寒冷断块油田井口多功能罐温降特性研究

油气田地面工程第２７卷第１１期（２００８．１１）　寒冷断块油田井口多功能罐温降特性研究　吕宇玲　张凡军　李红双。　（１．中国石油大学（华东）储运与建筑学院；２．长庆油田采油一厂；　３．中国石油技术开发公司）　摘要：对适用于寒冷断块油田单井拉油的井口多功能集液罐的结构、燃料选择以及集液罐内　油品的温降特性进行研究，并对集液罐内静止油品加热时的温度分布进行了数值模拟。结果表　明：罐内油温随时间的变化呈指数曲线关系；油品温降与起始温度、环境温度和罐内装液量有　关；罐内的局部高温区在加热火筒的表面层处，罐内的局部低温区在储油罐的周边顶角处，应加　强对多功能罐上部的保温。　关键词：断块油田；井口；多功能罐；温降；数值模拟　１　多功能集液罐结构的研究　２　多功能集液罐温降特性的研究　（１）多功能集液罐燃料的选择。多功能集液罐　的燃料可以采用煤、原油、天然气等，还可以采用　加热火筒增加传热效果。原油作为燃料必须脱除原　油中的水，需要增加原油处理设施，且原油的价格　较高，经济上不合理。采用煤作燃料，需要增加多　功能集液罐的体积，增加了设备的散热损失。同时　采用煤作燃料时，增加了现场操作人员的劳动强度　及管理难度。而天然气可以直接从多功能罐上的分　气包取用，洁净便捷，所以天然气作为多功能罐的　燃料是最佳的选择。抽油机采用电作动力，可从抽　油机上的配电柜取电作为多功能集液罐的加热能　源。多功能集液罐也可以采用可控温的电加热棒加　热油井产物，根据多功能集液罐内流体的温度情　况，自动调整输出功率，从而达到设定的温度。　（２）多功能集液罐的结构。多功能集液罐结　构　如图１所示。其结构为卧式圆柱容器，圆柱筒　内安装加热火筒和外部连接烟筒，其上设分气包、　分离捕雾网、进油口、出油口、出气口、排污口、　计量用液位计、温度计、安全阀、人孔和支座等附　属设施，以满足其储存、加热、分离和计量等功能。　气出口　烟筒　‘分气包　、分离捕雾网　一安全阀　，１　辔　液位计　进油管　敞皿　油孔　ｌ　◇　出油孔　火筒　。　苒＿　＿　支座　排污口　～　支座　图１　多功能集液罐结构　（１）油品温降的理论计算公式　］。若在单位时　间ｄｒ内，容器中的液体冷却了ｄｆ度，散失的热量　为ｄＱ，则有　ｄＱ一一Ｃ－ｃｄｔ　（１）　式中Ｇ为容器中液体的总质量（ｋｇ）；Ｃ为液体　的比热容（Ｊ／（ｋｇ・。Ｃ））。　经容器壁散失于周围介质中的热量ｄＱ可从下　式求得　ｄＱ—ＫＦ（ｔ　一ｔ　）ｄｒ　（２）　式中Ｋ为从油品到周围介质的总传热系数　（Ｗ／（ｍ。・℃））；Ｆ为储罐的总冷却面积（ｒｆｌ。）；ｔ　为油品温度（℃）；ｔ　为容器周围介质的温度（℃）；　ｒ为时间（ｓ）。　由式（１）、式（２）可得：一　ｄｔ　一ＫＦ（￡　一　ｔ　）ｄｒ，若油品开始冷却时的温度是ｔ　，经过ｒ时　间后，油品冷却到ｔ　，将上式积分并整理得　Ｔ　２一ｔ　＋（￡　ｌ—ｔ，）ｅ　式中ｔ　。为油品经过时间ｒ后的温度（℃）；ｒ　为冷却时间（Ｓ）；ｔ　为储罐周围介质温度（。Ｃ），　对于地上卧式罐，取最冷月大气的平均温度；ｔ　为　油品初始温度（℃）。　卧式罐的总传热系数近似等于罐壁传热系数，　因油罐罐壁保温，则罐壁传热系数按下式计算　Ｋｈ，一　式中　。为保温材料导热系数（Ｗ／（ｍ　。Ｃ））；　为保温材料厚度（ｍ）；Ｋｂｉ为罐壁传热　系数（Ｗ／（ｍ　・℃））。　（２）油品的温降特性。多功能集液罐模型为长　

