开采原油以及在油田范围内运输原油过程中用于加热的原油天然气

开采原油以及在油田范围内运输原油过程中用于加热的原油天然气

在油田开采和运输原油的过程中，用于加热的原油天然气主要指的是在油气田生产作业中，从地下开采出的、未经过深度加工的、主要成分为甲烷的天然气。这种天然气直接用于油田内部的加热需求，例如保持设备温度、提高原油流动性，以及一些辅助生产过程。

油田开采原油是一个复杂且能源密集型的过程，其中涉及到许多需要能源支持的环节。为了确保生产的连续性和效率，特别是在寒冷地区或需要处理高粘度原油时，加热是不可或缺的。而在这个过程中，就地取材，利用油田自带的天然气作为热源，是一种经济且高效的选择。

油田开采过程中为何需要加热？

原油的开采和运输并非总是顺畅无阻。以下是几个关键的加热需求场景：

• 提高原油流动性： 原油的粘度会随着温度的降低而增加。尤其是在寒冷地区或当原油中含有较多的蜡质和重质组分时，低温会使原油变得非常粘稠，难以泵送和输送。通过加热，可以有效降低原油的粘度，使其更容易在管道中流动，减少泵送阻力，降低能耗。
• 防止管道堵塞： 低温可能导致原油中的蜡质析出并沉积在管道内壁，形成蜡垢，逐渐减小管道的流通截面积，甚至完全堵塞。加热可以抑制蜡质的析出，保持管道畅通。
• 设备运行与维护： 许多油田设备，如钻井设备、采油树、分离器、泵等，在低温环境下性能会下降，甚至可能出现冻结损坏。对这些设备进行保温或适度加热，可以确保其正常运行，延长使用寿命。
• 气体分离与处理： 在油气分离过程中，温度也是一个重要的控制参数。某些分离过程需要在特定温度下进行，以优化油气分离效果。
• 伴生气体的利用： 在开采原油的同时，往往会伴生一部分天然气，即伴生气。将这些伴生气作为燃料用于加热，是一种资源综合利用的方式，避免了能源的浪费。

油田范围内用于加热的原油天然气是什么？

这里提到的“原油天然气”并非特指从原油中提炼出的天然气，而是更广泛地指在油田生产活动中，从地下开采出的、与原油伴生的天然气。其主要成分是甲烷（CH4），但也可能含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷等较轻的烃类，以及少量非烃类气体，如二氧化碳、氮气、硫化氢等。

在油田开采的早期阶段，如果地下储层中同时含有油和气，那么开采出来的流体就是油气混合物。通过地面设备（如分离器）进行初步分离后，会得到原油和天然气。这些分离出来的天然气，根据其品质和数量，可以直接用于油田内部的各种加热需求。

这种就地取材的天然气，通常被称为“油田气”或“伴生气”。与商品化的天然气相比，油田气可能含有更高的水分、酸性气体（如H2S）或其他杂质，因此在用作燃料前，可能需要进行一定的净化处理，以满足燃烧设备的要求，并符合环保规定。

用于加热的原油天然气的特点

作为油田内部的加热燃料，这种原油天然气具有以下特点：

• 就地供应： 最大的优势在于其便利性，无需长距离运输，大大降低了能源成本。
• 经济性： 作为伴生资源，其使用成本远低于外购燃料。
• 成分多样性： 相较于商品化天然气，其成分可能不稳定，需要根据实际情况调整燃烧设备。
• 潜在的污染物： 若含有硫化氢等，燃烧时会产生有害气体，需要采取相应的环保措施。
• 热值差异： 不同油田产出的天然气，其热值可能存在差异，影响燃烧效率。

在油田范围内运输原油过程中加热的需求

原油在被开采出来后，需要通过管道、油罐车或油轮等方式进行运输，以送往炼油厂或储油库。在这个运输过程中，加热同样扮演着重要角色，尤其是在长距离输送或低温环境下。

管道输送中的加热

当原油在管道中长距离输送时，管道外部环境温度的影响会逐渐显现。在寒冷地区，管道表面温度会降低，导致流经管道内的原油温度也随之下降。为了保持原油的流动性，可能会在管道沿线设置加热站，或者对管道进行伴热保温。

伴热保温： 这种方法是在输油管道外部缠绕电热带或敷设保温材料，并利用电能或蒸汽来加热管道，从而间接加热原油。然而，如果油田自产的天然气充足且易于获取，使用天然气作为热源直接加热管道外围的介质，或直接在管道旁设置小型加热炉，以蒸发水或加热空气，再通过热交换器传递给原油，也是一种可行的方式。

