（油气储运工程专业论文）大庆采油三厂集输系统能量利用最优化研究.pdf

大庆石油学院碗士研究生学位论文 e n e r g ye f f i c i e n c yo p t i m i z a t i o no f g a t h e r i n ga n dt r a n s f e r r i n gs y s t e mo nt h et h i r do i l m i n i n gf a c t o r yo f t h ed a q i n go i lf i e l d w h e no i l f i e l d se n t e r e dt h em g eo fh i g hw a t e rc u t , c o m p o s i t ew a t e rc u tr i s eu py e a rb yy e n t , t h e p r o b l e mo f t h er a t eo ff l o wo fp r o d u c t i o nd t e mb i g , l o w e ro p e r a t i o ne f f i c i e n c ya n dh i g h e rl o s sa r i s e t o r e d u c ee n e r g yl o s s ，t h eo p e r a t i o no p 6 m i z a t i o na n dp r o j e c ts e t t i n go f o i lg a t h e r i n ga n dr a n s f e r r i n gs y s t e mi s 鹏c 鹤女t h eo i lg a t h e r i n ga n dt r a n s f e r r i n gs y s t e mo f fb e iw u s t a t i o no f t h et i l i mo i lm i n i n gf a c t o r yo f t h e d a q i n go i if i e l di ss t u d i e di nt h i sp a p e a n dt h ef o l l o w i n gs i xa s p e c t sa r em a i n l yi n v o l v e d ：( 1 ) w h e nt e s tt h e p a r a m e t e ro f o i lg a t h e r i n ga n dt r a n s f e r r i n gs y s t e m0 1 1b e iw us t a t i o no f o l et h i r do i lm i n i n gf a c t o r yo f t h e d a q i n go - lf i e l d ，a m e n dt h et e m p e r a t m e ，r e s o l v et h ep r o b l e mt h a ts o m ep i p i n gn ot e m p e r a m r eh o l e ( 2 ) t h e c o n f i g u r a t i o na n dt e c h n o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f a d x ”e s c o n c ed u a lt o b 缸gw a t e rg a t h e r i n ga n d 仃a m f b 啦 f l o wa ma n a l y z e d , a n dt h ew h o l es y s t e mi sd i v i d e di n t oas e to f s u bs y s t e m sw h i c hi n c l u d ec e n t r a lo i la n d g a su e a t m gs t a t i o n , b o o s t e rs t a t i o n , g a t h e r i n gn e t w o r ka n ds oo n , t h e n 蜘酣b a l a n c ea n a l y s i sm o d e l sa r e e s t a b l i s h e d , m e t h o d so f e f f i c i e n c yc a l c u l a t i o n a l s op r e s e n t e dr e s p e c t i v e l y ( 3 ) s t u d i e dt h em e t h o do f u s e g r a ys y s t e mf o r e c a s tf i l eb a s ep o r a m e t e r so fo i l 乎l n 】吧r i l 唱a n d 仃a m 觚n gs y s t e m , a n da n a l y s ea f t