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導讀

在(zai)雙(shuang)碳(tan)背景下，我們面臨著穩油增(zeng)氣(qi)與控排減(jian)碳(tan)的(de)(de)雙(shuang)重壓力(li)，只有(you)深挖節(jie)能(neng)(neng)降碳(tan)潛力(li)，大力(li)發展清(qing)潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)方(fang)能(neng)(neng)破局。現(xian)有(you)油氣(qi)生(sheng)(sheng)產模式(shi)(shi)和工藝流程已無法(fa)改變(bian)能(neng)(neng)耗及(ji)(ji)碳(tan)排放(fang)持續上(shang)升的(de)(de)趨勢，而(er)90%以(yi)(yi)上(shang)清(qing)潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)是(shi)要(yao)轉(zhuan)(zhuan)化為(wei)電(dian)能(neng)(neng)加以(yi)(yi)利(li)用，目前以(yi)(yi)天然(ran)氣(qi)為(wei)主(zhu)的(de)(de)能(neng)(neng)耗結構(gou)及(ji)(ji)生(sheng)(sheng)產方(fang)式(shi)(shi)基本已無法(fa)實(shi)現(xian)與清(qing)潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)規(gui)模利(li)用的(de)(de)有(you)效融合。實(shi)現(xian)雙(shuang)碳(tan)目標，必(bi)須依靠革命性(xing)的(de)(de)措施，推動油氣(qi)生(sheng)(sheng)產節(jie)能(neng)(neng)提(ti)效和能(neng)(neng)耗結構(gou)向清(qing)潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)，為(wei)2030年后上(shang)游1億噸碳(tan)排放(fang)量的(de)(de)替代及(ji)(ji)中和任(ren)務打通關鍵路徑。

1.油氣田用能特點

油(you)(you)氣田(tian)企業用(yong)能結構是以天然(ran)氣為主(zhu)的熱耗(hao)，2022年油(you)(you)氣生產(chan)用(yong)能實物消耗(hao)中天然(ran)氣占(zhan)(zhan)比75.1%，原(yuan)油(you)(you)占(zhan)(zhan)比6.1%，電力占(zhan)(zhan)比15.2%。天然(ran)氣和原(yuan)油(you)(you)主(zhu)要用(yong)于直接燃燒供(gong)熱。

為保障(zhang)國家能源安全，上(shang)游大力實施上(shang)產(chan)穩產(chan)工程，油氣產(chan)量(liang)保持上(shang)升，但隨(sui)著產(chan)量(liang)上(shang)升和資源品位劣質化，能耗總量(liang)將持續增長，碳排放(fang)量(liang)也將隨(sui)之增加(jia)。

以天然氣為(wei)主(zhu)的(de)(de)用(yong)能結(jie)構和(he)以熱力為(wei)主(zhu)的(de)(de)用(yong)能形(xing)式決定(ding)碳(tan)(tan)排放(fang)將(jiang)呈(cheng)逐年(nian)上升(sheng)趨勢，完成(cheng)國家雙碳(tan)(tan)任(ren)務面臨巨(ju)大挑戰。有效解決油氣田用(yong)熱和(he)用(yong)電的(de)(de)清潔替(ti)代路徑成(cheng)為(wei)油氣田企業落實雙碳(tan)(tan)目(mu)標的(de)(de)重要技術課題。

2.油氣田熱能替代路徑

1）節能(neng)瘦身(shen)——關鍵在降(jiang)熱耗(hao)

占比(bi)達到90%的(de)集輸管(guan)網能耗主要是(shi)(shi)20萬(wan)公(gong)里管(guan)道的(de)防凝、散熱(re)，在(zai)(zai)輸送時需要加熱(re)或摻水(shui)，加熱(re)負荷集中(zhong)(zhong)在(zai)(zai)轉油(you)站。在(zai)(zai)油(you)氣田高含水(shui)生產后(hou)期，特別是(shi)(shi)全液量加熱(re)（其(qi)中(zhong)(zhong)90%是(shi)(shi)水(shui)）的(de)狀態致使用熱(re)點多、面廣(guang)、處于流程前端。

原油脫水處理能耗約占10%，主要(yao)是為了滿足(zu)油水分離的溫度要(yao)求，將低含水油加(jia)熱至55℃左右，加(jia)熱液量是集輸環節的1/10，主要(yao)集中在聯合站（脫水站）。

