小斷塊油田采出液處理系統(tǒng)研究

許錦華，周劍，張杰，劉維彬，閆俊杰，陳龍，王斌，李威，周小剛，郝大順 ，張?jiān)?/p>

（1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司，天津 300000；2.雪曼圣杰科技有限公司，河北 滄州 062550）

隨著油田開采進(jìn)入中后期，開采初期不開采的油田小斷塊逐漸受到重視，逐漸成為現(xiàn)階段油田開采的“主力軍”。傳統(tǒng)的采出液處理分為原油脫水和采出水處理兩部分。常規(guī)的原油脫水方式分為電脫水、三相分離脫水、重力+化學(xué)破乳脫水；采出水的處理方式分為膜過濾、微生物、氣浮、多功能過濾等。整套工藝由于工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備占地大，運(yùn)營(yíng)成本高等多方面的原因，不適合在小斷塊應(yīng)用。

1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)大多數(shù)油田進(jìn)入油田開發(fā)后期，為了保證穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的需要，大多在主力油田邊緣進(jìn)行滾動(dòng)開發(fā)周期短、產(chǎn)量高的小區(qū)塊油田。對(duì)于邊緣小區(qū)塊油田產(chǎn)出的高含油采出水主要依靠汽車?yán)\(yùn)至聯(lián)合站處理，其運(yùn)輸費(fèi)用極高；且該區(qū)塊的回注水多采用水源井清水進(jìn)行回注，造成了地下水資源的過度消耗，不符合水資源的可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保需求；另外，隨著采出水水量的增多，也將導(dǎo)致聯(lián)合處理站處理負(fù)荷的增大。因此，急需研發(fā)一種新型采出液處理系統(tǒng)，來滿足小斷塊采出液的“就地處理”需求。可降低石油開采能耗，保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境，保證油田的正常生產(chǎn)。

2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

油田采出液經(jīng)采出液脫水模塊實(shí)現(xiàn)油、氣、水的一站式分離后，原油達(dá)到外輸標(biāo)準(zhǔn)，伴生氣可回用或者收集，采出水經(jīng)預(yù)處理模塊、凈化模塊處理后，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)就地回注。

經(jīng)過該處理系統(tǒng)處理后可實(shí)現(xiàn)原油中水含量≤0.5%，滿足外輸標(biāo)準(zhǔn)；采出水含油量≤5mg/L，懸浮物≤1mg/L，達(dá)到油田一級(jí)回注水標(biāo)準(zhǔn)。

整套系統(tǒng)各模塊均采用集成橇裝化設(shè)計(jì)，占地面積小，便于運(yùn)輸，各模塊間可靈活組合，安裝便捷可靠。

3 系統(tǒng)組成與工藝流程

3.1 組成

小斷塊油田采出液處理系統(tǒng)包括采出液脫水模塊、采出水預(yù)處理模塊和采出水凈化模塊。采出液脫水模塊、采出水預(yù)處理模塊、采出水凈化模塊均為橇裝化結(jié)構(gòu)、且均與污水池相連。采出液脫水模塊僅包括高頻脈沖脫水裝置；采出水預(yù)處理模塊包括絮凝加藥裝置+沉降罐或電磁脈沖污水除油裝置；采出水凈化模塊包括多功能過濾器和油水分離專用陶瓷膜裝置。

3.2 工藝流程

井口出來采出液在溫度高于凝固點(diǎn)5℃，不添加破乳劑情況下直接進(jìn)入。

高頻脈沖脫水裝置的電磁輻射降黏區(qū)，經(jīng)隔板進(jìn)入脈沖破乳區(qū)和電磁聚結(jié)脫水區(qū)，分離得到的油水再經(jīng)隔板分別進(jìn)入油倉(cāng)和水倉(cāng)。自出油口排出的油進(jìn)入原油儲(chǔ)罐可達(dá)到外輸標(biāo)準(zhǔn)；自出水口排出的采出水可采用方式進(jìn)行預(yù)處理：

（1）采出水進(jìn)入絮凝加藥管線，同時(shí)，絮凝藥劑經(jīng)加藥泵進(jìn)入該管線，絮凝藥劑與采出水在該管線混合后排出，再進(jìn)入沉降罐內(nèi)進(jìn)行多級(jí)沉降；