e c t m g f a c t o r o f o i l g a t h e r i n g a n d 仃 m s f 醯r i l 塔s y s t e m q u a n t i t a t i v e l y ( 4 ) a c c o r d h l g t o t h er e s e a r c h o n h e a t m g m o d e , n e t w o r kp a t t e r na n dp i p e l i n en u m b e ro f a r b o r e s c e n c ed u a lt o b m gw a l e rg a t h e r i n ga n d 廿= a n s f e r r i n gp r o c e s s , w i t ht h ea d o p t i o no fh y d r o m e c h a n i c s , e n g i n e e r i n gt h e r m o d y n a m i c sa n do t h e rt h e o r i e s , m e t h o d so f h y d r a u l i ca n dt h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o no fn e t w o r ks y s t e ma r ec o n c l u d e d ( 5 ) w i l ht h em i n i m i z a t i o no f y e a r l yt o t a lw o r k i n gc o s ta si t so b j e c t i v ef u n c t i o n , a n dw e l lh e a db a c kp r f s s i h , p u m po u t l e tp r s u r e , o i l s t a t i o nt e m p e r a t u r ee t ca si t sc o n s u a j n i n gc o n d i t i o n s , am a t h e m a t i c a lm o d e lo f 却广b l o n 爆c a 雠d u a lt u b i n g w a t e rg a t h e r i n ga n du a n s f e r r i l l gf l o w 哪哪吲p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o ni se s t a b l i s h e d i ti sa d v i s e d 幻s o l v e i tb yt 鼬o fs e q u e n t i a lg e n e t i ca l g o r i t h m ( 6 ) b yu s i n gv bl a n g u a g e aa r b o r e s c e n c ed u a lt o b i n gw a t e r g a t h e a n ga n dt r a n s f e r r i n g s y s t e me f f i c i e n c ya n a l y s i sa n do p e r a t i o np a r a m e t e ro p t i m i z a t i o ns o f t w a r ei s p r o g r a m m e d i tc a nr e a l i z e 印南。聪s c c ed u a lt o b t n gw a t e rg a t h e r i n ga n dt r a n s f e r r i n gs y s t e me f f i c i e n c y a n a l y s i s , o p e r a t i o np a r a m e t e ro p t i m i z a t i o nw i t ht h em i n i m i z a t i o n o fy e a r l yt o t a lw o r k i n gc o s ta si t s o b j e c t i v ef i m d i o i lt h es o f t w a r ei sa p p l i e dt ot h eo p t i m i z a t i o no f o i lg a t h e r h l ga n dt r a n s f e n t n gs y s t e mo n b e iw us t a t i o no f t h et l i i r do i lm i n i n gf a c t o r yo f t h ed a q m go i lf i e l d 1 ( e yw o r d s ：o i lg a t h e r i n ga n dw a n s f o n 诹；e n e