降低加(jia)熱(re)溫度（站(zhan)外不加(jia)熱(re)集(ji)(ji)油、站(zhan)內低溫脫水），減少集(ji)(ji)輸管道散(san)熱(re)損失（采用簡化計量等手段，減少集(ji)(ji)輸管道長(chang)度），提(ti)高(gao)加(jia)熱(re)設備(bei)效率。

結論1：要推廣不加熱集輸，降低集輸管網熱耗

集輸溫(wen)度(du)從現規(gui)范的(de)凝(ning)點以上3℃～5℃降低到凝(ning)點以下(xia)5℃～10℃

低溫(wen)采(cai)出(chu)(chu)液(ye)(ye)站內預處理設備(bei)能夠實(shi)現低溫(wen)采(cai)出(chu)(chu)液(ye)(ye)進站一段不加(jia)熱預脫水(shui)和采(cai)出(chu)(chu)水(shui)處理

結論2：減少集輸管道長度，減少管道散熱損失

從(cong)源頭做起，采用簡化計(ji)量、串(chuan)接流程、叢(cong)式(shi)布(bu)井等(deng)措施，減(jian)少集輸環節(jie)和管道(dao)長度

研發不(bu)加熱脫水技術，降低(di)站(zhan)內原(yuan)油脫水熱耗(hao)

研(yan)發高頻電(dian)場(chang)、磁場(chang)及超聲(sheng)等高效破乳工藝，實現常溫脫水，縮短流程、降低(di)能耗(hao)，提高電(dian)氣化(hua)率。

推廣加熱(re)爐提(ti)效(xiao)技術，提(ti)高用能效(xiao)率

結論3：熱泵技術是余熱利用的關鍵

目(mu)前成熟可靠、經濟適用的熱(re)泵(beng)類型主(zhu)要有(you)電驅(qu)螺(luo)桿(gan)壓縮(suo)熱(re)泵(beng)、電驅(qu)離(li)心(xin)壓縮(suo)熱(re)泵(beng)和(he)燃氣吸收熱(re)泵(beng)。在目(mu)前技術水平下，當熱(re)源水進水30℃時、能(neng)夠提溫30-40℃。出口溫度已能(neng)夠基本滿足油氣田生產用熱(re)需求，且(qie)替代燃氣加熱(re)是有(you)效益的。主(zhu)要技術發(fa)展方向：

目前采(cai)出水(shui)(shui)與熱(re)(re)泵(beng)(beng)、熱(re)(re)泵(beng)(beng)與含水(shui)(shui)油均需通過換(huan)熱(re)(re)器換(huan)熱(re)(re)，兩(liang)端溫位(wei)損失都在3℃以上，不利于低(di)溫位(wei)采(cai)出水(shui)(shui)余熱(re)(re)高效利用，應研發適(shi)應采(cai)出水(shui)(shui)和含水(shui)(shui)油直接進熱(re)(re)泵(beng)(beng)換(huan)熱(re)(re)的技(ji)術，減少換(huan)熱(re)(re)損失，降低(di)設備投資。

研(yan)究新(xin)型高效(xiao)(xiao)節(jie)能熱泵，如磁懸(xuan)浮(fu)壓縮(suo)熱泵解決壓縮(suo)機軸(zhou)承磨損大(da)、需潤滑油系統等(deng)問題，二氧化碳工(gong)質空(kong)氣源(yuan)熱泵提高COP（能效(xiao)(xiao)比）及出水溫度。

2）清潔(jie)替代——積(ji)極推進(jin)光熱

與光(guang)(guang)伏晶硅發(fa)(fa)電(dian)相比，光(guang)(guang)熱(re)對太陽能綜合(he)利用(yong)率(lv)更高(gao)，同(tong)時(shi)光(guang)(guang)熱(re)不需要供配電(dian)改造。近(jin)10年來全球光(guang)(guang)熱(re)的度電(dian)成(cheng)本大幅下降，總裝(zhuang)機功率(lv)增長了(le)5倍。上游是用(yong)熱(re)大戶，光(guang)(guang)熱(re)用(yong)于生產用(yong)熱(re)替代有廣闊前(qian)景，應積極發(fa)(fa)展。

