单管枝状电加热油气集输参数优化.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J O UR NAL O F D AQI NG P E TRO L EUM I NS T I TUTE 第 3 3卷 第 3期 2 0 0 9年 6月 Vo 1 ．3 3 No ．3 J u n ． 2 0 0 9 单管枝状电加热油气集输参数优化 贺风云 ，王作志 ，赵 玉珍。 1 ．大庆石 油学 院 石油工程学 院， 黑龙 江 大 庆 1 6 3 3 1 8 ； 2 ．大 庆油 田有 限责任 公 司 第九 采油 厂 ， 黑 龙江 大庆 1 6 3 8 5 3 ； 3 ．大庆油田技术培训 中心， 黑龙 江 大庆1 6 3 2 5 5 摘要 考虑电加热集输大地温度场变化 对管道 散热影 响 ， 以投 资和运行 费用最 低为 目标 函数 ， 应用 枝状 电加热集 输管 网优化计算模型 采用改进的 P OWE L L法对模型求解 ， 确定 了电加 热集输最佳 管径 、 合理 功率 匹配； 电加热 集输 的 最佳加热方式为井 口设加热器 ， 干线保温输送 ； 电加热集输 最佳保 温层厚 度为 2 9 3 2 mm， 经济埋 深为 1 ． 1 ～1 ． 2 m． 关键词 电加热 ； 油气集输 ；参数优化 ； 单管枝状 中图分类号 T E 8 6 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 01 8 9 1 2 0 0 9 0 3 0 0 7 20 3 电加热油气集输技术是取代掺水集输的一项新工艺． 该工艺的产生和发展是围绕着掺热水油气集输 工艺存在工程投资高 、 运行成本高 、 管理难度大的生产实际而开展的． 电加热油气集输节省一次性基建投 资 4 2 ％[ 】 ] ， 节省供热运行费 4 8 ％． 电加热 已应用于大庆油 田L 2 ] 、 辽河油 田、 胜利油 田的部分油气输送和稠 油开采． 关于电加热集输管网分布 、 集油环串联井数、 单井计量 、 管道施工等问题 已经解决 ， 但是电加热技 术的理论研究还很滞后， 如电加热管道散热 、 保温 、 埋深、 不同季节功率选择和优化 、 加热方式优选等 问题 还没有解决 ， 这是使其没有得到全面推广的主要原 因． 笔者在考虑电加热集输大地温度场变化对管道散热 影响的基础上 ， 以投资和运行费用最低为 目标函数[ 3 ] ， 应用枝状电加热集输管网优化计算模型[ 4 ] ， 采用改 进的 P OWE L L法对模型进行求解 ， 以大庆油 田敖南 I转油站 3号支线为例 ， 给出枝状管 网最佳 功率组 合、 合理埋深 、 保温层经济厚度和最佳管径 ， 从而降低集输投资费用和运行费用． 1 节点参数计算 枝状电加热油气集输管网见图 1 ．图 1中所示管线为油管线 ， 其中 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 6 点 为油 井 ， 5 ， 7 ， 8点 为合 并点 ． 电加热集输管网节点参数计算公式为 M G k 一∑口 G J ， 当志 一 时， n 巧一0 ； 是 一l ， 2 ， ⋯， M， J 1 M ∑“ ， W Q W 一 一 ， 当 忌一 时 ， 口 巧一 0 ； 最一 1 ， 2 ， ⋯ ， M ， C 一 C ，当 kJ时 ， n 目一 0 ； 是一 1 ， 2 ， ⋯， M ， 图 1 枝状 电加 热油 气 集输管 网示意 M P 一∑n P △ 户 ， 当志 一J 时， 口 一o ； 志 M， Ml ， ⋯， 2 ， 1 ， J 1 式 中 M 为节点数； G 为 是点的介质流量； 为 点的油井产液量 ； W 为 是点的介质含水率； C k为 忌点 收稿 日期 2 0 0 9 一o 30 2 ； 审稿人 魏立新 ； 编辑 关 开澄 作者简介 贺风云 1 9 6 5 一 ， 女 ， 博士， 副教授 ， 主要从事 油气集输及采 出液处理方 面的研究 7 2 第 3期 贺凤 云等 单管枝状 电加热油气集输参数优化 的介质 比热容； 口 为管网相关矩阵元素 ； 为 是点压力 ； G J 为 J点流量 ； V 为 点含水率 ； C j 为 点 比热 容 ； 为 点的压力 ； △ 』 为J号管线起末点压力差． 