r g ys a v i n g ；o r e yf o r e c a s tp a t t e r n ；p a r a m e t e rc o n s u m p t i o n f o r e c a s t ；y e a r l yt o t a lw o r k i n gc o s t ；o p t i m i z a t i o n n i 大庆石油学院硕士研究生学位论文 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，妁巴在文中作了明确说 明并表示谢意 作者签名：鲞勉日期：卫丝2 ：2 ：乞广 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石油学院有关保留，使用学位论文的规定。学校有权保留学位 论文并向国索主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内客 箱入有关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文 在解密后适用本规定 学位论文作者签名：兰燃 导师签名： 岔喜磊 日期：彻7 7 翁 日孰伽 。，订 大庆石油学院硬士研究生学位论文 创新点摘要 本文主要有以下两点创新： 1 、应用灰色系统理论对原油集输系统的基本参数变化进行了预测。 2 、应用灰色系统分析理论定量地分析了原油集输系统能耗影响因素。 i v 大庆石油学院硕士研究生学位论文 引言 经济高速发展，能源需求日盛。石油天然气由于其优异的品质已在国民经济和社 会生活的各个方面扮演重要的角色。但我国油气资源却相对贫乏，根据我国第三轮油气 资源评价结果，初步估计我国累计探明可采储量1 4 万亿立方米，我国石油可采资源量 为1 5 0 亿吨【”。另外，油田开采生产过程自身也需要消耗大量的电、煤、汽、柴油、自 用原油、天然气等能源。能源消耗占开采成本中的比例成逐年上升趋势。而节能降耗工 作历年来一直是油田开采生产过程中的重要工作。 油田地面工程由五大系统组成：原油集输系统、集气系统、注水系统、污水处理及 配电系统。其中油气集输工程是主体工程，其投资一般占整个油田地面工程的6 0 - 7 0 0 , 6 ， 占整个油田工程的4 0 9 6 左右。油气集输系统分为集油、脱水、稳定和储运等环节，通过 管网系统从井口收集油井产出液( 油、气、水) ，并把它们输送到计量站、接转站、集中 处理站进行计量、分离、净化等工作，最后输送到油库用于原油外输1 2 】。 随着油田节能在石油工业发展中占据着越来越重要的位置，以及科学技术的发展， 国内外节能技术也在不断推陈出新。大庆油田充分利用油井进入高含水后期、特高含水 期的较高出油温度和产液量，实现常年不加热集油或降温集油【3 l 。随着油田全面进入高 含水后期开采阶段，油井出油温度呈上升趋势；当原油含水率高于8 0 9 6 后，剪切速率的 变化对含水原油粘度已无明显影响，表明含水原油转相，采出液完全呈现牛顿流体的流 动特性：另外，进入高含水后期，集油管道管壁结蜡量也明显下降，因此，充分利用高 含水后期、特高含水期油井生产的有利条件，有相当一部分油井可以直接实现不加热集 油。这类常年不加热井，可以采用双管出油、定期热洗集油管线、井口电热带保温及工 频电热解堵等保温降粘措施。且这类不加热集油井由于高含水、高产液不需加流动改进 剂；实施降温集油的油井应该是含水率己超过转相点但产液量低于l o o t d 或处于转相 点附近的油井。可采用的技术措施有3 项：一是不加流动改进剂，采用掺常温水措施， 提高油井总含水率，促进转相，改善流动条件，实现常年降温集油；二是降低掺水温度。 对含水率已经超过转相点但产液量较低的油井，由于液流已不受粘一温关系影响，可使 集油温度降低到凝固点附近甚至低于凝固点，但要根据集油系统条件，经过集油参数优 化及生产实践确定经济合理的集油温度范围；三是加流动改进剂，流动改进剂对集油温 度有较明显影响，随着加药量的增大，集油温度明显降低，而且其影响随产液量及含水 率的上升而增大。 在树状双管掺热水集输流程中，系统动力、热力消耗与掺水量、掺水温度、管径、 输送介质粘度以及油井产出液的流量、含水率等因素有关，而这些因素又是互相制约的 【4 】。如：( 1 ) 系统的动力消耗主要表现在管线的压力损耗上，而管线压力损耗由管径、 输送距离、介质流量、粘度等决定；( 2 ) 为保证原油在高于凝固点3 c 5 时进站，掺 引言 水必须具有一定的量和温度，输送距离、管径、油井产液量不同，掺水量、掺水温度也 应不同；( 3 ) 为保证系统具有一定的集油半径，就必须保证井口具有一定的井口回压和 温度，而井口回压和温度与系统各管线的管径、流量、介质粘度和井口的掺水温度、掺 水量等有关。减小管径可以减少热量损失，但会增加管线压力损失，减小掺水量可以减 少管线压力损失，但是掺水量减少，掺水温度必须增加，系统热耗很可能增加。 原油集输能耗占原油生产总能耗的比重极大，所消耗的热能和电能是油田节能的重 点对象。