加热站： 在一些关键节点，可能会设置加热站，直接对流经的管道原油进行加热。这些加热站通常会燃烧油田产出的天然气来产生热量，然后通过热交换器将热量传递给原油。

油罐和储罐的加热与保温

在油田的集输站、调和站以及油库中，大量的原油被储存在大型储罐中。在冬季或寒冷地区，这些储罐也需要进行保温处理，以防止原油温度过低。对于一些高粘度的重质原油，可能还需要对储罐进行加热，以方便后续的装卸和输送。

储罐加热方式：

• 盘管加热： 在储罐内部或底部安装加热盘管，通过循环流动的加热介质（如热水、蒸汽），将热量传递给储罐内的原油。产生这些加热介质的热源，很可能就是油田自产的天然气。
• 底部加热： 直接在储罐底部安装加热器，通过对罐底加热来提升原油温度。
• 顶部喷淋加热： 将储罐上部原油加热后，喷淋回罐内，利用热油的对流和传导来加热整个罐体的原油。

在这种情况下，油田产出的天然气被输送到这些加热设备中燃烧，为储罐提供所需的热量。这不仅是一种有效的加热方式，也是对伴生气体的资源化利用。

油轮和罐车运输中的加热

对于需要通过油轮或罐车进行远距离运输的原油，特别是在跨越不同气候带时，加热和保温的需求同样存在。虽然这些交通工具通常配备有自身的加热系统，但其能量来源也可能是多种多样的。在某些情况下，如果港口或装卸点附近有油田供应的天然气，理论上也可以通过管道输送至这些运输工具，作为辅助加热的能源。

油田天然气加热技术的应用

在油田范围内，利用开采出的原油天然气进行加热，已经形成了成熟的技术体系。

燃烧设备

油田使用的燃烧设备种类繁多，根据不同的加热需求和天然气性质，可以选择合适的燃烧器。常见的有：

• 燃气锅炉： 用于产生热水或蒸汽，作为二次加热介质，广泛应用于管道伴热、储罐加热等。
• 直接加热炉： 将天然气直接燃烧，产生高温烟气，通过热交换器或直接对流加热设备。
• 撬装加热单元： 将锅炉、换热器、泵等设备集成在橇块上，方便移动和安装，可根据需要部署在不同区域。

热交换技术

热交换器是油田加热系统中必不可少的设备。它们利用油田天然气燃烧产生的热量，将热量传递给需要加热的原油或相关介质，同时避免了热源与被加热物直接接触，保障了安全和效率。

• 管壳式换热器： 结构紧凑，传热效率高，是油田中最常用的换热器类型。
• 板式换热器： 传热效率更高，占地面积小，但在处理高压、高温或含有固体颗粒的介质时可能受到限制。

控制与监测系统

为了保证加热过程的效率和安全，需要先进的控制与监测系统。这些系统可以实时监测温度、压力、流量等参数，并根据预设的程序自动调节天然气供应量和燃烧强度，以达到最佳的加热效果，并防止超温或欠温等情况的发生。

安全与环保考量

虽然利用油田天然气进行加热具有显著的优势，但在实际操作中，安全和环保是必须高度重视的环节。

• 气体泄漏： 天然气易燃易爆，一旦发生泄漏，可能导致火灾或爆炸事故。因此，需要严格的设备密封、定期的安全检查和完善的应急预案。
• 硫化氢（H2S）问题： 部分油田的天然气中含有高浓度的硫化氢，燃烧后会产生二氧化硫（SO2），这是一种主要的空气污染物，对人体健康和环境都有害。因此，需要对含H2S的天然气进行预处理，降低H2S含量，或安装废气处理装置（如烟气脱硫）。
• 燃烧效率与排放： 优化燃烧过程，提高天然气的使用效率，减少不完全燃烧产生的污染物（如CO、颗粒物）。
• 噪音污染： 燃烧设备和相关泵送设备运行时会产生噪音，需要采取降噪措施，尤其是在靠近居民区或敏感区域的油田。

结论

在油田开采原油以及在油田范围内运输原油的过程中，利用就地取材的原油天然气进行加热，是提高生产效率、降低运营成本、实现资源综合利用的关键环节。这种天然气作为一种重要的能源，其应用贯穿于原油开采、集输、储存和运输的各个阶段，发挥着不可替代的作用。随着油田技术的不断发展和环保要求的日益提高，如何更安全、更高效、更环保地利用这些宝贵的油田天然气，将是未来油田能源管理的重要课题。