2 优化模 型 mi n S Fd Fh F8 FR， S ． t ．T Ts 3～ 5 ， P ≤ P ， P ≥ [ 户 ]， [ ]∈ S 。 ， 。n≤ ≤ ， d 0， 0， h0 ， 式 中 S为电加热集输管 网总费用 ； Fd 为管材费用 ； F 为管道埋深建设费用 ； F 为保温材料费用 ； F 为热 力费用 ； T 为原油凝点 ； T为转油站许用进站温度 ； P 为第 i 根集油管线井 口回压 ； P 为第 i口油井 的井 口回压许用值 ； 为进转油站的压力 ． [ 。 ] 为转油站许用进站压力 ． [ ] 为优化的管径 ； S 。为管径可取值 集合 m 为第 i 管段流速 ； 为管段 i的最小允许 流速 ； n l “为管段 i的最大允许 流速 ； d 为第 i 管段直 径 ； 为保温层厚度； h为管道埋深． N F d 一∑， L ， 1 N F h ∑】7 h k L ， 2 N F 。 一∑ ／ z 一 ／ z ] L ， 3 N F R 一∑口 p P 2 i r 2 4 ． 4 式 1 ～4 中 N 为管道总数 ； L 为第 i 根管道的长度 ； 为保温材料价格 ； 为管道施工土方费用 ； 志 为管沟宽度 ； 为管道埋深 ； 为管道壁厚 ； 为第 i 根管道的内径 ； - 为第 i 根管道的伴热功率 ； 口 为工业 电价； 为管道年运行时间； P 2 i 为节点处的井口加热器功率， P z i 一 生 王 ，其 中 C y 为井 口产 出 液的比热容 ； T。 为管道输送温度 ； T 为井 1 3产液温度 ； G 为井 口产液量 ； a为井 口加热器的热效率． 该模型属于约束非线性规划 问题 ， 通过混合 S UMT法将约束优化转化 为无 约束优化 ， 再 采用直接 法～ 改 进 的 P O W E L L法进行 求 解． 3 实例计算 大庆油田敖南 I站共管辖油井 2 4 4口， 新建电加热集输干管 4条． 其中， 敖南 I转油站 3号干线共连 接油井 9 5口， 其中单井 1 6口， 平台 2 2个 ， 共有集输管道 3 8段， 在每口油井井 口 2 I n处设有井 口加热器， 设计进站压力为 0 ． 2 5 ～0 ． 3 5 MP a 、 原油进站温度为 3 5℃、 油井最高允许 回压为 1 ． 3 0 MP a ． 管道材质为 2 0 碳素钢， 保温采用泡沫黄夹克保温， 油井全部采用单管枝状电加热集输流程 ， 其优化结果分别见表 1 ～ 3 ． 表 1 敖南 I站 3号干 线集输管网总体优化结果 备注 1 1 ． 1 4 8 3 ． 5 ； ≠ 6 O 3 ． 5 ； 7 6 4 ． 5 ； 8 9 4 ． 5 ； 2 1 ． 2 1 1 4 4 ． 5 ； 3 2 9 4 83 ． 5 ； 4 3 0 6 O 3 ． 5 ； 5 3 1 乒 7 6 4 ． 5 ； 6 3 2 l 1 4 4 ． 5 ， ≠ 8 9 4 ． 5 ； 7 1 ． 1 ≠ 4 8 3 ． 5 ； 6 O 3 ． 5 ； 7 6 4 ． 5 ； 8 1 ． 2 8 9 4 ． 5 ； 1 1 4 4 ． 5 ． 