新疆油田超稠油吞吐開發密閉集輸組合工藝技術應用

1新疆油田公司工程技術研究院

2新疆油田公司基本建設工程處

稠油蒸汽吞吐是在同一口井中進行注蒸汽、燜井、再開井生產的開采方式，是當前使用最廣泛的稠油開采方法。其優點[1-2]是：加快采油速度并短期內增產；多周期蒸汽吞吐可預熱油層；較快回收一次投資，提高經濟效益。稠油蒸汽吞吐也是新疆油田稠油開采的主要生產方式之一，其生產的稠油產量占新疆油田總稠油產量的60%以上。目前新疆油田稠油集輸工藝普遍采用的是常規三級布站模式，由單井到計量配汽站再到轉油站，由轉油站集中轉輸至原油處理站，從而避免分散轉油對系統的沖擊。轉油站管轄3～4個計量配汽站，接轉站采用進罐開式流程生產，具有操作簡單、運行穩定等優點，但高溫采出液在接轉站緩沖罐（100 m3）頻繁發生常壓閃蒸、分離。根據實驗分析可知，超稠油中的有機硫化物在高溫條件下發生熱裂解，溶解于原油和水中的硫化氫在緩沖罐內隨著高溫采出液的降壓閃蒸而排放到空氣中，其中非甲烷總烴和硫化氫含量分別超過了GB 16297—1996（非甲烷總烴質量濃度≤2 mg/m3）和GB 14554—1993（硫化氫質量濃度≤0.01mg/m3）的標準，該方式的無組織排放[3]給油田的安全穩定運行造成了巨大的壓力。因此，必須開展稠油吞吐開發密閉集輸工藝技術研究來實現密閉集輸。

1 A作業區吞吐集輸工藝現狀

新疆油田A作業區稠油集輸采用的是由單井到多通閥管匯橇選井計量后至接轉站集中轉輸至原油處理站，接轉站管轄4～5個計量集油配汽管匯站，其工藝流程見圖1。

圖1 常規三級布站工藝流程Fig.1 Process flow of conventional three-stage station layout

接轉站具有越站及越罐直接進泵的密閉流程，而新疆油田A作業區稠油吞吐開發具有原油密度大（0.97 g/cm3）、黏度高（12 000 mPa·s）、集輸半徑大（2～6 km）、采出液溫度高（110 ℃）、攜汽量大（25%）的特點[4-6]，其各項指標遠高于普通稠油開發指標，采出液量波動大（圖2）、溫度高、攜汽量大使密閉轉輸難度增大，因此接轉站內全部采用進罐流程，存在油汽蒸發損耗大、污染環境的問題，嚴重影響油田的經濟效益和安全環保。座接轉站所轄管匯及單井，已建接轉站采用越站流程。密閉接轉站采用超稠油蒸汽處理裝置、蒸汽噴淋塔、循環泵、油水分離器、空冷器的設備組合，形成了高溫采出液密閉轉輸工藝技術，其中三個關鍵處理單元分別為原油接轉單元、蒸汽冷凝單元、伴生氣處理單元（圖3），并形成了超稠油高效蒸汽分離技術、蒸汽噴淋循環冷卻技術、接轉工藝過程自動聯鎖控制技術、LO-CAT脫硫技術。該組合工藝技術在超稠油采出液集輸溫度高、汽量波動

圖2 2016年采出液量波動Fig.2 Fluctuation of produced liquid in 2016

2 稠油吞吐密閉集輸工藝技術

新疆油田A作業區通過將接轉站開式流程實施密閉改造，實現了“采油井場—多通閥集油計量配汽管匯站—中型密閉接轉站—稠油處理站”三級布站密閉集輸，單座中型密閉接轉站管轄已建5～10大、硫化氫含量高的工況下已運行15個月，實現了密閉接轉站在線沖排砂、安全平穩運行、自動調節控制及無人值守功能，最大程度回收了蒸汽冷凝水、輕質油和伴生氣（非甲烷總烴、硫化氫）。

圖3 高溫采出液密閉轉輸工藝Fig.3 Airtight transportation process of produced liquid with high tempererature

2.1 超稠油高效蒸汽分離技術

為了有效解決稠油吞吐開發采出液中攜帶蒸汽量多且難于分離的難題，研發了帶有破泡和分離功能的超稠油蒸汽處理裝置，通過入口裝置、一級分離裝置、二級分離裝置、出氣除液裝置、第一破泡裝置和第二破泡裝置對流體進行處理，極大改善了流速和流向，并利用油、水、氣的密度差和重力沉降原理及依靠慣性使氣體中挾帶的液珠經撞擊、凝聚、沉降、液霧吸附作用，促使氣體中的絕大部分液霧沫脫出，實現了液體的高效捕集，形成了稠油高效蒸汽分離技術，防止了渦流和二次霧化的產生。

