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導(dǎo)讀

在雙碳背景下，我們面臨著穩(wěn)油增氣與控排減碳的雙重壓力，只有深挖節(jié)能降碳潛力，大力發(fā)展清潔能源方能破局?，F(xiàn)有油氣生產(chǎn)模式和工藝流程已無(wú)法改變能耗及碳排放持續(xù)上升的趨勢(shì)，而90%以上清潔能源是要轉(zhuǎn)化為電能加以利用，目前以天然氣為主的能耗結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)方式基本已無(wú)法實(shí)現(xiàn)與清潔能源規(guī)模利用的有效融合。實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，必須依靠革命性的措施，推動(dòng)油氣生產(chǎn)節(jié)能提效和能耗結(jié)構(gòu)向清潔能源轉(zhuǎn)變，為2030年后上游1億噸碳排放量的替代及中和任務(wù)打通關(guān)鍵路徑。

1.油氣田用能特點(diǎn)

油氣田企業(yè)用能結(jié)構(gòu)是以天然氣為主的熱耗，2022年油氣生產(chǎn)用能實(shí)物消耗中天然氣占比75.1%，原油占比6.1%，電力占比15.2%。天然氣和原油主要用于直接燃燒供熱。

為保障國(guó)家能源安全，上游大力實(shí)施上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)工程，油氣產(chǎn)量保持上升，但隨著產(chǎn)量上升和資源品位劣質(zhì)化，能耗總量將持續(xù)增長(zhǎng)，碳排放量也將隨之增加。

以天然氣為主的用能結(jié)構(gòu)和以熱力為主的用能形式?jīng)Q定碳排放將呈逐年上升趨勢(shì)，完成國(guó)家雙碳任務(wù)面臨巨大挑戰(zhàn)。有效解決油氣田用熱和用電的清潔替代路徑成為油氣田企業(yè)落實(shí)雙碳目標(biāo)的重要技術(shù)課題。

2.油氣田熱能替代路徑

1）節(jié)能瘦身——關(guān)鍵在降熱耗

占比達(dá)到90%的集輸管網(wǎng)能耗主要是20萬(wàn)公里管道的防凝、散熱，在輸送時(shí)需要加熱或摻水，加熱負(fù)荷集中在轉(zhuǎn)油站。在油氣田高含水生產(chǎn)后期，特別是全液量加熱（其中90%是水）的狀態(tài)致使用熱點(diǎn)多、面廣、處于流程前端。

原油脫水處理能耗約占10%，主要是為了滿足油水分離的溫度要求，將低含水油加熱至55℃左右，加熱液量是集輸環(huán)節(jié)的1/10，主要集中在聯(lián)合站（脫水站）。

降低加熱溫度（站外不加熱集油、站內(nèi)低溫脫水），減少集輸管道散熱損失（采用簡(jiǎn)化計(jì)量等手段，減少集輸管道長(zhǎng)度），提高加熱設(shè)備效率。

結(jié)論1：要推廣不加熱集輸，降低集輸管網(wǎng)熱耗

集輸溫度從現(xiàn)規(guī)范的凝點(diǎn)以上3℃～5℃降低到凝點(diǎn)以下5℃～10℃

低溫采出液站內(nèi)預(yù)處理設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)低溫采出液進(jìn)站一段不加熱預(yù)脫水和采出水處理

結(jié)論2：減少集輸管道長(zhǎng)度，減少管道散熱損失

從源頭做起，采用簡(jiǎn)化計(jì)量、串接流程、叢式布井等措施，減少集輸環(huán)節(jié)和管道長(zhǎng)度

研發(fā)不加熱脫水技術(shù)，降低站內(nèi)原油脫水熱耗

研發(fā)高頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)及超聲等高效破乳工藝，實(shí)現(xiàn)常溫脫水，縮短流程、降低能耗，提高電氣化率。