大庆油田进入高含水或特高含水开发阶段，更是面临着原油综合含水率逐年 上升；普遍存在产液量高、产油量和产气量下降；系统效率低、能耗及成本控制困难 的问题。因此需要对现有集输系统的运行参数进行必要的调整与优化。 油气集输管网的运行工艺参数优化问题，一直是优化研究的热点。当前常用的方法 有两种：一为方案比较法；二为最优化计算法 5 1 。这两种方法虽然思路相异，但共同点 都是根据目标最小这一单因素的最小值来确定最优方案。灰色物元分析法属于方案比较 法。利用最优化计算法优选运行工艺参数就是确定目标函数、约束条件，建立优化数学 模型，找到合适的求解方法，得到优化结果的全过程。 对原油集输系统能量利用的最优化问题，涉及到各约束条件确定，目标函数的选取 等诸多工作。其中主要以目标函数的制定最为重要。制定不同的目标函数，会得到不同 的优化结果。目标函数的制定是根据原油集输系统的具体情况及所要达到的优化目标选 定的。如以原油集输系统生产运行能耗最小为目标制定目标函数，经优化后，便会达到 原油集输系统生产运行能耗最小的目的。 本文通过对大庆油田采油三厂四矿北五联集输系统得大量调研，提出年平均运行费 用最低的优化目标，进而制定相应的目标函数，并加以求解。由于油田基本参数每年均 在不断变化，因此在对集输系统运行参数最优化时，需要考虑每年油田的基本情况的变 化。以年平均运行费用最低为目标，对原油集输系统运行参数进行优化，可以实现对原 油集输系统能量利用的动态最优化控制。 具体研究内容为： ( 1 ) 对大庆油田采油三厂四矿北五联合站原油集输系统进行参数测试，利用表面 温度修正的方法，解决了测试过程中部分输液管道无测温孔的测试难题； ( 2 ) 分析了树状双管掺水集输流程的结构及工艺特点，将树状双管掺水集输系统 分解为联合站、转油站、集输管网等若干个子系统，分别建立了各子系统的能量平衡分 析模型，给出了各子系统的效率分析方法； ( 3 ) 研究了应用灰色系统理论对原油集输系统基本参数变化的预测方法，并定量 地分析了原油集输系统能耗影响因素： ( 4 ) 根据树状双管掺水集输系统采用的加热方式、管网形态和管线根数，采用流 体力学、工程热力学等理论，研究建立了其管网系统水力和热力分析计算方法： ( 5 ) 以年平均运行费用最低为目标函数，以井口回压、泵出口压力、原油进站温 2 大庆石油学院硕士研究生学位论文 度等为约束条件，研究建立了树状双管掺水集输系统运行参数优化数学模型，并用遗传 算法加以求解； ( 6 ) 采用v b 语言，编制完成了树状双管掺水集输系统效率分析与运行参数最优 化软件。该软件能够实现树状双管掺水集输系统效率分析、以年平均运行费用最低为目 标进行运行参数最优化等功能。利用该软件对大庆油田采油三厂四矿北五联合站原油集 输系统进行了系统效率分析、生产运行参数优化和调整改造方案模拟。 3 第一章大庆油田采油三厂北五联集输系统运行参数测试 第一章大庆油田采油三厂北五联集输系统运行参数测试 大庆油田采油三厂北五联集输系统，面临着原油综合含水率逐年上升；普遍存在 产液量高、产油量和产气量下降；系统效率低、能耗及成本控制困难；油田开发难度 加大等引发的区域及系统负荷不平衡矛盾日益突出等问题 s - g 。因此，必须对集输系统 的运行参数进行必要的优化调整。大庆油田采油三厂北五联集输系统为树状双管集输 系统，包括：联合站子系统、中转站子系统及管网子系统。各子系统又包含不同的耗能 设备，工况各异。因此，集输系统生产运行方案优化前，需按照集输系统测试操作规范 【l o 】，测试大庆油田采油三厂四矿北五联集输系统的基础数据，以便掌握大量翔实的现 场数据，并对其进行必要的分析。通过对大庆油田采油三厂四矿北五联树状双管集输系 统的大量的现场测试，编制了树状双管集输系统计算软件对其进行计算并进行了分析。 1 1 北五联集输系统现场测试 大庆油田采油三厂四矿北五联集输系统现场测试的主要工作包括三大部分：联合站 站内测试、中转站站内测试、计量间及井口测试。 1 1 1 联合站站内测试 联合站子系统的测试内容主要包括：各泵平均线电流、各泵平均线电压、来液量、 来液进站温度、来液进站压力、来液综合含水、外输油量、外输油含水率、采暖热水量： 热水出口温度、热水回水温度、水泵出口汇管处压力、采暖泵进出口压力、循环水比热 容、循环水密度、外输液量、含水率、外输液密度、外输油比热容、外输出站温度、外 输炉进出口温度、外输泵出口压力、外输泵进口压力、外输管末端温度、外输管末端压 力、站耗燃料气量、燃料基低位发热值、站耗电量。 主要测试难点： 1 、外输油比热容、循环水比热容、燃料基低位发热值通过室内实验测得。 2 、由于循环水进出口都没有安装流量计，因此利用超声波流量计测得循环水量。 但由于管道漆的影响超声波流量计信号不强，瞬时流量波动大，所以应测试3 0 分钟的 流量，并进行多次测量。 3 、由于热水汇管没有温度计插孔，因此需利用红外测温仪测试表面温度。但红外 测温仪本身存在误差，而且测试的只是管壁温度。 