中國石油大港油田自主研發空氣源梯級儲能換熱技術

　　截至1月2日，中國石油大港油田自主研發的二氧化碳空氣源梯級儲能換熱技術在濱108-52井投產應用已有1個月，平均日節電達720千瓦時，節能率達到60%，為生產井清潔用熱提供了新的技術路徑。

　　這項技術在國內油田生產系統應用尚屬首次。大港油田按照打造“分布式井場清潔能源島”的思路，在二氧化碳空氣源梯級儲能換熱技術基礎上，進一步耦合光伏、光熱、風能、谷電儲能、余熱回收等新能源，形成多能耦合、多源互濟清潔供能特色系列技術，匹配不同生產場景用熱需求，構建具有油田特色的清潔低碳用熱新模式，不斷推進從低碳用熱向零碳用熱邁進。

　　在“雙碳”背景下，生產井依賴燃氣加熱爐或電加熱器提供熱能的傳統工藝逐漸不適應生產的需要。如何實現井場綠色低碳、低成本生產，是急需攻克的難題。2020年以來，空氣源熱泵作為一種節能加熱技術引入油田生產加熱系統，成為實現井場低成本加熱的清潔替代技術之一。但是，以氟工質為冷媒的普通空氣源熱泵，存在低溫環境加熱效率低、變負荷情況下穩定性差、集成化自動化水平低等問題。基于此，大港油田研發團隊開展技術攻關，對油田182座有加熱需求的井場系統摸排，總結歸納四大類15項關鍵參數，創新研發二氧化碳空氣源梯級儲能換熱技術。

　　針對普通熱泵冬季效率低的情況，研發團隊創新研制低環溫跨臨界二氧化碳高溫空氣源熱泵，以二氧化碳作為環保冷媒，建立跨臨界二氧化碳相變循環系統，實現了環境溫度零下15攝氏度情況下可穩定制備85攝氏度的高溫熱水，有效保證了加熱用能。同時，創新構建三級梯級儲熱換熱系統，在熱泵與井口用熱負荷之間增加3級儲熱換熱罐，提升了熱泵系統應對變負荷復雜工況下的緩沖能力，實現穩定供熱。瞄準傳統熱泵附件多、自動化程度低的實際，研發團隊采用三維仿真模擬進行橇裝化、集約化設計，將熱泵系統、換熱系統及自控系統三位一體形成一個橇裝設備，現場安裝便捷，僅需半天時間，日常運行全部采用遠程操作、智能管控，實現生產無人值守、自動按需供熱、智能精準用熱。

　　這項技術在大港油田濱108-52井取得了較好的應用效果，加熱系統在寒潮天氣中運行良好，未產生凍堵現象。冬季低溫環境下，熱泵系統平均能效比達到2.5，與普通空氣源熱泵相比，電能利用效率提升30%;與傳統電加熱器相比，平均日節電720千瓦時，節能率達到60%，預計全年可節電18萬千瓦時，年減少二氧化碳排放159.2噸，相當于栽植樹木8700株。2024年，大港油田將在南部油區投入應用50臺套，為油田綠色低碳生產提供更多有益借鑒。