智能电气化恒温（低温）密闭集输技术研究与应用

摘要：本文聚焦于智能电气化恒温（低温）密闭集输技术的研究与应用。通过详细剖析其技术原理、精心设计系统架构以及全面分析实际应用效果，旨在探索一种集高效、节能、环保于一体的密闭集输系统解决方案。研究过程中，着重探讨智能恒温控制技术与低温密闭集输技术的有机融合，通过理论研究与实际案例分析相结合的方式，揭示该技术在节能减排、提升效率、降低成本及清洁替代等方面的显著优势。实验结果表明，智能电气化恒温（低温）密闭集输技术能够切实有效地降低能耗，显著提高集输效率，为油气集输及相关领域提供了重要的理论依据与实践参考。

关键词：智能电气化；恒温（低温）；密闭集输技术；研究与应用

Research and Application of Intelligent Electrification Constant (Low) Temperature Closed Gathering and Transmission Technology

Zhao laoshe 1，Ji jin1，Chen zhuangnan 1，Long qianqian1，Lei hongwei 1,

1. China Petroleum Corporation Qinghai Oilfield Branch, Dunhuang, Gansu 736202

Abstract: This article focuses on the research and application of intelligent electrification constant temperature (low temperature) closed gathering and transportation technology. By analyzing its technical principles in detail, carefully designing the system architecture, and comprehensively analyzing its practical application effects, the aim is to explore a closed gathering and transportation system solution that integrates high efficiency, energy saving, and environmental protection. During the research process, the organic integration of intelligent constant temperature control technology and low-temperature closed gathering and transportation technology was emphasized. By combining theoretical research with practical case analysis, the significant advantages of this technology in energy conservation, emission reduction, efficiency improvement, cost reduction, and clean substitution were revealed. The experimental results show that the intelligent electrification constant temperature (low temperature) closed gathering and transportation technology can effectively reduce energy consumption, significantly improve gathering and transportation efficiency, and provide important theoretical basis and practical reference for oil and gas gathering and transportation and related fields.

Keywords: intelligent electrification; constant temperature (low temperature); closed gathering and transportation technology; research and application.

0 引言

随着全球经济的持续发展，能源需求呈现出不断攀升的态势，在习近平总书记“绿水青山就是金山银山”科学论断指引下，为积极响应国家加强生态环境保护和治理的号召，坚决打好污染防治攻坚战，积极落实中国石油集团公司绿色矿山建设部署，实现国家“双碳”目标要求，按照中国石油集团公司提高原油密闭集输率、数智化油田建设和能源转型替代工作要求，青海油田一直致力于原油密闭集输工艺技术优化和数智化应用研究，以进一步提升集输效率，降低集输能耗，减小集输成本，同时增强原油集输过程中挥发性有机物排放管控技术水平，减少环境污染因素，减少油气损耗率。

1. 背景与技术

1.1 背景简介

青海油田目前大多油井集输方式是采用燃气加热炉、传统式热器及伴热带等常规加热方式将单井原油进行局部集中高温加热后，再通过加装物理保温层的埋地管道输送的支状串联、环状掺水常规密闭集输方式。但对于油田边远区块未密闭油井大多存在液量少、距离远、温度低、凝点高等诸多不利因素，难以采用上述常规方式实现密闭集输，目前仍采用“单井罐存储加热+罐车拉运”的开式集输方式。由此可见，常规的集输方式并不能有效解决边远区块油井密闭集输的难点问题，而“单井罐存储+罐车拉运”集输方式和大量燃气加热炉的使用，也无法实现“双碳”和绿色矿山建设目标。

综上所述，亟需对油田目前采用的原油地面集输工艺技术进行优化提升，结合油田能源转型替代和数智化建设工作规划部署，优选出既适用于油田原油物性、区域环境及气候条件，又能实现“双碳”和绿色矿山建设目标的原油密闭集输工艺技术，将采用单井罐生产的油井纳入密闭集输系统，提高原油密闭集输率，减少挥发性有机物排放，助推油气挥发性有机物（VOCs）排放治理工作深入开展。 

1.2 技术概述

1.2.1 智能恒温技术原理

智能恒温技术是一种借助先进的传感器技术、自动化控制技术以及智能算法，实现对温度进行精准调控的技术。其核心原理是通过温度传感器实时监测环境或被控对象的温度信息，并将这些信息反馈给智能控制器。智能控制器基于预设的温度值以及采集到的实时温度数据，运用特定的控制算法，如：PID控制算法，计算出需要对加热或冷却装置施加的控制量，从而精确调节被控对象的温度，使其稳定保持在设定的温度范围内。

1.2.2 智能恒温技术发展历程

智能恒温技术的发展经历了多个阶段。早期，温度控制主要依赖于简单的机械式温控器，其控制精度较低，难以满足复杂多变的温度控制需求。随着电子技术的发展，模拟电子温控器逐渐出现，相较于机械式温控器，模拟电子温控器在控制精度和稳定性方面有了显著提升。然而，模拟电子温控器存在着参数调整复杂、适应性差等问题。随着微处理器技术的飞速发展，智能恒温技术迎来了革命性的变革。基于微处理器的智能温控器能够快速、准确地处理大量温度数据，并通过内置的智能算法实现对温度的精确控制。如今，智能恒温技术已广泛应用于工业生产、医疗卫生、智能家居等众多领域。

