，究竟其加热温度为多高时即可保证正常生产，目前还没有资料可查，也无技术标准，因此进一步对不同井况的油井进行实验，逐步摸索规律，分类找到类似油井的最低加热温度，以指导现场生产。
2.2管理问题分析
（1）油罐方面
①部分油罐加热时间过长
单井油罐并不是每天拉油，且拉油量也有限，根据调查可知，一般要求在拉油前4-6小时进行加热即可满足拉油要求，但实际情况为约有三分之一的油罐处于12小时的加热状态，另有三分之一的油罐处于24小时的连续加热状态。
仅此一项每台天多耗电300—400kW·h。
全局255台每年多耗电2754万kW·h。
②油罐中的油加热没有做出最高温度限制
不同的区块原油有不同的粘度，由于没有做出温度限制，所以各单位的拉油温度都不相同，过高的加热温度必然导致电耗增加。
（2）井筒方面
①、油井出口温度没有最高限制
由于油井出口温度没有做出要求，各采油厂的出口温度各不相同。
从测试结果可知，井口的平均温度为56.32℃，最低温度36.5℃，最高温度达70℃以上。
对部分用工频井筒加热井出口温度大于70℃的井，如果改用低频加热技术则出口温度可降到36.5℃，则每天每口井节电可达1100kW·h，293口电加热日节电29.3万kW·h，年节电1.16亿元。
160台中频电加热油井仍有节约空间。
②、井口加热功率不及时调整且不能满足最低要求
虽然工频加热功率调整范围有限，但还有3个档位，从测试的11口工频井可知，大部分工频加热井都是在中高档上运行，导致工频加热电耗很大。
实际上调到低档时井口温度仍然大于50℃，受工频加热的限制，加热功率已不能再作调整。
③、不需加热的井仍然使用电加热装置
例如滨南采油厂673-1井，其产量为21.6t，含水为73.3%，原油粘度为11710mPas，队上通过自己摸索，目前已将这口井的电加热停掉，可以说，生产参数与此类似的油井，其电加热可以停掉或大幅降低其加热功率。
672-8井，其电加热的作用为清蜡，据现场人员介绍，这口井的电加热装置夏天也不开启，冬天3天开一次，每次加热24h。
可以说，良好的管理是节能的首要条件。
三、各类电加热技术的特点
1.工频电加热特点
采用50Hz工频电源，加热电压350伏至700伏分段可调，由于频率低主要利用加热电缆和抽油杆通过热传导方式对稠油和高凝油加热。
优点：
电源和负载之间没有变频环节，加热设备成本低，可靠性高。
现场管理简单，易于操作。
缺点：
加热效率低，耗电严重，加热电源每口井每天耗电在1500-2000kW·h。
由于负载是单相的，极易导致用电三相不平衡。
通过改变变压器的绕组抽头来调节输出功率，功率调节不能连续，且操作不方便。
井口温度无法实现闭环控制，功率因数较低，一般在0.8-0.9之间，目前技术发展趋势是解决三相变单相电源不平衡问题。
2.中频电加热特点
采用500Hz—2000Hz变频电源，加热电压500伏至1000伏。
当空心抽油杆上通过中频交流电时，在加热电缆与钢质空心抽油杆之间建立起交变磁场，由于集肤效应产生涡流和磁滞损耗，从而产生热量，然后再通过钢质空心抽油杆将这些热量传递给被加热稠油。
优点：
加热效率较高，加热电源每口井每天耗电在1000-1500kW·h，三相电源平衡，由于采用交-直-交变频方式，功率因数高，可达0.95以上。
缺点：
变频过程中用到大功率器件，要损耗一部分功率。
由于采用微机控制可靠性比工频电源差，变频电源成本较高，使用过程中需加较高电压，对设备耐压等级要求高。
现场操作相对复杂。
目前技术发展趋势是降低设备成本，提高设备可靠性，实现智能化控制。
3.低频电加热