但目(mu)前光(guang)熱項(xiang)目(mu)效益不高(gao)(gao)，投資較高(gao)(gao)，單位功率投資比(bi)光(guang)伏高(gao)(gao)2倍以上，主(zhu)要原因是技術路線不統一(yi)，缺乏(fa)標準化(hua)，沒(mei)有規模效應。同(tong)時還面臨著冬夏用熱負荷與光(guang)熱出力相反和熱能不宜長距離輸(shu)送這兩(liang)個難題。

油(you)田(tian)的熱負荷大(da)部分是管道設備(bei)的散熱和采暖，熱負荷隨冬(dong)夏季溫度大(da)幅變化(hua)；太陽(yang)能的出(chu)力則反向變化(hua)。

按(an)冬季(ji)(ji)負(fu)荷(he)配(pei)置光熱，夏季(ji)(ji)利用率低；按(an)夏季(ji)(ji)負(fu)荷(he)配(pei)置，冬季(ji)(ji)負(fu)荷(he)不足(zu)，冬夏總體上(shang)只能替(ti)代40%～50%的用熱需求(qiu)。

3）以電替熱(re)——清潔替代的重(zhong)要(yao)支撐(cheng)

地熱、光熱使用(yong)條件受地域限(xian)制，電可遠距(ju)離輸送，是穩定的(de)熱源(yuan)。但(dan)缺(que)點是成(cheng)本及綠電的(de)不穩定性。

結論1：“自發自用綠電+網電+儲能”是再電氣化供能側的主要模式

目前油(you)氣田可利用儲(chu)電(dian)(dian)技術(shu)主要為電(dian)(dian)化學(xue)、光(guang)熱和壓縮空氣，其(qi)中電(dian)(dian)化學(xue)、光(guang)熱儲(chu)能(neng)初始投資較高、度電(dian)(dian)外供價格在0.8元以上，壓縮空氣儲(chu)能(neng)處于(yu)試驗、示范階(jie)段。儲(chu)能(neng)成本高，以“綠(lv)電(dian)(dian)+儲(chu)能(neng)”滿足全部生產用能(neng)需求，其(qi)成本會高于(yu)網電(dian)(dian)。

在(zai)一定時期內，再(zai)電(dian)氣化(hua)離不開網電(dian)，供能側的(de)主要模式為：“自發自用綠電(dian)+網電(dian)+儲能”模式，且網電(dian)是電(dian)力的(de)主體(ti)。

結論2：以工藝流程再造促進電氣化成本降低

直接以(yi)“電加熱(re)”替代(dai)“天(tian)然氣(qi)加熱(re)”成本高，需對傳統流程進行(xing)再造，建立(li)經濟可(ke)行(xing)的新工(gong)藝流程，使(shi)提(ti)高電氣(qi)化率經濟可(ke)行(xing)，支撐綠(lv)色能(neng)源消納

利用電(dian)加熱的(de)靈活性(xing)，降低(di)集輸能(neng)耗、簡(jian)化(hua)地面(mian)工(gong)藝。由于安(an)全、管(guan)理和爐(lu)效(xiao)等問題，燃氣加熱爐(lu)更(geng)適(shi)于在后端集中規模設置，而電(dian)加熱無(wu)明火(huo)、全自(zi)動、熱效(xiao)率高、變工(gong)況適(shi)應性(xing)好(hao)，適(shi)于在前端分(fen)散布置

推(tui)廣熱泵等“倍增器”技術，利用空氣、土(tu)壤等自(zi)然冷熱源、余熱和(he)地熱，以更少(shao)的(de)電力換取更多熱能

推廣前端(duan)就地放水，減少高含水期采出水全(quan)量(liang)集輸與處理，降低能耗，解(jie)決余熱回(hui)收(shou)的源匯不匹配問題(ti)