1 1 2 中转站子系统测试 中转站子系统的测试内容主要包括：各泵平均线电流、各泵平均线电压、总掺水量、 掺水出口温度、掺水汇管温度、掺水泵出口汇管处压力、采暖泵进出口压力、掺水介质 4 大庆石油学院硕士研究生学位论文 比热容、掺水介质密度、外输液量、进站液量、来液进站温度、外输液含水率、进站液 含水率、外输介质比热容、外输出站温度、预热炉出站温度、外输炉进口温度、热水出 口温度、热水回水温度、外输泵出口压力、外输泵进口压力、外输介质密度、站耗燃料 气量、燃料基低位发热值、站耗电量。 主要测试难点： 1 、外输油比热容、热水比热容、燃料基低位发热值、掺水介质比热容、掺水介质 密度通过室内实验测得。 2 、采暖热水量、总掺水量、均需利用超声波流量计进行测试。 3 、采暖热水汇管没有温度计插孔，也需利用红外测温仪测试管壁温度，再转化为 热水温度。 1 1 3 计量间及井口测试 计量间及井口测试的内容主要包括：各井产液量、含水率、油井出油压力、油井出 油温度、井口掺水温度、井口回油温度、计量间回油温度、油井来液汇管压力、油井来 液汇管温度、计量间掺水压力、计量间掺水温度、计量间总产水量。 主要测试难点： 1 、计量间总产水量需利用超声波流量计测得。 2 、三厂四矿各井井口出油管处虽留有温度计插孔，但由于堵塞以无法使用。所以 只能采用放油测温得方法对油井出油温度进行测量。 3 、井口掺水管及回油管处，既没有预留温度计插孔，又无放液口。因此井口掺水 温度、井口回油温度只能使用红外测温仪测试管壁温度。 以上各点中，超声波流量计瞬时读数不稳的问题，可以通过多次测试若干小时的总 流量，以此算出瞬时流量的方法加以解决。但红外测温仪本身存在误差，而且测试的只 是管壁温度，因此需要对其进行修正。 1 2 北五联集输系统现场测试温度修正 本次现场测试中，温度测试部分，对于及无温度插孔又无放液口的管道使用p t 4 0 红外测温仪测试其表面温度。由于环境等诸多因素影响，测温仪读书与管内液体实际温 度存在较大误差。因此，必须对p t 4 0 红外测温仪测的读书进行修正。经修正之后的参 数才是管内液体实际温度。 1 2 1 室内水浴温度修正实验及修正曲线绘制 在使用p t 4 0 红外测温仪进行现场温度测试前，对其进行室内水浴温度修正实验。 实验目的是找到p t 4 0 红外测温仪读数与实际温度之间的曲线。根据实验数据可得出 p t 4 0 红外测温仪室内温度修正曲线。见下图： 第一章大庆油田采油三厂北五联集输系统运行参数测试 一8 0 6 0 籍4 0 壕2 0 0 02 04 0 6 0 8 0 p t 4 0 读数( ) 图1 - 1p t 4 0 红外测温仪室内温度修正曲线 f i g 1 1p t 4 0 i n f r a r e d t h e r m o m e t e r r o o m t e m p e r a t u r e m o d i f i e d l i n e 因为室内温度较高，管壁传热系数小。故可近似地认为，各室内管道，如各站热水 汇管的壁面温度即为管内热水温度。应用上曲线，可以使用p t 4 0 红外测温仪对室内管 道进行测试。但因为所作水浴实验是在室内进行，故井口掺水温度、井口回油温度等室 外管线液体温度不能用此方法测试。 1 2 2 井口温度修正曲线绘制 井口处，出油管、掺水管以及回油管处于相同的外部环境，可以近似地认为三者的 传热系数相等。由于大庆油田处于高含水开发时期，含水率达到9 0 以上，根据以下公 式： c j = f - w + c 。【1 一j ( 1 1 ) 式中：掣一管段，内介质的比热容，k j 1 , g ； “，c 广水和油的比热容，k j k g ； w ，厂_ 一管段j 内含水率。 可知，各管中比热容差别不大。相对于环境影响及仪器误差，也可以近似地认为三 者的比热容相等。又因为各管管径相同，所以可以先拟合一根管管壁温度与管内液体温 度的曲线，然后应用该曲线计算其它两管。油井出油管处开有放油口，可应用放油法测 得出油温度，并认为此温度为实际温度出油温度，同时使用p t 4 0 红外测温仪测量出油 管的壁面温度，对两者进行拟合得出室外管道管壁温度与管内液体温度拟合曲线。通过 大量测试拟合出以下曲线。 6 7 0 6 0 25 0 魁4 0 垂：3 。0 l o 0 01 02 03 04 05 0 璧面仪测温度( ) 图1 - 2 室外壁面仪测温度与管内液体温度修正曲线 f i g 1 - 2 0 u t d o o r i n s t r u m e n t a l p i p es u r f a c e t e m p e r a t u r e a n d f l u i d t e m p e r a t u r e m o d i f i e d l i n e 大庆石油学院顼士研究生学位论文 使用p t 4 0 红外测温仪测得掺水管以及回油管管壁温度，然后依据以上曲线及公式 便可算出井口掺水温度、井口回油温度。 1 3 北五联集输系统主要测试数据 按照集输系统测试操作规范 i o ，测试了大庆油田采油三厂四矿北五联集输系统基 础数据。主要数据有如下： 表卜1 中数据为北五联中转站测试数据。 