利用相变换热技术降低油田稠油开采成本的实际应用

张滨 王峥嵘 井文甫

摘要：利用相变换热技术，采用相变换热原理，即通过在全封闭空间内工质的蒸发与凝结来传递热量。其工作过程是蒸发、上升、冷凝、下降这四个过程的动态循环，间接换取油田稠油在开采中产生大量热源，即降低稠油输送温度高问题，同时可利用余热温度冬季供暖，降低站区采暖能耗高问题，在油田稠油开采过程中之间有很大适用空间。

关键词：相变换热技术；油田稠油开采；应用

1 相变换热技术装置结构和特点

1.1 结构

相变换热技术装置结构上分为整体式和分体式，整体式是将受热部分（蒸发段）和放热部分（冷凝段）放置于一个大腔体内，而分体式是将受热部分与放热部分用蒸汽上升管与冷凝液下降管相联接。相变换热装置可应用于冷、热流体相距较远或冷、热流体绝对不允许混合的场合。

热源流体（采出液）经过热流体通道后，将热量传递给超导腔体内的超导介质，从而加热超导介质，产生蒸汽向上进入上部超导腔内将热量传递给冷源介质（供暖水），此时超导介质温度下降，从而发生冷凝，产生的冷凝液流入进入下部超导腔。通过往复不停循环运动，将热流体热量不断传递给冷源介质，实现高温含水原油加热冷却水的目的。

1.2 特点

（1）运行稳定，负荷适用范围大，能适应频繁启停的工况：由于蒸发腔内充满了饱和工质，热容量大，且停运后，起到保温作用，在冷热源流量剧烈变化的情况下，装置均能适应需求；（2）冷热源间互渗可能性极小：由于结构上的特点，蒸发段和冷凝段相互独立，蒸发段和冷凝段管束同时泄漏的可能性极小；（3）不存在局部过冷或过热现象，防止冻堵：由于原油采出液的粘度大，一旦存在温度分布不均造成局部温度过低的情况，就会造成原油采出液的附着，从而形成死区，造成换热器通道的堵塞以及换热性能的下降，从而最终影响生产；装置超导腔内的超导介质蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定了饱和温度，因而与冷热源换热的超导介质处处等温，不存在局部过冷或过热现象；（4）补充超导介质和排除不凝性气体方便，防止传热失效：装置顶部设置有充液口和排气阀，方便超导介质的添加和排气；（5）不易积沙：首先，蒸发段具有一定的自清洗能力；其次，装置设置了防积沙措施，能够降低泥沙堆积的可能；最后，一旦积沙了以后清洗比较方便；（6）换热面采用钢管，承压能力强。

2 实际运用效果及经济、社会效益

2.1 经济效益

通过实际应用结果表明，按照注采联合站使用蒸汽、清水、天然气、通过相变换热技术综合节能分析改造前采暖采用蒸汽减压采暖，实际耗蒸汽量为2-2.9t/h（数据取自现场实测），取平均值2.45t/h；采用相变换热技术利用采出液余热采暖后停止了高压蒸汽的使用，采暖期按180天计算，年节约蒸汽688t。

（1）天然气量计算。减压蒸汽燃气单耗按65.6Nm³天然气/吨·蒸汽计，则节约天然气为：688×65.6=45132.8Nm³/a。

（2）水量计算。改造后换热采暖系统几乎无软化水消耗，年节约注汽锅炉用水：688×1.2=825.6m³。

（3）电量计算。改造前减压蒸汽电单耗按6.7度/吨·蒸汽计，则耗电量为：688×6.7=4609.6kW·h。改造后换热采暖年耗电为12960kW·h。

（4）改造后运行成本。改造后换热采暖年耗电为12960kW·h，电费按0.68元/kW·h计算：一个保温期运行成本为J改后=12960×0.68=0.88万元

（5）改造前的运行成本。稠油污水处理站改造前采暖采用蒸汽减压采暖，实际耗蒸汽量为2.45t/h，采暖期按180天计算，年节约蒸汽688t，蒸汽操作成本为150元/m³。一个保温期运行成本为J改前=688×150=103200元。

（6）节约的运行成本。通过上述计算可知改造后的站区供暖与使用蒸汽供暖每年可节约成本J节约=J改前-J改后=10.32-0.88=9.44万元。

2.2 社会效益

（1）采出液余热利用与相变换热采暖技术在油田采暖中的应用，从采出液中提取了大量的能源，节约了大量宝贵的一次性能源，大幅度降低运行成本，对于油田节能降耗和可持续性发展的大方略有着深远的意义。

（2）油田采出水余热利用技术的采用无任何污染和废弃物产生，无烟尘排放量，并且由于采出液温度的减小，减少了温室气体CO₂和其它大气污染物的排放，减少对环境的污染，达到积极明显的环保效益。

3 结论

通过以上分析，可得出如下结论：

（1）油田采出液余热通过相变换热技术利用了油田采出液作为热源，进行能量转换的供暖方式，没有燃料的燃烧过程，对环境不产生任何污染。

（2）本技术的应用能提高油田一次能源利用率，节省联合站天然气及站区采暖保温过程中蒸汽。

（3）采用油田采出液余热通过相变换热技术可回收大量余热资源，用于稠油生产站点冬季采暖，降低能耗。

参考文献：

[1]张志英,陈国岩.相变换热热水锅炉[J].工业锅炉,2003(05):6-10,36.

[2]倪玲英,卢洪刚.相变换热技术在供暖系统中的开发前景[J].节能,2002(11):25-26.