零散區(qū)塊高含水采出液現(xiàn)狀及節(jié)能對策

楊 蕾，宋 奇，羅江濤，郭 鵬

（中國石化江蘇油田分公司工程技術(shù)研究院，江蘇揚州 225009）

目前油田投入的開發(fā)單元約350個，其中邊遠(yuǎn)零散區(qū)塊有134個，對應(yīng)的拉油點83個，該類區(qū)塊普遍存在儲量規(guī)模小，遠(yuǎn)離已建注水系統(tǒng)，大多數(shù)區(qū)塊采用天然能量開采，地層壓力下降快。同時大部分區(qū)塊已進(jìn)入高含水階段，產(chǎn)出液經(jīng)拉油車長距離拉運至中轉(zhuǎn)站或聯(lián)合站集中處理，不僅浪費了加熱拉運費用，而且產(chǎn)出污水利用率低。本文首先介紹了零散區(qū)塊生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對現(xiàn)狀，進(jìn)行了預(yù)分水潛力分析，最后提出了兩套預(yù)分水裝置的設(shè)計思路，為后續(xù)高含水零散區(qū)塊污水就地回注提供了指導(dǎo)依據(jù)。

1 零散區(qū)塊生產(chǎn)現(xiàn)狀

通過對134個零散區(qū)塊地質(zhì)及來液情況進(jìn)行分析，這類區(qū)塊普遍具有以下幾個特點：（1）斷塊分布零散，不成片且遠(yuǎn)離主力區(qū)塊；（2）含油面積小，儲量規(guī)模小，難以進(jìn)行整體開發(fā)。油田大的面積2.8×103m2，小的面積只有20 m2，地質(zhì)儲量在幾十萬噸至幾百萬噸；（3）儲層變化大，物性普遍較差，多數(shù)為低滲透油藏；（4）單井產(chǎn)量低，平均單井日產(chǎn)液水平11.1 t，平均單井日產(chǎn)油水平1.9 t。

同時從開發(fā)現(xiàn)狀來看，區(qū)塊在開發(fā)中存在以下三方面問題：

（1）多數(shù)區(qū)塊采用天然能量開采，采出程度嚴(yán)重偏低。134個零散區(qū)塊中未注水區(qū)塊94個，這些未注水區(qū)塊中采出程度≤10%的區(qū)塊有80個，占比達(dá)85.1%，由于天然開采，地層能量不足，從而導(dǎo)致了采出程度嚴(yán)重偏低。

表1 日產(chǎn)水量≥20 m3拉油點加熱費用情況

圖1 串聯(lián)式水力旋流器預(yù)分水流程

（2）高含水拉油點多，無效拉水費用高。對83個拉油點含水率進(jìn)行統(tǒng)計，含水率≥60%的拉油點共47個，占比達(dá)56.6%，高含水拉油點較多，主要分布在YX、GJ、FM、SL、HZ、L7 等油田。83 個拉油點日拉液量約1 960 m3（油760 m3，水1 200 m3），年拉液運費高達(dá)1 400余萬元，其中62%的費用皆為無效拉水費用。

（3）儲油罐內(nèi)污水加熱費用高。區(qū)塊來液進(jìn)入儲油罐后，來液需提溫5℃～8℃后，再經(jīng)拉油車?yán)撸瑢θ债a(chǎn)水量≥20 m3的拉油點進(jìn)行統(tǒng)計（見表1）。

從表1可知，日產(chǎn)水量≥20 m3的拉油點共有13個，這13個拉油點的年加熱污水費用約105.6萬元，污水無效加熱耗能大。

2 零散區(qū)塊脫水節(jié)能對策

如果能在采出液加熱前，將大部分污水提前分離出來，分離出來的污水直接處理后就地回注，低含水原油再進(jìn)入儲油罐內(nèi)加熱運走，則能有效降低無效的污水加熱&拉運費用。經(jīng)過初步統(tǒng)計，如果能將日產(chǎn)水量≥20 m3的拉油點中50%污水在加熱前提前分離出來，則年可節(jié)省加熱能耗和運輸費用約287.6萬元。

調(diào)研了目前國內(nèi)外常用的預(yù)分水裝置，有串聯(lián)式旋流器、仰角式預(yù)分水器、多功能一體化分離器三類，具體介紹如下。

2.1 串聯(lián)式旋流器

該類裝置是將預(yù)分水旋流器與污水除油旋流器串聯(lián)，合二為一，依靠離心力實現(xiàn)油水分離，由于裝置結(jié)構(gòu)小，分離時間短，常用在海上及接轉(zhuǎn)站流程改造（見圖1）。該類裝置主要在大慶和勝利油田應(yīng)用較多，但也存在一定的弊端，動力消耗大，設(shè)備極易磨損，尤其在進(jìn)液口處，且出水波動大。2010年陳德海等[1]設(shè)計了兩級高效旋流分離裝置，通過室內(nèi)模擬實驗、現(xiàn)場中試和大規(guī)模現(xiàn)場應(yīng)用研究。在油田中轉(zhuǎn)站實現(xiàn)采出液預(yù)分離，含水率85%左右的采出液經(jīng)水力旋流器一級處理后，油中含水率可降到30%左右，水中含油質(zhì)量濃度降到2 000 mg/L以下；水出口再經(jīng)一級旋流處理后，含油質(zhì)量濃度可降到1 000 mg/L以下。同常規(guī)工藝流程相比，采用旋流分離設(shè)備實現(xiàn)中轉(zhuǎn)站提前放水，每年可節(jié)約大量的耗電費用，該技術(shù)成果在大慶油田的7座中轉(zhuǎn)站獲得推廣應(yīng)用，每年處理采出液的規(guī)模達(dá)1 150萬噸，累計為油田創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益6 000余萬元。