表i - i 北五联中转站测试数据表 1 曲1 1b e iw ub o o s t e rs t a t i o nt e s td a t a 北六联 站名4 号站5 号站9 号站l o 号站 合站 采暖泵进口压力 m p ao 0 70 0 60 1 00 0 80 0 7 采暖泵出口压力 m p a 0 4 10 4 0 0 4 l 0 4 1 o 4 l 热水汇管温度 7 37 36 87 07 1 回水汇管温度 6 46 46 0 6 36 2 采暖热水量 m 3 1 16 06 86 l6 26 0 掺水量 m 3 h1 0 7 71 3 0 o7 3 51 0 5 0 6 3 0 掺水出口温度 5 3 1 55 9 8 85 1 4 95 0 2 05 0 9 5 热水汇管温度 7 07 06 87 57 5 水泵出口汇管处压力 m p a2 5 22 9 62 2 42 3 72 1 4 掺水泵进口压力 m p aooo0o 掺水及采暖水比热容 k j ( k g ) 4 1 9 l4 1 9 l4 1 9 14 1 9 l4 1 9 1 掺水密度 t m 3o 9 7 4 80 9 7 4 8o 9 7 4 8o 9 7 4 80 9 7 4 8 外输液量 m 3 h8 5 52 7 0 71 1 1 71 0 7 23 4 8 含水率7 1 9 l6 0 6 34 9 2 76 7 6 66 6 0 8 外输液密度 t m 30 9 0 9 4o 9 1 1 80 9 1 5 80 9 1 8 30 9 1 6 2 外输液比热容 k j ( k g ) 3 5 9 3 3 4 3 0 7 3 4 7 3 “ 外输出站温度 8 07 26 25 66 7 外输炉进口温度 6 06 06 06 06 0 外输泵出口压力 m p a1 4 41 8 40 7 2o 7 21 0 8 外输泵进口压力 m p ao00oo 外输管末端温度 7 0 06 8 o6 0 05 2 o5 3 o 外输管末端压力 m p a0 4 5o 2 0o 2 00 1 7o 2 5 站耗燃料气量 m 3 1 13 4 5 83 8 3 22 2 9 2 2 0 4 2 1 2 6 3 燃料基低位发热值 m j m 33 8 3 33 8 3 33 8 3 33 8 3 33 8 3 3 站耗电量( k w h ) l l 1 2 8 52 0 7 42 0 2 52 0 8 31 4 2 7 7 表i - 2 中数据为北五联合站测试数据。 7 第一章大庆油田采油三厂北五联集输系统运行参数测试 表1 - 2 北五联联合站测试数据表 t a b 1 2 b e i w u c e n t r a l o i la n d g a s t r e a t i n gs t a t i o n t e s t d a t a 采暖热水量m 8 0 热水汇管温度 7 3 回水汇管温度6 4 采暖泵出口压力 m p a0 4 0 采暖泵进口压力m p ao 2 6 采暖热水介质比热容 k j c k g ) 4 1 9 外输液量m 3 h2 8 5 4 进站液量 m 3 h6 6 2 5 外输液含水率 5 7 3 进站液含水率 6 1 6 外输介质比热容 k j ( k g ) 2 o l 外输出站温度8 8 o 预热炉出站温度 8 3 o 外输炉进口温度6 5 0 预热炉进口温度 7 0 0 0 外输泵出口压力m p a0 7 9 外输泵进口压力 m p a0 外输介质密度 t m 30 9 1 4 2 站耗燃料气量m 3 h1 0 5 0 0 燃料基低位发热值 k j m ，3 8 3 3 3 3 4 站耗电量( k w h ) h 4 9 7 0 2 管网主要参数见表1 - 3 ： 表1 - 3 北五联外输管网测试数据表 t a b 1 - 3b e i 、v u e x p o r t p i p e n e t w o r k t e s t d a m 出站进站出站进站 序号始点规格型号长度输液量密度比热容 温度温度压力压力 m m k m m 【p am p am 3 d k g m k j ( k g ) l 4 号站北五联由1 5 9 6 o 54 94 5o 90 3 31 6 3 8 9 0 9 4 2 0 5 0 25 号站北五联巾1 5 9 x 61 54 24 00 90 3 35 5 6 09 1 1 82 0 2 2 3 9 号站北五联 由1 5 9 6o 63 83 41 20 3 3 2 3 5 49 1 5 8 1 9 7 9 4 1 0 号站北五联 由1 5 9 x 6o 54 64 3o 6o - 3 36 0 9 99 1 8 31 9 5 l 5 北六联北五联由1 1 4 x 4 5 1 o5 9 5 3o 8 o 3 3 2 1 0 19 1 6 21 9 7 5 部分井口及计量间测试数据见附表1 。 在测试过程中严格按照相关技术标准执行，获得了大量的现场实际数据，达到了预 期的目标。为下一步集输系统效率和能耗全面分析，油田原油集输系统的运行参数优化 提供可靠依据。 