９．６　ｍ、直径２．８　ｍ的卧式罐，选用硅酸钙作为外　８　油气田地面工程第２７卷第ｌ１期（２００８．１１）　保温材料，保温层的厚度取１００　ｍｍ。经计算，Ｋ　一０．６１６　ｗ／（ｍ。・℃）。罐内井口产物含油率为　３５　，气油比为１０　Ｎｍ。（气）／ｍ。（油），油、　气、水的比热分别为：　一２　０００　Ｊ／（ｋｇ・。Ｃ），　水　＝４　１８２　Ｊ／（ｋｇ・℃），ｆ　一０．６　Ｊ／（ｋｇ・℃）。当　油装满罐、环境温度为一３０℃时罐内温度随起始　温度的温降特性如图２所示；起始温度为８０℃时　罐内温度随环境温度的温降特性如图３所示；起始　温度为８０℃、环境温度为一３０℃时罐内温度随装　油量的温降特性如图４所示。　８０　Ｏ　２　４　６　８　１０　１２　１４　１６　１８　２０　２２　２４　２６　２８　３０　３２　时间／ｄ　图２罐内温度随起始温度的温降特・眭　

蓍　嫡　图３　罐内温度随环境温度的温降特性　

０　２　４　６　８　１０　１２　１４　１６　１８　２０　２２　２４　２６　２８　３Ｏ　３２　时间地　图４　罐内温度随装油量的温降特性　由图２、图３、图４可知：第一，罐内油温随　时间的变化呈指数曲线关系。第二，当环境温度一　定时，相同储存时间内，罐内温度随起始温度的降　低而降低；罐内温度随起始温度的降低，储存时间　缩短（储存温度８Ｏ。Ｃ～２７℃）。第三，当起始温　度一定时，罐内温度随环境温度的降低而降低，且　储存天数减小。当液量装满罐，起始温度为８０℃　时，环境温度高于２０℃时，储存天数超过１００　ｄ；　环境温度为０。Ｃ时，储存天数超过５０　ｄ；当环境温　度为一３Ｏ。Ｃ时，储存天数仅为３０　ｄ。第四，当起　始温度为８０℃，环境温度为一３０℃时，罐内温度　随装油量减少而降低。满罐时，储存天数为３０　ｄ　左右；半罐时，储存天数为１５　ｄ左右；液量为１／４　罐时，储存天数仅为７　ｄ左右。　３　加热火筒加热时的数值模拟　（１）模型的几何尺寸。此模型为长度９．６　ＩＴＩ、　直径２．８　ｒｎ的圆柱体。储油罐内加热火筒管材为　铜，长为８　ｍ，外径０．５　ｍ，加热火筒位于储油罐　横向中心位置，下表面距储油罐内壁０．２　ｍ。　（２）数值模拟模型的选取与参数的设定。此问　题属于传热问题，用ｆｌｕｅｎｔ软件对此模型进行模　拟。算法选分离隐式算法，加热火筒与罐内流体的　传热、罐壁与外界空气的传热假定为稳态的热传导　问题。加热火筒温度设定为８０＿Ｃ，加热火筒外壁　热通量为４００　０００　Ｗ／ｍ　，在此假定管内的流体为　油水混合物：密度为９９８．２　ｋｇ／ｍ。，定压比热容为　４　１８２　Ｊ／ｋｇ・Ｃ，导热系数为０．６　ｗ／（ｍ。・℃），　粘度为０．００１　００３　ｋｇ／（ｍ・ｓ），储罐外壁传热系　数为５Ｏ　ｗ／（ｍ　・。Ｃ），空气温度为４。Ｃ。　（３）模型模拟的等温线分布特性。垂直于书面　为ｚ轴，Ｚ＝＝＝０、Ｘ一０的截面等温线图如图　所示。　Ｚ—ｏ截面等温线图　Ｘ一０截面等温线图　图５　多功能集液罐内截面等温线　∞　∞　∞　赠　赠墨　油气田地面工程第２７卷第１１期（２００８．１１）　低速节能拖动装置在稠油井上的应用　刘吉明　张学超　王勇　郝文玲　金伟　陈洪维　（胜利油田孤岛采油厂）　摘要：许多稠油井抽油机因为油稠、负荷重，必须采用低冲次采油，应用电磁调速电机来调　整冲次，虽然能够达到降低冲次的目的，但是电机损耗较高。