推廣加熱爐提效技術(shù)，提高用能效率

結(jié)論3：熱泵技術(shù)是余熱利用的關(guān)鍵

目前成熟可靠、經(jīng)濟(jì)適用的熱泵類型主要有電驅(qū)螺桿壓縮熱泵、電驅(qū)離心壓縮熱泵和燃?xì)馕諢岜?。在目前技術(shù)水平下，當(dāng)熱源水進(jìn)水30℃時(shí)、能夠提溫30-40℃。出口溫度已能夠基本滿足油氣田生產(chǎn)用熱需求，且替代燃?xì)饧訜崾怯行б娴?。主要技術(shù)發(fā)展方向：

目前采出水與熱泵、熱泵與含水油均需通過(guò)換熱器換熱，兩端溫位損失都在3℃以上，不利于低溫位采出水余熱高效利用，應(yīng)研發(fā)適應(yīng)采出水和含水油直接進(jìn)熱泵換熱的技術(shù)，減少換熱損失，降低設(shè)備投資。

研究新型高效節(jié)能熱泵，如磁懸浮壓縮熱泵解決壓縮機(jī)軸承磨損大、需潤(rùn)滑油系統(tǒng)等問(wèn)題，二氧化碳工質(zhì)空氣源熱泵提高COP（能效比）及出水溫度。

2）清潔替代——積極推進(jìn)光熱

與光伏晶硅發(fā)電相比，光熱對(duì)太陽(yáng)能綜合利用率更高，同時(shí)光熱不需要供配電改造。近10年來(lái)全球光熱的度電成本大幅下降，總裝機(jī)功率增長(zhǎng)了5倍。上游是用熱大戶，光熱用于生產(chǎn)用熱替代有廣闊前景，應(yīng)積極發(fā)展。

但目前光熱項(xiàng)目效益不高，投資較高，單位功率投資比光伏高2倍以上，主要原因是技術(shù)路線不統(tǒng)一，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，沒(méi)有規(guī)模效應(yīng)。同時(shí)還面臨著冬夏用熱負(fù)荷與光熱出力相反和熱能不宜長(zhǎng)距離輸送這兩個(gè)難題。

油田的熱負(fù)荷大部分是管道設(shè)備的散熱和采暖，熱負(fù)荷隨冬夏季溫度大幅變化；太陽(yáng)能的出力則反向變化。

按冬季負(fù)荷配置光熱，夏季利用率低；按夏季負(fù)荷配置，冬季負(fù)荷不足，冬夏總體上只能替代40%～50%的用熱需求。

3）以電替熱——清潔替代的重要支撐

地?zé)?、光熱使用條件受地域限制，電可遠(yuǎn)距離輸送，是穩(wěn)定的熱源。但缺點(diǎn)是成本及綠電的不穩(wěn)定性。

結(jié)論1：“自發(fā)自用綠電+網(wǎng)電+儲(chǔ)能”是再電氣化供能側(cè)的主要模式

目前油氣田可利用儲(chǔ)電技術(shù)主要為電化學(xué)、光熱和壓縮空氣，其中電化學(xué)、光熱儲(chǔ)能初始投資較高、度電外供價(jià)格在0.8元以上，壓縮空氣儲(chǔ)能處于試驗(yàn)、示范階段。儲(chǔ)能成本高，以“綠電+儲(chǔ)能”滿足全部生產(chǎn)用能需求，其成本會(huì)高于網(wǎng)電。

在一定時(shí)期內(nèi)，再電氣化離不開(kāi)網(wǎng)電，供能側(cè)的主要模式為：“自發(fā)自用綠電+網(wǎng)電+儲(chǔ)能”模式，且網(wǎng)電是電力的主體。

結(jié)論2：以工藝流程再造促進(jìn)電氣化成本降低

直接以“電加熱”替代“天然氣加熱”成本高，需對(duì)傳統(tǒng)流程進(jìn)行再造，建立經(jīng)濟(jì)可行的新工藝流程，使提高電氣化率經(jīng)濟(jì)可行，支撐綠色能源消納

利用電加熱的靈活性，降低集輸能耗、簡(jiǎn)化地面工藝。由于安全、管理和爐效等問(wèn)題，燃?xì)饧訜釥t更適于在后端集中規(guī)模設(shè)置，而電加熱無(wú)明火、全自動(dòng)、熱效率高、變工況適應(yīng)性好，適于在前端分散布置

