稠油熱采井口原油天然氣一體化脫硫工藝技術(shù)研究

張碩琳（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司,山東 東營(yíng) 257000）

稠油熱采井口原油天然氣一體化脫硫工藝技術(shù)研究

張碩琳
（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司,山東 東營(yíng) 257000）

摘 要：本文針對(duì)解決稠油熱采井口采出液（原油天然氣）含硫化氫對(duì)集輸管線和人員造成的影響，結(jié)合孤島采油廠單井情況，基于原油氣提脫硫工藝和天然氣干法脫硫工藝提出了井口原油天然氣一體化脫硫工藝，并使用井口數(shù)據(jù)應(yīng)用PROII軟件對(duì)原油氣提脫硫進(jìn)行了工藝模擬，研究了塔板數(shù)、氣量、壓力等對(duì)原油氣提脫硫效果的影響和規(guī)律，確定該工藝的可行性，為進(jìn)一步研究提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：井口；原油；天然氣；脫硫；PROII

1 概述

隨著勝利油田油氣藏開發(fā)進(jìn)程的逐步深入，稠油熱采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，部分采油廠熱采井出現(xiàn)不同程度的硫化氫含量上升趨勢(shì)，含硫化氫油井逐漸增多，濃度逐漸升高。以孤島采油廠為例，目前已有16口井天然氣中硫化氫含量達(dá)到150ppm以上,由于原油中含硫化氫使的溶液呈酸性，加速了腐蝕，另外硫化氫腐蝕可造成碳鋼管線的氫脆、斷裂和穿孔，給生產(chǎn)帶來很大安全隱患，硫化氫氣體擴(kuò)散對(duì)周圍環(huán)境造成較大影響，拉油罐車在運(yùn)輸過程中有硫化氫氣體逸出對(duì)沿線的人員造成安全隱患。因此開展井口原油和天然氣中硫化氫脫除工藝技術(shù)的研究勢(shì)在必行。

2 稠油熱采井口采出液特點(diǎn)分析

稠油采出液中硫化氫分布在原油、水、氣中，由于硫元素種類和分布形態(tài)的多樣化的影響，給采出液中硫化氫的測(cè)試帶來較大困難。通過查看現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)單井中的伴生氣較少，原油含水較多，氣油比大約在1:17.5左右，含水量在90%以上，采出溫度在40～60℃之間，采出壓力在0.5～0.6MPa之間。通過取樣檢測(cè)油樣發(fā)現(xiàn)，使用熱采的井口的稠油粘度很高，一般在5Pas以上，流動(dòng)性差。

單井稠油粘度大、氣液比小等特點(diǎn)，使原油中的硫化氫向氣相中轉(zhuǎn)移釋放困難，且現(xiàn)場(chǎng)空間資源有限，無法進(jìn)行摻稀降黏，增加了硫化氫脫附難度。

所以對(duì)脫硫工藝提出了，脫硫工藝簡(jiǎn)單、裝備緊湊撬裝、體積小，可以進(jìn)行整體運(yùn)輸。

3 井口一體化脫硫工藝

原油井口生產(chǎn)設(shè)施少，單井相對(duì)獨(dú)立，氣液比低，且不具備摻稀降黏因此井口原油脫硫裝置要求裝置簡(jiǎn)單，占地面積少，配套設(shè)施少。基于以上要求提出采用原油氣提脫硫+天然氣脫硫凈化的一體化脫硫工藝。

含硫單井來液通過粗分水后，原油加熱，從氣提脫硫塔第一塊塔板進(jìn)入，依次經(jīng)過塔內(nèi)各層塔板，與從氣提脫硫塔底部進(jìn)入的凈化天然氣逆流接觸，原油中的硫化氫通過擴(kuò)散作用進(jìn)入到天然氣中；分離出來的水從氣提脫硫塔下部進(jìn)入，依次經(jīng)過塔內(nèi)底部塔板，與從氣提脫硫塔底部進(jìn)入的凈化天然氣逆流接觸，水中的硫化氫通過擴(kuò)散作用進(jìn)入到天然氣中；含硫天然氣從塔頂進(jìn)入天然氣脫硫塔，在塔內(nèi)經(jīng)過脫硫劑處理將硫化氫脫除，凈化天然氣從塔頂出來后經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入氣提脫硫塔，氣提含硫原油，重復(fù)循環(huán)，剩余的凈化天然氣與脫硫后的原油在混合器內(nèi)混合后外輸。