采用8Hz—20Hz变频电源，加热电压100伏至250伏。
这是由于在低频电场的作用下，液体中带电粒子运动，形成液体低频电流，导致负载阻抗的变化。
这种加热方式除通过电缆和空心抽油杆对稠油和高凝油的热传导加热外，还通过稠油中带电粒子剧烈运动、摩擦碰撞，使液体本身发热，以达到降粘目的。
优点：
加热效率高，加热电源每口井每天耗电在500-800kW·h，除有传导加热外，还有稠油中带电粒子剧烈运动、摩擦碰撞，使液体本身发热部分。
由于采用是低频电源交-交变频方式，提高了变频电源转换效率。
输出电压低、安全性好、三相电源平衡，功率因数高，可达0.95以上。
缺点：
变频过程中用到大功率器件，要损耗一部分功率，由于采用微机控制可靠性比工频电源低，现场操作相对复杂，装置价格偏高。
目前该技术已在胜利油田小规模试用一年以上。
但低频加热对稠油粘度等指标的影响还正处在理论探索阶段。
4.电热杆井DR-TG-1型优化调功节电控制柜
优点：
调节简便，价格低，可靠性好。
缺点：
单相运行，电流严重偏相。
5.油罐智能温控装置
智能油罐温控装置是针对部分油罐处于24小时加热状况而设计制造的，它可以充分利用峰、平、谷的电价收取规定，在电价的谷时段对原油加热，即便是耗电量与其他时段相同而节约电费达50%以上；实现时间、温度的双控功能；达到每台每天节约电量100kW·h—300kW·h，而节约的资金增大1倍以上；该装置还为管理用电管理部门提供最先进的技术手段，为提高管理水平打下坚实的基础；装置主要有如下功能。
（1）自动起停功能
根据需要可任意设定加热器的自动起动和自动停时间，此功能主要是保证电加热器尽可能在用电的谷时段开启加热，避免峰时（峰时电费是谷时电费的3倍）段开启电加热。
（2）自动温控功能
在设定加热时断内，加热温度达到油罐拉油的设定值，装置自动断电停止加热。
（3）电量分时段计量功能
对电加热的用电量分蜂值、平值、谷值分别计量累加。
（4）自动记录功能
对加电热器的启停时间和对应的油温自动记录。
（5）数据传输功能
对加热时间、加热时断、耗电量、对应油温等数据通过无线网络传输到用电管理部门，为管理者提供了最先进的技术手段。
四、各种稠油井筒开采技术运行费用汇总
表9井筒电加热各项技术费用对比表
措施类别
单井投资
（万元）
单井年运行费用
（万元）
化学降粘
3
9.36
空心杆掺水
4
12.79
低频电加热
7.5
8.8~15
工频单相调压
2
/
五、电加热改造技术的几点设想
1.对在用工频电加热设备进行更新改造
利用低频或工频调功等技术对在用工频电加热设备进行更新改造，预计单井日节电量800—1000kW·h。
2.推广应用油罐智能温控装置
提高加热功率、缩短加热时间，可有效降低散热损失，使大罐内的原油在较短时间内达到拉油温度，降低加热电量。
同时，利用电费的谷峰差价，合理安排拉油时间，可进一步节约电费。
同时进行单井拉油实验，确定合理的拉油加热温度。
3.对全局在用电加热进行冬、夏对比测试
由于环境温度对电加热有一定的影响，因此冬季的加热温度明显要高于其他季节的加热温度，确定由技术检测中心继续对全局在用电加热进行冬、夏对比测试，摸清全局每口电加热井在不影响生产情况下的最低温度，制定相应的电加热管理规定，切实达到节能降耗的目的。
4.针对电加热井的不同情况，采取不同的改造措施
虽然油田电加热井的数量有限，但是单井的原油粘度、产液量等参数差别很大，因此，需要与各采油厂紧密结合，针对不同情况采取不同的改造措施
5.应用现代化技术，提高管理手段
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