2. 研究目的与内容

本文研究目的旨在全面、系统地研究智能电气化恒温（低温）密闭集输技术在青海油田原油单井集输系统上的应用，深入探究其技术原理、优化系统设计方案，并通过实际应用案例验证其可行性与有效性，具体内容涵盖以下几个方面：

2.1结合未密闭边远油井和已密闭油井高回压现状，形成恒温（低温）密闭集输技术，解决边部井密闭集输技术难题，同时降低已密闭集输油井回压。

2.2围绕单井集输加热，形成低成本、低耗能、低碳排的电磁加热技术，贯彻“电气化”要求，落实“降本增效、节能减排、绿色环保”要求。

2.3针对先用单井燃气加热燃炉耗气量大、电加热设备故障率高、集输成本高的问题，开展低成本、高效率的智能单井电磁加热设备应用研究；

2.4针对现用物理保温层钢制单井集输管道结垢速率高、腐蚀泄漏严重、热利用率低的问题，开展低功率非金属电保温管应用研究。

3. 低温密闭集输技术

3.1低温密闭集输技术原理

低温密闭集输技术主要基于降低管道内输送介质温度的原理，通过减少介质与外界环境的温差，降低热损失，从而实现节能的目的。同时，在整个集输过程中，采用密闭的输送方式，使介质在封闭的管道和设备内流动，避免了介质与外界空气的接触，有效防止了介质的挥发和泄漏，减少了环境污染，提高了集输过程的安全性。

3.2低温密闭集输技术应用

在原油集输领域，低温密闭集输技术具有显著的节能效果。传统的原油集输过程中，为了降低原油的粘度，确保其在管道内顺利流动，往往需要将单井原油在井口加热到较高的温度，这导致了大量的能源消耗，同时局部高温加热存在加热设备及管道结垢腐蚀速率加剧、温度有效距离短、能耗及费用高、维修维护工作量大等诸多弊端。而低温密闭集输技术通过添加合适的降粘剂、优化管道输送工艺等手段，使原油在较低的温度下仍能保持良好的流动性，从而大幅降低了加热能耗。此外，密闭的集输方式还减少了原油挥发造成的油气损耗，降低了环境污染风险，提高了原油集输的经济效益和环境效益。

3.3 低温密闭集输技术现状

近年来，低温密闭集输技术在国内外得到了广泛的研究与应用，并取得了一定的成果。然而，该技术在实际应用过程中仍面临一些挑战。在低温条件下，原油的流动性会受到多种因素的影响，如：原油的组成、含水率、管道材质、环境温度及地形状况等，如何准确掌握这些因素对原油流动性的影响规律，并采取有效的应对措施，是进一步优化低温密闭集输技术的关键。此外，低温密闭集输系统的设备维护与管理也面临着更高的要求，需要建立完善的监测与维护体系，确保系统的稳定运行。

4. 智能电气化恒温（低温）密闭集输技术

4.1 技术路线

采用“智能高效电磁加热器+智能电加热保温管”智能电气化恒温（低温）密闭集输工艺技术替代原油单井现用“单井罐存储+罐车拉运”开式集输工艺技术和常规支状串联及环状掺水密闭集输工艺技术，实现远距离、低产量、高含水、高凝点等油井密闭集输，提升原油密闭集输率、减少原油中可挥发性有机物排放量、降低集输能耗及成本支出、提升集输效率及安全环保控制水平、提高设备设施自动化水平及使用寿命，助推油田清洁能源转型替代和绿色矿山建设工作深入开展，实现油田绿色、低碳、可持续发展。

图1 技术路线图

4.2 智能高效电磁加热器

本文研究应用的智能高效电磁加热器利用新型的电磁加热系统和智能模块化集成控制系统，有效对介质进行加热，此技术被广泛应用于石油石化行业及换热系统产品中，它具有热效率高、节能环保、安全可靠、运行稳定、维护方便及使用成本低等特点。同时，智能模块化集成控制体统具有智能化程度高、安全连锁保护功能强、故障报警提示功能完善等诸多优点，符合市场发展需求，特别适用于无人值守的工作环境中，目前已在青海油田原油部分单井加热上进行了试验应用，并取得了良好效果。

图2电磁加热器结构示意图         图3 电磁加热器现场试验实物图

4.2 智能电加热保温管

本文研究应用的智能电加热保温管为一定长度具有智能加热升温功能的集输管线，整体看上去就是一根集输管线直接埋入地下，集加热和输送功能于一体，由于管的内壁采用抗结垢抗结蜡材料，表面能较低、表面光滑粗糙度低。综合加热和抗结蜡功能，这种输送管线几乎可以做到免维护。管壁内可设计加热线与光纤，不仅能实现加热温度的自动控制，还能实时监控沿管线轴向的分度分布。