研究(jiu)電強化高效(xiao)處理技術(shu)及設備，提(ti)高處理效(xiao)率，使(shi)以電替代天然氣能夠帶來額(e)外(wai)收益

結論3：利用分布式新能源，簡化油氣集輸工藝流程

目前油(you)(you)(you)氣(qi)田還(huan)有60%左右的油(you)(you)(you)井仍然采用“井口(kou)加(jia)(jia)熱”和“接(jie)轉(zhuan)(zhuan)站集(ji)中(zhong)加(jia)(jia)熱、雙(shuang)管(guan)摻(chan)熱水(shui)”流(liu)程。老油(you)(you)(you)田普遍進入(ru)高(gao)含水(shui)階段，水(shui)力熱力條件(jian)變化，具備降(jiang)溫輸送的條件(jian)。由“接(jie)轉(zhuan)(zhuan)站集(ji)中(zhong)加(jia)(jia)熱”改為“井口(kou)加(jia)(jia)熱、串接(jie)集(ji)油(you)(you)(you)”，優化摻(chan)水(shui)流(liu)程。其中(zhong)，低產液井可通過接(jie)轉(zhuan)(zhuan)站摻(chan)常溫水(shui)，至井口(kou)再加(jia)(jia)熱，降(jiang)低摻(chan)水(shui)管(guan)線(xian)溫度和熱損；高(gao)產液井可取(qu)消摻(chan)水(shui)，實現單管(guan)集(ji)油(you)(you)(you)。

3.油氣田電能替代路徑

隨著(zhu)雙(shuang)碳目(mu)標(biao)踐行過(guo)程(cheng)中的(de)新能源工程(cheng)落(luo)地(di)實施，油氣田(tian)企(qi)業自發(fa)自用(yong)綠電(dian)(dian)光伏(fu)占(zhan)比高，在穩定生產系(xi)統中，按照光伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)年(nian)利(li)用(yong)小時(shi)數，其電(dian)(dian)量占(zhan)比難以超(chao)過(guo)15%。現(xian)有生產系(xi)統，在不采取儲電(dian)(dian)等措(cuo)施前(qian)提下，難以消納更多綠電(dian)(dian)。

1）亟(ji)需形成能夠高比例(li)消(xiao)納(na)綠電的生產模式

在稀(xi)油(you)(you)油(you)(you)田，機(ji)采(cai)系(xi)統能(neng)(neng)(neng)耗占生(sheng)產能(neng)(neng)(neng)耗的20.9%。目(mu)前(qian)常規(gui)游梁式抽油(you)(you)機(ji)平均系(xi)統效(xiao)率約為(wei)22%，低(di)于(yu)《油(you)(you)田生(sheng)產系(xi)統節能(neng)(neng)(neng)監測規(gui)范》要求的節能(neng)(neng)(neng)評價值4%左右。節能(neng)(neng)(neng)提(ti)效(xiao)可以從兩方面(mian)著手：

供(gong)能(neng)側措施：利用儲(chu)(chu)(chu)能(neng)消納(na)綠電建設(she)及運(yun)行(xing)成本高。鋰離子電池是目前最主要的新型儲(chu)(chu)(chu)能(neng)形式（2022年底在新型儲(chu)(chu)(chu)能(neng)中占94.5%），按照2030年電池儲(chu)(chu)(chu)能(neng)消納(na)綠電88億(yi)千(qian)瓦時測算(suan)，需投資450億(yi)元，年運(yun)行(xing)成本50億(yi)元以(yi)上

供(gong)能側(ce)導向：為適(shi)應新能源(yuan)大規模(mo)發展，國家推(tui)出(chu)分(fen)時電價制度（發改委《關于進一步完善(shan)分(fen)時電價機制的通知》）引導用(yong)戶通過調整(zheng)負荷(he)、改變用(yong)電時段來避峰填(tian)谷，降(jiang)低用(yong)電成本。

結論1：供能側與用能側協同優化提升綠電消納比例

供(gong)能側(ce)包含不穩定的新能源、用(yong)能側(ce)變工況生(sheng)產。從用(yong)能側(ce)尋找解決方案包括：生(sheng)產模式變革，多消納自建綠(lv)電(dian)、合理(li)利用(yong)谷電(dian)，降低用(yong)能轉換成(cheng)本。圖(tu)片

結論2：以不影響開發效果和安全生產為準則，利用已建系統余量，建立與綠電、谷電相耦合的變工況運行方式和協同優化機制，提高綠電消納能力、降低用能成本

從(cong)機采井→集輸(shu)管(guan)線→站場→注水(shui)井全(quan)(quan)系統與綠電或谷電耦(ou)合，在保證(zheng)日產量(liang)不變的情況(kuang)下進(jin)行(xing)變液量(liang)（變負荷）生(sheng)產，會帶(dai)來流量(liang)、溫度、壓力(li)等波動變化，以及(ji)低溫集輸(shu)、低溫油水(shui)處理(li)問(wen)題(ti)，需研(yan)究安全(quan)(quan)穩定運行(xing)邊(bian)界(jie)條件、低溫油水(shui)處理(li)機理(li)。