4 工藝模擬

工藝流程中脫硫過程分為原油氣提脫除硫化氫和天然氣中硫化氫的脫除，其中原油氣提脫除硫化氫受到氣提氣量、氣提壓力、塔器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原油溫度等關(guān)鍵因素的影響，而天然氣脫硫凈化處理目前工藝技術(shù)相對(duì)成熟，有諸多的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于小氣量、低含硫的單井天然氣，其潛硫量相對(duì)較低，采用氧化鐵、氧化鋅等干法脫硫工藝具有設(shè)備少，流程簡(jiǎn)單，配套少，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，適合井口脫硫處理。針對(duì)原油氣提脫硫工藝采用PRO II軟件進(jìn)行了氣提氣量、壓力、塔板數(shù)、原油溫度的模擬研究，探索其相互影響規(guī)律。通過選取孤島某口井采出液的物性作為模擬的輸入邊界條件。

4.1 基礎(chǔ)參數(shù)

溫度：50℃ 壓力：0.6MPa原油量：4t/d 水量：55t/d

原油性質(zhì)：通過實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線、粘溫曲線得到

天然氣含硫化氫量：4000ppm

原油組成：

（餾量）/ %　溫度 ℃5 300 10　400 17　450 23　500……

天然氣組分：

天然氣組份表

組分　甲烷　乙烷　丙烷　異丁烷　正丁烷　二氧化碳　氮?dú)夂?（v） 75.0401　10.7267　0.4168　0.0014　0.0010　11.4021　2.4120

目標(biāo)：原油中硫化氫含硫小于60mg/kg

4.2 模擬結(jié)果分析

從圖中可以看出隨著原油溫度的增加，脫硫效果變化明顯。考慮到采出液中水含量較多且水的熱熔大，所以采取油水分開加熱分別進(jìn)塔。通過實(shí)驗(yàn)表明水中含硫化氫很容易氣提，所以原油從氣提塔上部塔板進(jìn)入，水從氣提塔下部塔板進(jìn)入，在保證原油溫度、粘度和不影響氣提脫硫效果的同時(shí)較少能耗。

從圖中可以看出，隨著氣提塔塔壓的升高，原油脫除硫化氫效果變差。隨著壓力的升高，天然氣中硫化氫的分壓相應(yīng)升高，不利于硫化氫向天然氣中擴(kuò)散，從而造成原油中硫化氫含量升高，因此，在實(shí)際流程設(shè)計(jì)時(shí)，在能夠滿足原油外輸和天然氣凈化處理的條件時(shí)，盡量降低氣提壓力，利于原油脫硫效果。

5 結(jié)論

為解決原油天然氣中由于含有硫化氫對(duì)生產(chǎn)和人員而造成的影響，以原油和天然氣脫硫?yàn)榻鉀Q途徑，結(jié)合井口生產(chǎn)的特點(diǎn)和輸送工藝的不同，提出了井口原油天然氣一體化脫硫工藝，并針對(duì)原油氣提脫硫進(jìn)行了工藝模擬，研究了氣提氣量、壓力、溫度等因素對(duì)氣提脫硫效果的影響規(guī)律和關(guān)系。

本文模擬計(jì)算為氣液完全平衡，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中原油黏度，含水等因素會(huì)對(duì)氣提脫硫效果產(chǎn)生一定影響，在高含水情況下存在水包油型乳化現(xiàn)象， 低含水狀態(tài)下存在油包水型乳化現(xiàn)象， 這些都會(huì)造成在脫硫塔內(nèi)無法達(dá)到完全的氣液平衡， 降低脫硫效果[4]，因此應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步開展這方面的相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)研究，為工程設(shè)計(jì)提供可靠地?cái)?shù)據(jù)參考。

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作者簡(jiǎn)介：張碩琳（1989-），男，本科，工程師，天然氣處理。