8 大庆石油学院硕士研究生学位论文 2 1 基本原理 第二章树状双管集输系统效率计算方法 树状双管集输系统，其能量平衡关系遵守热力学第一定律，即能量守恒原理： 输入系统的能量= 有效利用能量+ 各项损失能量 即 e 入= e 棚+ e 攮失 式中：占又外界供给系统的能量之和； 露械系统有效利用的能量之和； 麦系统的各项损失能量之和 ( 2 1 ) 此外，系统中物料在传输与转换过程中还应遵守物料平衡方程，即 输入物料= 输出物料+ 中间损失物料 上述能量平衡方程是建立能量平衡分析模型、能耗分析与效率计算的理论依据。 2 2 能量平衡分析模型的建立 树状双管集输系统本身可以看作是一个巨大的能量耗散系统，但由于这个系统的构 成十分复杂，不便于直接对其进行能量分析与研究，因而可将其分解为若干个子系统， 如联合站子系统、转油站子系统、集输管网子系统等，然后分别对各个子系统进行能量 分析，最后分析整个树状双管集输系统。 对于各子系统的能量分析，可根据各予系统的特点，分别选用黑箱模型、灰箱模型 和白箱模型进行计算。 2 2 1 联合站子系统能量平衡分析模型的建立 树状双管集输系统，热水从供热站通过单独的管道，增压后送到计量站，再经阀组 分配输送到井口。从井口返回时热水掺入集油管线中。其联合站子系统黑箱分析模型如 图2 - 1 所示。 图2 - 1 联合站子系统黑箱分析模型 f i g 2 - 1 c e n t r a lo i la n dg a st r e a t i n gs t a t i o ns u b s y s t e mb l a c kb o xa n a l y s i sm o d e l 9 第二章树状双管集输系统效率计算方法 图中：晶w _ 来液带入能； 昂外输原油带出能； e 旷一污水带出能： 以上各项均包括热能和压能，即局= e h i + 晶。 研一联合站供给燃料能； 艮联合站供给电能： e 1 联合站总能耗。 由上述黑箱模型得： 供给能量：e s u o = 毋+ & 有效能量：鼬= e o + e w 一风。 系统能损：e l = e l u d e f 联合站能量利用率及能损系数分别为： 能量利用率：j 7 。= 啪。= ( e o + e 。一e o w ) 什晟) 能损系数：恐= e l 慨。 2 2 2 转油站子系统能量平衡分析模型的建立 转油站子系统黑箱分析模型如图2 - 2 所示。 图2 - 2 中转站子系统黑葙分析模型 f i g 2 - 2b o o s t e rs 蛐l 鲫b s 姗b l a c k b o xa n a t y s i sm o d e ! 图中：点0 l 油井来液带入能； 晶町一外输液带出能； 点0 l 循环水带入能； 瓦广循环水带出能； 以上各项均包括热能和压能，即局= 磊，+ 点0 。 研一供给燃料能； 艮供给电能； e i 系统总能耗。 由上述黑箱模型得： 供给能量：e s u d = 五汁最 有效能量：点0 = 届帕一品l + e w 2 一0 l o 大庆石油学院硕士研究生学位论文 系统能损：蜀= e 如一c f 转油站能量利用率及能损系数分别为： 能量利用率：目。= 五晟叩= ( 昂记一z l o 。l + 层以一层，i ) ( 厨+ e ) 能损系数：瓦= 蜀e 唧 2 3 主要计算方法 1 站效计算 站效计算公式 t h = 【( q 埘一线) 如】1 0 0 ( 2 - 2 ) 式中：q 0 介质从该站带出的能量( 相对于计算参数基准) ，k j h ； ( i 该站供给介质的能量，k j h ： 跣价质带入该站的能量( 相对于计算参数基准) ，k j h ： 其中， q 埘= g f q x 1 0 3 + q + q ( 2 - 3 ) l 式中：g 分别为各类站外输油或含水油量、采暖热水量、伴热总水量、掺液总量， t h ： e 对应介质比热容，k j k g ； t 各类站外输出站、采暖热水、伴热热水、掺液、稳定炉出口温度，； q 、二段脱水炉出口介质具有的热能，k j h ： q 6 站内各类泵出口介质具有的压力能，k j h ： 栉管道种类数，种。 q = ( g l q t 2 + q c l t d x l 0 3 ( 2 - 4 ) q = 【( g f p f 岛+ g ：p , l p , ) l x l 0 3 ( 2 - 5 ) ，l l 式中：g l 、g ：分别为一、二段脱水液量，妇； c l 、c ：分别为一、二段脱水的介质比热容，k j k g ； f 2 、f 分别为一、二段脱水炉的出口温度，； a 分别是各类站外输泵出口压力、掺液出口汇管压力、伴热出口汇管压力、 二段脱水泵出口汇管压力、采暖热水泵出口汇管压力、原油稳定泵出口 压力，m p a ： 只对应液体密度，t m 3 ； 刀泵的种类数，种。 第二章树状双管集输系统效率计算方法 q 二= q c x 1 0 3 + g + 珐( 2 - 6 ) ，- l 式中；f 各类站外输炉进口、采暖回水、伴热回水，油进站汇管( 掺液流程) 、稳定 炉进口、外输管末端温度，： 嫉二段脱水炉进口介质具有的热能，1 0 h ； 珐站内各类泵进口介质具有的压力能，i o h ； 捍管道种类数，种。 