原油含砂治理技術研究

賴 勇

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

某油田油井因井下套管穿孔，導致產層上部泥質進入井筒及下游生產流程，不但加重了堵塞問題，而且給分離器內的油水分離處理帶來很大的難度。部分泥沙跟隨生產分離器的濕油進入電脫器，致使下游換熱器、蒸汽加熱器堵塞嚴重。電脫器內的乳化層增多，油水界面層不斷加厚，水中含有泥質和懸浮物，電脫器的脫水脫鹽效果下降。通過提高電場電壓，以及加入破乳劑等常規處理工藝很難達到較好的效果，油品質量受到影響。需定期將電脫器內的乳化物排放到污油艙，致使老化油艙存總量增加。對于艙內的老化油，工藝流程無法實現在線處理。針對以上存在的問題，開展井液中含泥沙問題的專項研究，尋求解決此問題的方法。

1 原油泥砂的危害分析

油井出砂是砂巖等油藏開采中比較常見的問題，砂主要成分是二氧化硅，硬度較高，對設備造成嚴重磨損，同時容易造成各種閥門和泵密封損壞、點蝕、堵塞、沖蝕等危害，增加設備的檢修頻次，導致生產成本升高。出砂破壞了地層的架構，會改變油藏的油水剖面，對地層造成破壞，嚴重時會引起地層坍塌，促使油藏環境復雜化，污染地質油藏環境。影響油井井下設備如電潛泵及傳感器的正常運行，影響油井產量和生產時率。對地面油水處理工藝設備的正常運行更是很大的挑戰，加大了設備的故障率。

在某田生產工藝處理流程中，泥砂的存在對管道、泵體、閥門、等流程設施產生腐蝕。原油中的泥沙具有很強的吸油吸水性，這樣在油水中就促進了乳化層的形成，增加了原油破乳難度，影響分離器和電脫器的分離效果，并對下艙干油和外排水質產生影響。泥砂的存在，導致了板式換熱器和蒸汽加熱器油垢與硬鈣垢的板結，造成換熱器效率降低、檢修周期縮短及維修費用升高。油田存在的這些問題，都直接或間接和原油中含的泥沙有關。要解決這些問題，一是解決油井井下出砂問題，如修復穿孔套管，但作業成本高，作業難度大；二是研究除砂工藝技術，去除地面工藝流程原油中的泥沙。

2 原油除砂設備及流程設計

2.1 原油除砂方法選擇

傳統分離方法主要有濾網過濾、沉降分離、靜態旋流器、離心機離心分離。傳統方法除砂效果不佳，濾網過濾阻力大，且分離程度受限。靜態旋流器離心強度較小，分離能力受限。離心機是靠原動部件的轉動來提供離心力，容易堵塞，清洗難度大。結合離心機和旋流器技術，產生一種新的分離方法，即采用動態旋流器，其特點在于離心強度大，無壓力損失，適宜處理黏度大的介質，除砂率高，處理量大。

2.2 動態旋流器的基本原理

如圖1所示，帶有泥砂的原油由上部進入旋流器，在轉子的旋轉下使得原油獲得離心力從而不斷旋轉，轉子的轉速可以根據工況及處理需要進行調整，從而使旋流器處于最佳工況。泥砂的密度大于原油，原油由中心管匯上方管口向下進入油出口，密度較大的泥砂由旋流器底部流出到下方的洗砂罐，從而實現原油中泥砂的分離。由于轉子的高速旋轉作用，會使原油的動能增加，這樣進出口壓差非常小，處理過程中幾乎無壓力能損失。且底部的排砂口通暢，可以帶壓排砂，不易堵塞，從保證設備的連續性運轉。

圖1 動態旋流器原理圖

2.3 泥砂治理設計方案與技術

經過對比分析，確定了除砂器的最優安裝位置及處理工藝，如圖2所示。將除砂設備安裝在三相分離器濕油出口與下游蒸汽加熱器之間，在這個工藝點實現原油泥砂脫除，可以減輕和預防加熱器、換熱器的結垢，有效防止蒸汽加熱器的堵塞，保障蒸汽管式加熱器的原油通過率，以及下游電脫器內原油的清潔度，使電脫器內的油水分離良好，預減少老化油與黑水的形成，降低入艙原油的含水率。

在此工藝設計中，生產分離器的含砂濕油進入旋流器，實現固液分離。分離后的濕油進入管式加熱器加熱，然后進入電脫器進行深度油水分離。旋流器出來的含油泥砂進入調質洗砂罐，經過洗油處理后，進入固液離心機，對固相泥砂進行壓濾制成泥餅外運。固液離心機分離出的液相，進入生產分離器再處理，從而實現工藝處理無次生污染，提高處理效率。

圖2 除砂設備的安裝設計

由于泥砂的吸油吸水性，對含油泥砂不能直接進行機械脫水操作，必須通過技術方式進行污泥調質。固液分離過程實際上是固體懸浮粒子群和液相相對運動的過程，而污泥的調質則是通過加化學法來調整粒子群的性狀和排列狀態，使之適合不同脫水條件的預處理操作。污泥調質能顯著改善固液分離效果，提高機械脫水性能。這里使用的化學法是往洗砂罐中加入混凝劑、洗砂劑、破乳劑等化學藥劑對含油污泥進行調質。洗砂劑、破乳劑對油水乳液進行破乳，絮凝劑對懸浮固體顆粒進行絮凝聚結，從而實現油、水、泥砂的分離。從洗砂罐分離出的泥砂再通過固液離心機分離，形成純凈泥砂再壓制成泥餅外運。

2.4 流程處理效果

某油田設施上兩臺三相分離器濕油實際總量為12 000桶/d。對生產分離器的濕油進行取樣離心，在離心管底部有0.4%的沉淀物。實驗室獲得原油在50℃時的黏度為106cP，60℃時的黏度為53cP。通過三相分離器處理后的濕油屬于高比重、高黏度、低含硫、低含蠟、低凝固、低溶解氣油比的重質原油。濕油中的含砂粒徑中值為50μm，小于10μm比例為5%，小于32μm比例33%，小于100μm比例為70%，最大粒徑為500μm。通過工藝實驗證明，通過除砂器的處理，原油中粒徑為100μm砂的去除率為98%；粒徑為 80μm砂的去除率為95%；粒徑為 50μm砂的去除率為82%；粒徑為 30μm砂的去除率為75%；粒徑為 20μm砂的去除率為60%；粒徑為10μm砂的分離效率在50%，除砂效果良好。

3 結論

海上油井出砂，改變了原油成分，其中針對泥砂對下游工藝流程的處理操作以及對設備結垢堵塞從而降低設備工況效率等典型問題，提出的原油泥砂治理設計方案有效。采用除砂器等設備來脫除原油中的泥砂，動態旋流器結合了傳統靜態旋流器和離心機的技術優勢，幾乎無壓力損失，適宜處理黏度大的介質，除砂率高，處理量大。整體的除砂效果良好，再通過化學法進行污泥調質，顯著改善了固液分離效果，提高泥砂的機械脫水性能。