推廣熱泵等“倍增器”技術(shù)，利用空氣、土壤等自然冷熱源、余熱和地?zé)?，以更少的電力換取更多熱能

推廣前端就地放水，減少高含水期采出水全量集輸與處理，降低能耗，解決余熱回收的源匯不匹配問(wèn)題

研究電強(qiáng)化高效處理技術(shù)及設(shè)備，提高處理效率，使以電替代天然氣能夠帶來(lái)額外收益

結(jié)論3：利用分布式新能源，簡(jiǎn)化油氣集輸工藝流程

目前油氣田還有60%左右的油井仍然采用“井口加熱”和“接轉(zhuǎn)站集中加熱、雙管摻熱水”流程。老油田普遍進(jìn)入高含水階段，水力熱力條件變化，具備降溫輸送的條件。由“接轉(zhuǎn)站集中加熱”改為“井口加熱、串接集油”，優(yōu)化摻水流程。其中，低產(chǎn)液井可通過(guò)接轉(zhuǎn)站摻常溫水，至井口再加熱，降低摻水管線溫度和熱損；高產(chǎn)液井可取消摻水，實(shí)現(xiàn)單管集油。

3.油氣田電能替代路徑

隨著雙碳目標(biāo)踐行過(guò)程中的新能源工程落地實(shí)施，油氣田企業(yè)自發(fā)自用綠電光伏占比高，在穩(wěn)定生產(chǎn)系統(tǒng)中，按照光伏發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)，其電量占比難以超過(guò)15%?，F(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，在不采取儲(chǔ)電等措施前提下，難以消納更多綠電。

1）亟需形成能夠高比例消納綠電的生產(chǎn)模式

在稀油油田，機(jī)采系統(tǒng)能耗占生產(chǎn)能耗的20.9%。目前常規(guī)游梁式抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率約為22%，低于《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》要求的節(jié)能評(píng)價(jià)值4%左右。節(jié)能提效可以從兩方面著手：

供能側(cè)措施：利用儲(chǔ)能消納綠電建設(shè)及運(yùn)行成本高。鋰離子電池是目前最主要的新型儲(chǔ)能形式（2022年底在新型儲(chǔ)能中占94.5%），按照2030年電池儲(chǔ)能消納綠電88億千瓦時(shí)測(cè)算，需投資450億元，年運(yùn)行成本50億元以上

供能側(cè)導(dǎo)向：為適應(yīng)新能源大規(guī)模發(fā)展，國(guó)家推出分時(shí)電價(jià)制度（發(fā)改委《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制的通知》）引導(dǎo)用戶通過(guò)調(diào)整負(fù)荷、改變用電時(shí)段來(lái)避峰填谷，降低用電成本。

結(jié)論1：供能側(cè)與用能側(cè)協(xié)同優(yōu)化提升綠電消納比例

供能側(cè)包含不穩(wěn)定的新能源、用能側(cè)變工況生產(chǎn)。從用能側(cè)尋找解決方案包括：生產(chǎn)模式變革，多消納自建綠電、合理利用谷電，降低用能轉(zhuǎn)換成本。圖片

結(jié)論2：以不影響開(kāi)發(fā)效果和安全生產(chǎn)為準(zhǔn)則，利用已建系統(tǒng)余量，建立與綠電、谷電相耦合的變工況運(yùn)行方式和協(xié)同優(yōu)化機(jī)制，提高綠電消納能力、降低用能成本

從機(jī)采井→集輸管線→站場(chǎng)→注水井全系統(tǒng)與綠電或谷電耦合，在保證日產(chǎn)量不變的情況下進(jìn)行變液量（變負(fù)荷）生產(chǎn)，會(huì)帶來(lái)流量、溫度、壓力等波動(dòng)變化，以及低溫集輸、低溫油水處理問(wèn)題，需研究安全穩(wěn)定運(yùn)行邊界條件、低溫油水處理機(jī)理。