采出液在超稠油高效油汽分離裝置中的分離運行時間在30 min以內，運行溫度控制在98～107 ℃。通過超稠油高效蒸汽分離技術一方面將分離出的液相經轉油泵提升增壓后經已建集輸干線管輸至稠油聯合站，另一方面將分離出的飽和蒸汽去蒸汽噴淋塔冷卻，從而實現了密閉環境下的高效油汽分離和充足時間的液相緩沖，確保了硫化氫和高溫蒸汽從采出液中分離后再集中到蒸汽冷凝單元統一處理。

2.2 蒸汽噴淋循環冷卻技術

新疆油田A作業區前期對分離出的蒸汽（伴生氣）直接采用管殼式換熱器或空冷器進行冷卻，運行一段時間后，存在部分凝液附著管束，導致換熱效率下降。通過研究，研發出直接接觸換熱方式的蒸汽冷卻噴淋塔，并通過循環泵、油水分離器、空冷器設備的組合形成了蒸汽噴淋循環冷卻工藝，其中關鍵設備為冷卻噴淋塔和油水分離器。蒸汽（伴生氣）與冷卻水在蒸汽噴淋塔內逆流接觸換熱冷卻成含油污水，其換熱流程見圖4。在塔釜處進行集中回收輕烴，停留時間為5～6 min；在進入空冷器冷卻前設置油水分離器，通過油水密度差的原理對油水進行分離除油，分離時間≤20 min，實現了底部連續出水，頂部間歇收油。

2.3 接轉工藝過程自動聯鎖控制技術

接轉工藝過程自動聯鎖控制技術采用閉環流程控制，實現全過程自動化生產。主流程控制回路有4路：①超稠油蒸汽處理器液位控制，轉油泵變頻與超稠油蒸汽處理器液位連鎖，保證液位在1.0～2.2 m之間，正常液位為1.6 m；②蒸汽噴淋塔塔釜液位控制，蒸汽噴淋塔塔釜液位與油水分離器出口旁通管道調節閥連鎖，保證塔釜液位穩定；③噴淋塔塔釜溫度控制，塔釜溫度與噴淋水空冷器出口總管道調節閥連鎖，根據蒸汽量調節噴淋水量，維持塔釜溫度穩定；④伴生氣空冷器出口溫度控制，空冷器風機變頻連鎖，自動控制出口溫度。事故保障流程有3路（分離器高液位切斷、冷卻負荷超量泄放、壓縮機超溫保護）。

圖4 噴淋塔內接觸式換熱流程Fig.4 Flow of contact heat transfer in spray tower

3 應用

3.1 應用效果

新疆油田稠油吞吐開發密閉集輸工程一期實施后，超稠油高效蒸汽分離技術實現了分離液體顆粒效率達99%，分離液體粒度≤10 μm，汽中帶液率≤0.05 g/m3，液中含汽量≤5%，汽中含液量≤3%；蒸汽噴淋循環冷卻技術使蒸汽（伴生氣）與冷卻水逆流換熱效率達98%以上；該工藝具有自循環噴淋、無水耗、換熱效率高、凈化不凝氣、系統自清潔等功能，蒸汽可全部回收和循環利用；接轉工藝過程自動聯鎖控制技術實現了無人值守功能。超稠油吞吐開發密閉集輸工藝應用后，新疆油田A作業區全年可回收伴生氣400×104m3（0 ℃，101.325 kPa）、蒸汽冷凝水20×104t、輕質油1 200 t，年創效700多萬元，非甲烷總烴質量濃度0.01～1.8 mg/m3、硫化氫質量濃度0.001～0.008 mg/m3，非甲烷總烴和硫化氫含量分別滿足GB 16297—1996（非甲烷總烴≤2 mg/m3）和GB 14554—1993（硫化氫≤0.01 mg/m3）的標準。

3.2 優化措施

（1）耐溫單螺桿泵換成雙螺桿泵。由于采出液溫度的經常性波動會導致單螺桿泵定子、轉子、聯軸器的損壞和高頻率更換，因此應選用高強度耐溫材質的雙螺桿泵，并對雙螺桿泵設備開展提升泵效的優化研究。

（2）伴生氣處理單元的優化。由于氣量波動大且裝置超負荷，需對裝置參數和工藝流程進行優化。

4 結論

新疆油田稠油吞吐開發密閉集輸工藝實現了蒸汽吞吐開采區塊中超稠油采出液蒸汽的高效回收與利用（蒸汽冷凝水、輕質油、伴生氣），非甲烷總烴和硫化氫含量分別滿足GB 16297—1996（非甲烷 總 烴≤2 mg/m3）和GB 14554—1993（硫 化 氫≤0.01 mg/m3）的標準，最大化提升了油田的經濟效益，保障了油田開發生產的安全環保。