中国石油大港油田自主研发空气源梯级储能换热技术

截至1月2日，中国石油大港油田自主研发的二氧化碳空气源梯级储能换热技术在滨108-52井投产应用已有1个月，平均日节电达720千瓦时，节能率达到60%，为生产井清洁用热提供了新的技术路径。

这项技术在国内油田生产系统应用尚属首次。大港油田按照打造“分布式井场清洁能源岛”的思路，在二氧化碳空气源梯级储能换热技术基础上，进一步耦合光伏、光热、风能、谷电储能、余热回收等新能源，形成多能耦合、多源互济清洁供能特色系列技术，匹配不同生产场景用热需求，构建具有油田特色的清洁低碳用热新模式，不断推进从低碳用热向零碳用热迈进。

在“双碳”背景下，生产井依赖燃气加热炉或电加热器提供热能的传统工艺逐渐不适应生产的需要。如何实现井场绿色低碳、低成本生产，是急需攻克的难题。2020年以来，空气源热泵作为一种节能加热技术引入油田生产加热系统，成为实现井场低成本加热的清洁替代技术之一。但是，以氟工质为冷媒的普通空气源热泵，存在低温环境加热效率低、变负荷情况下稳定性差、集成化自动化水平低等问题。基于此，大港油田研发团队开展技术攻关，对油田182座有加热需求的井场系统摸排，总结归纳四大类15项关键参数，创新研发二氧化碳空气源梯级储能换热技术。

针对普通热泵冬季效率低的情况，研发团队创新研制低环温跨临界二氧化碳高温空气源热泵，以二氧化碳作为环保冷媒，建立跨临界二氧化碳相变循环系统，实现了环境温度零下15摄氏度情况下可稳定制备85摄氏度的高温热水，有效保证了加热用能。同时，创新构建三级梯级储热换热系统，在热泵与井口用热负荷之间增加3级储热换热罐，提升了热泵系统应对变负荷复杂工况下的缓冲能力，实现稳定供热。瞄准传统热泵附件多、自动化程度低的实际，研发团队采用三维仿真模拟进行橇装化、集约化设计，将热泵系统、换热系统及自控系统三位一体形成一个橇装设备，现场安装便捷，仅需半天时间，日常运行全部采用远程操作、智能管控，实现生产无人值守、自动按需供热、智能精准用热。

这项技术在大港油田滨108-52井取得了较好的应用效果，加热系统在寒潮天气中运行良好，未产生冻堵现象。冬季低温环境下，热泵系统平均能效比达到2.5，与普通空气源热泵相比，电能利用效率提升30%；与传统电加热器相比，平均日节电720千瓦时，节能率达到60%，预计全年可节电18万千瓦时，年减少二氧化碳排放159.2吨，相当于栽植树木8700株。2024年，大港油田将在南部油区投入应用50台套，为油田绿色低碳生产提供更多有益借鉴。