大庆石油学院学报 第 3 3卷2 0 0 9年 表 2 敖南 I站 3号干 线加 热方式优化计算结果对 比 管道起点 平 管道终点 平 管长／ 起点 日 含水 台号或井号 台号或井号 m 产液／ t 率／ ％ 起点 日 产气／ 优化后 管径／ 原管 径 ／ m mm mm 伴热功率／ k W 优化后 优化前 由表 1 ～3可知， 电加热集输工程总投资降低 3 ， 热力费用减少 2 8 ； 电加热集输最佳保温层厚度为 2 9 3 2 12 1 ， 经济埋深为 1 ． 1 ～1 ． 2 m； 电加热集输的最佳加热方式 为井 口设加热器 ， 干线保 温输送 ； 确定 了 电加热集输最佳管径、 合理功率匹配． 4 结束语 应用枝状电加热集输管网优化计算模型， 采用改进的 P OWE L I 法对模型求解 ， 确定了电加热集输最 佳管径 、 合理功率匹配； 电加热集输 的最佳加热方式为井 口设加热器 ， 干线保温输送 ； 电加热集输最佳保温 层厚度为 2 9 ～3 2 mm， 经济埋深为 1 ． 1 ～1 ． 2 m． 参 [ 1 ] E 2 ] [ 3 ] I- 4 ] 考文献 丁亚男．单管 电加热 工艺集 油工艺在 外围油田的应用E J ] ． 油田地面工程 ， 2 0 0 1 ， 2 0 5 1 9 2 0 ． 吴国忠 ， 鲁刚．电加 热埋地油气集输管道 热力计算与试验研究 E J ] ． 哈尔滨工业大学学报 ， 2 0 0 4 8 2 2 2 4 ． 李长俊．埋地输油管道热力计算方法探讨 [ J ] ． 油气储运 ， 1 9 9 2 4 5 7 6 2 ． 吴国忠 ， 张久龙 ， 王英杰．埋地管道传热计算 [ M] ．哈尔滨 哈尔滨工业大学 出版社 ， 2 0 0 3 5 8 1 1 9 ， 2 2 1 2 3 0 上接 第 7 1页 参 考文献 F 1 ] 胥思平．欠平衡钻井气体体积 流量 的计算[ M] ．北京 中国石化 出版社 ， 2 0 0 6 ． E 2 ] 袁兆广 ， 周开吉， 孟英 峰， 等．气体钻大斜度水平井最小注气量计算方法研究[ J ] ．天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 4 6 5 6 7 ． I- 3 ] 王存新 ．气体钻井 中井眼温度变化及其对注气量 的影响E J ] ．天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 1 0 6 7 6 9 ． [ 4 ] Ha s a n A R， Ka b i r C S ， Wa n g Xi a o we i ．A me c h a n i s t i c mo d e l f o r c i r c u l a t i n g f l u i d t e mp e r a t u r e l, R] ． S P E 2 7 8 4 8 ， 1 9 9 6 ． E 5 - 1 K a b i r C S ，Ha s a n A R，K o u b a G E ．De t e r mi n i n g c i r c u l a t i n g f l u i d t e mp e r a t u r e i n d r i l l i n g ， w o r k o v e r a n d we l l c o n t r o l o p e r a t i o n s [ R ] SP E 2 4 5 81 ， 1 9 9 6 ． E 6 ] Z h o u I ．Ho l e c l e a n in g d u r i n g u n d e r b a l a n c e d d r i l l i n g in h o r i z o n t a l a n d i n c l i n e d we l l b o r e [ R] ．S P E 9 8 9 2 6 ， 2 0 0 8 ． 7 4