圖2 仰角式油水分離器結(jié)構(gòu)

表2 仰角式預(yù)分水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2 仰角式預(yù)分水器

仰角式預(yù)分水器由支架、分離罐、油出口、水出口、進(jìn)液口、填料部等部分組成，其工作原理是油水混合物進(jìn)入設(shè)備后，由于油水密度差，油滴上浮至分離罐上部，水則沉降在分離罐下部。與常規(guī)三相分離器相比，該設(shè)備放置時與水平面呈一定的角度，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。此設(shè)備多在俄羅斯、美國等國外應(yīng)用較多，在國內(nèi)主要處于研究階段，現(xiàn)場應(yīng)用較少，僅在大慶油田、大港油田得到初步應(yīng)用。黃坤等[2，3]利用FLUENT仿真模擬軟件對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合正交試驗方法，設(shè)計了一套仰角式裝置，其結(jié)構(gòu)（見圖2、表2）。按照該設(shè)計方法，加工了一臺φ0.44×7.78 m的仰角式預(yù)分水器，并安裝在某油田437區(qū)塊20#計量站，對放置傾角（0°、9°、12°、15°）和停留時間（5 min～10 min）進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。試驗結(jié)果表明，傾角為12°時油水分離效果最好，分離效率可達(dá)96.84%，且最佳停留時間為7 min。該裝置也存在一定的弊端，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。

2.3 多功能一體化分離器

三相分離器綜合應(yīng)用了集氣液分離、預(yù)分水、原油加熱、電脫水、油水緩沖等多功能于一體，在國內(nèi)應(yīng)用較為普遍，各油田將三相分離器改造為預(yù)分水器進(jìn)行預(yù)分水，目前勝利、大慶油田應(yīng)用較廣泛[4-8]。勝利油田坨三站進(jìn)站液量3.5×104m3/d，將前期原兩相油氣分離器改為三相高效分水器后，分離器出油含水由95%降低至15%，加熱液量下降90%，年節(jié)約燃料油1 068 t（見圖3）。

勝利油田針對稠油及化學(xué)驅(qū)采出液乳化程度高，游離水脫除難度較大，研發(fā)了高頻聚結(jié)油水分離裝置，裝置通過高頻技術(shù)在油層建立穩(wěn)定的電場，將高頻電場空間聚結(jié)與機(jī)械聚結(jié)材料（填料）表面物理聚結(jié)相結(jié)合，提升油水分離效率，有效縮短了高含水采出液的處理流程。其中高頻電場與工頻電場相比，通過調(diào)整高頻脈沖輸出，使脈沖輸出時間小于短路擊穿時間，從而能建立穩(wěn)定的電場（見圖4）。2013年3月在河口采油廠埕東聯(lián)合站開展了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。該類裝置分離效果較好，但裝置安裝復(fù)雜，投資及運行成本也較高。

3 高效預(yù)分水裝置設(shè)計思路

圖3 坨三站脫水處理流程

從上述調(diào)研的情況來看，預(yù)分水裝置逐漸往多功能一體化、低成本方向發(fā)展。但在實際生產(chǎn)中，上述裝置雖然能滿足預(yù)分水要求，但總體分水效果差（出水含油指標(biāo)500 mg/L～1 000 mg/L），且造價高等，因此需要針對零散區(qū)塊現(xiàn)狀，因地制宜，研發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、投資及運行成本低、高效率的預(yù)分水裝置。結(jié)合零散區(qū)塊現(xiàn)狀及調(diào)研情況，提出了兩種高效預(yù)分水裝置設(shè)計思路。

圖4 高頻聚結(jié)分離器裝置示意圖

3.1 利用水力旋流器作為預(yù)分水裝置

水力旋流器分水速度快，占地面積小，易于安裝與維護(hù)，且造價低，流程（見圖5）。其工作原理是：來液進(jìn)入預(yù)分水旋流器后，利用旋流向心力和油水密度差原理，進(jìn)行油水分離，分離后的原油進(jìn)入儲油罐內(nèi)，而污水則直接進(jìn)入撬裝化污水回注處理裝置，處理達(dá)標(biāo)后直接注入注水井中。

3.2 利用簡易的管式預(yù)分水裝置

該裝置的工作原理是：來液進(jìn)入一級旋流管，進(jìn)行固液氣三相分離后，油水混合物進(jìn)入集水管，由于油水密度差，油通過分支管進(jìn)入上部集油道，而水仍舊在集水管道，通過氣泡發(fā)生裝置引入微氣泡，對集水管道污水中細(xì)小的油滴進(jìn)行聚結(jié)上浮，處理后的油通過輸油管道進(jìn)入儲油罐，污水再經(jīng)過二級旋流管進(jìn)行油水分離后，水直接注入注水井。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝與維護(hù)，且整體造價低（見圖6）。

圖5 水力旋流器分水流程

圖6 管式分水流程