幺= ( g 1 - c l + g ：c i 毛) 1 0 3 ( 2 1 7 ) 式中：t l 、分别为一、二段脱水炉的进口温度，。 包= 【( 6 ；矗屏+ q 矗一) 】1 矿 f l l 式中：p ：分别为各类站外输泵、掺液泵、伴热水泵、采暖热水泵、 原油稳定泵的进口、外输管末端压力，m p f l ； 疗泵的种类数，种。 瓯= b 诺w + r 平均站效计算公式 一 月h r l 。= 仉 ，l ll l l 式中：巩某站的站效，； 仇平均站效，； q m 某站的供给能量，l o h 捍被测系统的站数，座。 2 管效计算 管效计算公式 r h = h g t c i t i + g | p i f p 3 f | ! g f c i f | + g t p i p , ) x 1 0 0 式中：绣某类管道管效，。 平均管效计算公式 7 。= 【( g ，g + g 爿p , ) ( g f c f + g ，p i p t ) x 1 0 0 i = 1f ；l 式中：编平均管效，； 一被测系统的某类管道总数或总管道数。 3 原油集输系统单耗计算 原油集输系统每集输i t 油燃料气( 油) 单耗计算公式 1 2 ( 2 - s ) 二段脱水泵、 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 “) ( 2 1 2 ) 大庆石油学院硕士研究生学位论文 蝇= 惫+ 蚝+ 蚝( 2 - 1 3 ) 式中： “被测系统每集输i t 油所耗燃料气( 油) 量，m 3 ( k g ) t ； m 。、肘。、j | l 分别是转油站单元、脱水站单元、原油稳定厂单元的燃料 气( 油) 单耗量，m 3 ( k g ) t ； 口被测各转油站外输含水油的综合含水率，以小数表示。 m 。= 置，g l ， ( 2 - 1 4 ) 式中：玩被测某转油站的耗燃料( 包括井口加热炉的耗气) 气( 油) 量，m 3 ( k g ) h ； g i ，被测某转油站的外输液量，t h ； 行被测转油站数，座。 鸩。= 毛瓯 ( 2 1 5 ) 式中：垦。被测某脱水站的耗燃料气( 油) 量，m 3 ( k g ) h ： 皖被测某脱水站的外输液量，t h ； 一被测脱水站数，座。 坞b = 马g 3 ( 2 - 1 6 ) 式中：g t 原油稳定f k f 输油量，t m ； 马原油稳定厂耗燃料气( 油) 量，m 3 ( k g ) t 。 原油集输系统每集输i t 含水油燃料气( 油) 单耗计算式 磁= m b + ( 1 - a ) ( m 2 b + ) ( 2 1 7 ) 式中：域原油集输系统每集输i t 含水油燃料气( 油) 单耗，1 1 1 3 ( k g ) t 。 原油集输系统每集输i t 油电能单耗计算 帆= 惫+ 蚝+ 蚝 ( 2 1 8 ) 式中：m 。、m 。、m 。分别是转油站单元、脱水站单元、原油稳定厂单元的电 能单耗量，( k w h ) t 。 m 。= g 1 ， ( 2 - 1 9 ) 式中：嵋被测某转油站的耗电量( 包括井口电加器的耗电) ，( k w h ) h ； 以被测转油站数，座。 = w 2 ，g 2 ， ( 2 2 0 ) 式中：w 2 。被测某脱水站的耗电量，( k w h ) h ； 第二章树状双管集输系统效率计算方法 即被测脱水站数，座。 m h = | g ； 式中：w 3 原油稳定厂耗电量，( k w h ) h 。 原油集输系统每集输i t 含水油电能单耗计算 材：= + ( 1 一口) ( ，2 - + 配j ) 式中：以原油集输系统每集输i t 含水油所耗电量，( k w h ) t 。 4 原油集输系统综合能耗计算 原油集输系统每集输i t 油综合能耗计算 m ：= m b q y w + m , , r 足 式中：m 被测系统每集输i t 油标准煤耗量，k g t ； 马每l k g 标准煤的热当量值，墨= 2 9 3 0 7 k j k g 。 原油集输系统每集输1 t 含水油综合能耗计算 m ：丝盥堕：墨 眉 式中：射被测系统每集输i t 含水油标准煤耗量，k g t 。 5 站外输管道的单耗计算 站外输管道每输送1 t 液、距离l k m 的单耗计算 m l = 1 0 3c j “一) + 【( p f - p 1 ) p , l x l 0 3 一( z l z 2 ) g ) 厶 式中：帆原油外输管道每输送i t 液、距离i k m 的耗能量，l 【j ，( t k m ) ； 厶外输管的长度，k m ； g 重力加速度，g = 9 8 1m s 2 。 站外输管输送介质时每单位外表面积平均散热量计算 正= g f c ( 一) ( 石口厶) 式中：m 外输管道单位散热，l d ( m 2 h ) ； d 外输管外径，m 。 6 系统效率计算 = 仉- ( 层残品+ w j r ) ( 骂驯。+ 哗r ) x 1 0 0 扭1 1 - 1 式中：