低速节能拖动装置是一种针对低冲　次高耗井的节能装置，通过变速装置降低电机对抽油机变速箱的传递速度，改变电机扭矩，来降　低电动机运行的均方根电流，既能达到低冲次采油的目的，又有明显的节能效果。　关键词：稠油井；低冲次；低速节能拖动装置；节能降耗　通过对电动机的机械特性和抽油机载荷特性的　合理匹配进行研究，并依据理论研究的结果，提出　了安装低速节能拖动装置来实现电动机的机械特性　与抽油机载荷特性的合理匹配、应用永磁电机提高　电机运行功率因数的改造方案。在实际应用中达到　了预期的效果，为油田开发过程中实现低冲次采油　提供了一种能耗低、效果好的新方法。　１　抽油机电机的工作特性分析　电机的工作参数如电流（Ｄ、输入功率　（Ｎ　）、效率（叼）及功率因数（ｃｏｓｑ￣）与其输出功率　（』＼，　）之问的关系称为电动机的工作特性，在缺乏　实验特性数据时，可近似由以下公式计算　一　＋（　＋Ｊ　）Ｎ；／Ｎ　（１）　Ｎ　一Ｎ。＋Ｎ。＋ａＮ；／Ｎ　（２）　０Ｌ一（１／叼Ｎ）一１一（Ｎ。／ＮＮ）　．　式中　为电动机额定电流（Ａ）；Ｎ　为电动机　额定功率（ｋｗ）；，。为电动机空载电流（Ａ）；Ｎｎ　为电动机空载损失（ｋＷ）；卵　为电动机额定效率　（　）；Ｎ。为电动机输出功率（ｋｗ）。　由此得出功率因数的计算公式为　－　Ｎ　ＣＯＳ　——————　——一　√３（，厂　×１０　其中【，为电动机额定电压（Ｖ）。　（１）电机负载率。电机负载率是指运行中电动　机实际输出功率Ｎ　与额定功率的比值。　ｎ—Ｎ２　Ｎ　由图５可以看出，当储油罐内的温度场达到稳　定状态时，罐内的局部高温区在加热火筒的表面层　处，罐内的局部低温区在储油罐的周边顶角处。储　油罐上部由于距离加热火筒比较远，上部低温区所　占面积较大，鉴于此，应该加强储油罐上部的保温　措施，如：上部用较好的保温材料，以免由于加热　火筒温度不够而导致储油罐上层油品的凝固。而储　油罐下部可适当降低一下保温措施，以减少保温材　料的使用资金与维护费用。　４　结语　（１）研究了多功能集液装置的结构，通过对燃　料的对比可知，天然气是多功能罐燃料的最佳选　择，还可以辅助电加热。　（２）通过对罐内油品温降特性的研究证明，罐　内油温与时间呈指数曲线关系；当环境温度一定　时，相同储存时间内，罐内温度随起始温度的降低　而降低；罐内温度随起始温度的降低，储存时间缩　短；当起始温度一定时，罐内温度随环境温度的降　低而降低；随环境温度的降低，储存天数减小；当　起始温度和环境温度一定时，罐内温度随装油量减　少而降低。　（３）通过对罐内温度分布的数值模拟，得到了　罐内油品的温度分布特点，罐内的局部高温区在加　热火筒的表面层处，罐内的局部低温区在储油罐的　周边顶角处。鉴于此，应加强储油罐上部的保温　措施。　参考文献　［１］周树青．寒冷草原断块油Ｋｔ油气集输技术研究［Ｄ］．中国石油　大学（华东）硕士论文，２００５．　［２］郭光臣，董文兰，张志廉．油库没计与管理［Ｍ］．东营：石油大学　出版社，１９９１．　［第一作者简介］吕宇玲：副教授，１９９５年７月毕业　于中国石油大学油气储运专业。现任中国石油大学　（华东）储运与建筑工程学院储运教研室教师，主要　从事油气储运教学和研究工作。　（０５４６）８３９１８１１、ａ＇ｉｎｚｉ１９９７＠　ｉｎａ．ＣＯＹｆｔ　（栏目主持杨

军）