高含水油田預分水技術現狀及發展趨勢

楊 蕾 宋 奇 郭 鵬 羅江濤 錢國全

中國石化江蘇油田分公司工程技術研究院, 江蘇 揚州 225009

0 前言

1 高含水采出液生產現狀

1.1 污水無效加熱能耗大

圖1 含水率與加熱能耗關系

1.2 加重個別聯合站設備處理負荷

當高含水采出液輸送至聯合站后,造成個別聯合站系統超負荷運行,同時來液量過高時,三相分離器來不及處理,部分原油直接進入污水處理系統,導致污水中含固相顆粒、含油偏高,部分污水水質不達標,從而影響整個注水系統效率,但改造擴大聯合站處理系統不僅受空間位置限制,而且投資成本高。

1.3 浪費大量的清水資源

一些偏遠區塊,由于無污水回注系統,地層能量嚴重不足,只能以附近河水作為注入水源,不僅浪費了大量的清水資源,而且該區塊的產出水拉運至聯合站集中處理,還增加了拉液費用和污水處理成本,同時若地層與清水不配伍,還極易引起地層水敏傷害、微粒運移,造成地層滲透率下降。

1.4 加劇聯合站污水剩余

部分聯合站產水本來就有剩余,以CZ聯合站為例,實際處理量1 450 m3/d,回注量1 310 m3/d,140 m3/d 產水過剩,而C 7拉油點的采出液拉運至CZ站,無疑加劇了該聯合站污水剩余,前期將其多余水直接進入原油儲罐,影響了站庫原油外銷,2017年7月17日將3#罐600 m3底水切入2#罐,雖然解決了污水剩余問題,但非長久之計。

1.5 原油乳化增加,集輸動力消耗高

因此,在低油價的新形勢、新常態下,隨著高含水期產液量逐年增大,實施預分水技術,盡早將污水分離出來,減少污水流動環節,可有效降低后端油水處理系統負荷、能耗及運行成本,預分水技術思路見圖2。

圖2 預分水技術思路

2 預分水技術研究

針對高含水采出液給油田生產帶來的危害,各大油田采取的措施是在采出液進入三相分離器前端,設置1臺預分水裝置,提前將大部分污水分離出來,或是在井場、分壓泵站、中轉站進行低溫預分水,分出的污水再進入小型的污水處理裝置,處理達標后直接回注地層,而低含水原油輸送至聯合站進行集中處理。從目前調研情況看,常用的預分水技術有仰角式油水分離技術、串聯式水力旋流器分離技術、高效三相分離技術及低溫破乳技術[1-4]。

2.1 仰角式油水分離技術

仰角式油水分離器的工作原理是高含水油水混合物進入設備后,首先在密度差的作用下,油相聚集于容器的上段,水相聚集在容器的下段;而后油相聚集段的水滴在重力的作用下,不斷從油連續相中沉降下來,脫除油相中的水;而水相聚集段的油滴在浮力的作用下,不斷從水連續相中浮升上來,除去水相中的油。俄羅斯和歐美國家已廣泛推廣應用[5-7]。

相比于傳統重力分離裝置,該裝置與水平面呈一定角度,增加了油滴的浮升面積,增大了排水口和油水界面的距離,減少了沉降時間。仰角式油水分離器見圖3。

圖3 仰角式油水分離器

國外先后開發出了兩種規格(直徑1.372 m×18.3 m和直徑0.9 m×18.3 m)的仰角式油水分離器,目前Genesis、Canoxy、卡克斯特等公司先后在世界各地推廣應用了50多套仰角式分離器,仰角式油水分離器現場應用效果統計見表1。從表1中可知,仰角式油水分離器脫水后水中含油量最低75 mg/L,可滿足高滲透油田回注要求。仰角式油水分離器先后在大慶、大港等油田得到推廣應用,但分水效果不理想,且出水含油量在1 000 mg/L以上。

表1仰角式油水分離器現場應用效果統計

公司相對密度進液量/(m3·d-1)脫前含水率/(%)出水量/(m3·d-1)脫后水含油量/(mg·L-1)氣量/(m3·d-1)Genesis0.825 15 500984 0007556 640Canoxy(也門)0.855 011 000907 750175-Alberta Energy0.972 54 470903 4801007 100Canoxy(卡克斯特)0.965 94 600902 300150-Canoxy(溫特那斯)0.979 23 800983 100300-Cabre0.855 02 400901 70075<1 416Dege0.849 82 129901 60075<1 416Lyse0.825 1994959471005 664Talisman0.934 0685713761504 729Wiser0.892 747375294125<1 416

優點:設備簡單、占地空間小、安裝靈活;投資成本僅為臥式分離器1/2到1/6。

缺點:入口分液管處的速度分布不均勻,存在不同程度的旋流,易造成油水兩相在分界面處的摻混;出水含油量高。

2.2 串聯式水力旋流器分離技術

圖4 串聯式水力旋流器預分水流程

優點:結構簡單緊湊,占地面積小,投資少,采出液在裝置內停留時間短,分離效率高,易于實現連續化操作及自動控制等,常應用在海上油田。

缺點:動力消耗大、設備易磨損,尤其在進液口處,且出水波動大;分流比、流量及油珠粒徑對預分水效果影響較大。

2.3 高效三相分離技術

圖5 一體化預分水裝置實體圖

優點:處理效率高、運行工況穩定、管理方便、自動化程度高、整體吊裝。

缺點:裝置整體造價高、占地和運行費用高。

2.4 低溫破乳技術

化學破乳雖然是最方便、最經濟有效的方法之一,但目前已開發的低溫破乳種類少,且適應性差,同時加入的破乳劑也可能導致后續污水處理難度加大,如何趨利避害有待進一步深入研究。

3 結論

目前，各油田采用的預分水技術雖然在一定程度上起到了預分水的效果,但這些技術主要控制指標是原油含水,對分離出的污水含油限制較少,造成了污水含油量在500～1 000 mg/L,而且常用的預分水裝置體積大、造價高、安裝不方便、分離效率低等,因此認為預分水技術未來可能在以下幾個方向發展:

1)在研制高效預分水設備的基礎上,更加注重降低分出污水含油指標的研究,使其脫出的污水滿足水質要求,直接回注地層。

2)預分水裝置會逐漸向各技術的一體化、小型化、低投資和低成本等方向發展,如前端低溫破乳,后端旋流、氣浮、沉降、聚結等優化集成,將預分水與污水除油合二為一,從而擴寬技術的適用范圍,提高預分水設備的穩定性和處理效率。