图4电加热保温管结构示意图            图5 电磁加热电加热保温管实物图

5. 智能电气化恒温（低温）密闭集输技术应用案例分析

5.1 案例简介

青海油田针对采油一厂跃西区块和尕斯区块、采油二厂扎哈泉区块和昆北区块、采油三厂花土沟区块和采油四厂南翼山区块，部分原油单井液量少、含水率高、距离远、温度低、粘度大及矿化度高等诸多不利因素，无法采用常规密闭集输方式实现稳定可靠、安全环保、高效经济的密闭集输目标，同时由于常规的密闭集输方式采用局部高温加热后常温管线输送，局部加热温度通常维持在50-55℃左右，导致能耗较高、热效率较低、集输成本大，因此为了提升原油集输效率、提高原油密闭集输率、降低原油集输成本、减少油气挥发有机物排放量、增强原油集输安全环保管控，决定在上述区块引入智能电气化恒温（低温）密闭集输技术应用试验。

5.2 应用情况

青海油田目前已对采油一厂跃西区块、采油二厂扎401井区和采油四厂南翼山区块的16口油井开展了智能电气化恒温（低温）密闭集输技术先导性试验应用。同时，对采油一厂尕斯区块、采油二厂昆北区块、采油三厂花土沟区块的17口已建密闭集输油井单独开展了智能高效电磁加热器替代在用燃气加热炉（接触式电加热器）试验应用。此外，还在采油一厂尕斯区块8口已建密闭集输油井单独开展了3.7公里智能电加热保温管的试验应用。

5.3 效果分析

经过试验阶段的运行数据分析得知，智能电气化恒温（低温）密闭集输技术在上述单井原油集输上取得了显著的应用效果。单井集输加热温度成功从50-55℃降至35-40℃，井口回压平均从1.2-1.3MPa下降至0.8-1.0MPa。在保证原油顺利输送的前提下，大幅降低了加热能耗。通过对能耗数据、罐车拉运费及井口回压等数据的统计分析，较之前相比，单井集输综合能耗降低了约15%，单井集输综合成本减少了约20%，井口回压平均下降了约30%。同时，由于采用了密闭集输方式，有效消减了开式集油单井储油罐的使用数量和罐车拉运费用，油气损耗和挥发性有机物排放量明显减少，提升了原油生产效益，降低了环境污染风险，提高了集输过程的安全性和环保性。

6. 结论与展望

6.1 结论

本文通过对智能电气化恒温（低温）密闭集输技术的深入研究，详细阐述了其技术原理、系统设计以及控制策略，并通过实际应用案例验证了该技术的可行性和有效性。研究结果表明，智能电气化恒温（低温）密闭集输技术具有以下显著优势：

6.1.1 高效节能：通过智能恒温控制技术与低温密闭集输技术的有机结合，实现了对管道内温度的精准控制和能源的合理利用，有效降低了能耗，提高了能源利用效率。在原油集输和工业设备温控等应用案例中，均取得了显著的节能效果。

6.1.2 安全环保：低温密闭集输方式减少了介质的挥发和泄漏，降低了环境污染风险，同时提高了集输过程的安全性。

6.1.3 智能先进：系统采用先进的传感器技术、智能控制算法以及远程通信技术，实现了对集输过程的实时监测、智能控制和远程管理，提高了系统的自动化水平和运行效率。

6.2 展望

尽管智能电气化恒温（低温）密闭集输技术在本研究中取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处，需要在未来的研究中进一步完善。

6.2.1 多因素耦合影响研究不足：在实际应用中，集输过程受到多种因素的影响，如介质特性、环境条件、管道材质等。本研究虽然对主要因素进行了考虑，但对于多因素耦合作用下的集输过程研究还不够深入。未来需要进一步开展相关研究，建立更加完善的多因素耦合模型，为系统的优化设计提供更准确的理论依据。

6.2.2 系统可靠性与稳定性提升：虽然在应用案例中系统运行较为稳定，但在长期复杂工况下，仍可能面临一些未知的挑战。未来需要加强对系统可靠性和稳定性的研究，通过优化系统设计、采用冗余备份技术等手段，提高系统在各种恶劣环境下的运行可靠性。

6.2.3 技术推广与应用范围拓展：目前智能电气化恒温（低温）密闭集输技术在油田部分领域已经取得了良好的应用效果，但在其他相关领域的推广应用还存在一定的局限性。未来需要进一步加强技术推广力度，拓展应用范围，让更多的行业和企业受益于该技术。

随着科技的不断进步和能源行业的发展，智能电气化恒温（低温）密闭集输技术具有广阔的发展前景。相信在未来的研究和实践中，该技术将不断优化和完善，为能源行业的可持续发展做出更大的贡献。

参考文献

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第一作者：赵劳社（1984-），工学学士，高级工程师，主要从事从事油气田地面建设和油气储运工程相关工作。通讯地址：甘肃省酒泉市敦煌市七里镇中国石油青海油田公司。