（2）采出水進(jìn)入電磁脈沖污水除油裝置進(jìn)行出油處理。通過上述兩種預(yù)處理方式之一處理后的水進(jìn)入采出水凈化模塊進(jìn)行過濾處理，從而達(dá)到不同底層的回注水要求。

3.2.1 原油脫水工藝

圖1

3.2.2 采出水處理工藝

圖2

4 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

在本成果中，將高頻脈沖原油脫水技術(shù)、電磁脈沖污水除油技術(shù)、油水分離專用陶瓷膜技術(shù)等三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)與小斷塊采出液現(xiàn)有處理狀況相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了以下的創(chuàng)新。

4.1 形成一套小斷塊油田采出液處理工藝流程

含水量2%～98%采出液在不添加任何藥劑的情況下直接進(jìn)入高頻脈沖原油脫水裝置，通過裝置內(nèi)部的電磁輻射降黏電極、高頻脈沖破乳電極、高頻電場(chǎng)聚結(jié)脫水電極共同作用，實(shí)現(xiàn)了采出液油、水、氣的三相分離。處理后的原油含水量達(dá)到外輸標(biāo)準(zhǔn)；氣直接使用或集運(yùn)；采出水繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)處理。

該工藝關(guān)鍵技術(shù)是高頻脈沖原油脫水裝置。

裝置結(jié)構(gòu)原理如圖3 所示。

圖3 高頻脈沖原油脫水裝置結(jié)構(gòu)原理

4.2 形成一套小斷塊采出水凈化工藝流程

采出水首先進(jìn)入采出水預(yù)處理模塊，根據(jù)水質(zhì)選擇絮凝加藥裝置+沉降罐或電磁脈沖污水除油裝置進(jìn)行預(yù)處理，處理后水進(jìn)入采出水凈化模塊，選用多功能過濾器+油水分離專用陶瓷膜裝置進(jìn)行過濾處理，處理后水可達(dá)到一級(jí)回注水標(biāo)準(zhǔn)（水中油含量≤5mg/L，懸浮物含量≤1mg/L）。

該工藝關(guān)鍵技術(shù)是電磁脈沖污水除油技術(shù)和油水分離專用陶瓷膜技術(shù)。

4.2.1 電磁脈沖污水除油技術(shù)

該裝置適用于水中含油≤1000mg/L 的含油污水處理。該項(xiàng)技術(shù)主要包括脈沖破乳、預(yù)氧化、電凝聚、電微壓氣浮技術(shù)。處理后的水中油含量≤5mg/L，可滿足一級(jí)回注水中油指標(biāo)的要求。

裝置結(jié)構(gòu)原理如圖4 所示。

4.2.2 油水分離專用陶瓷膜技術(shù)

低滲透、超低滲透區(qū)塊要求1 級(jí)回注水指標(biāo)，因此必須用到超濾膜過濾技術(shù)。

針對(duì)有機(jī)膜和普通陶瓷膜在油田采出水處理領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)通量衰減快，難于清洗的問題，我們對(duì)陶瓷膜的結(jié)構(gòu)、表層材料、燒制工藝進(jìn)行了改進(jìn)，研制出油水分離專用陶瓷膜。

（1）結(jié)構(gòu)改進(jìn)。油水專用陶瓷膜采用分層燒制、粒徑由大到小的工藝，使之具有梯度結(jié)構(gòu)，不易糊堵，通量衰減慢，反洗效果好。

圖4

圖5

圖6 有機(jī)膜

圖7 陶瓷膜

（2）表面材料技術(shù)改進(jìn)。陶瓷膜采用特殊的表面材料進(jìn)行燒制，使之具有親水憎油的特性，以適應(yīng)油田采出水工況的要求。

圖8

（3）燒制工藝改進(jìn)。油水分離專用陶瓷膜采用特殊的成型燒制工藝，可直接燒制出大直徑、多通道、密集型陶瓷膜。單支膜的直徑140mm，有效過濾面積7m2，在同等處理量下大大減少膜的使用數(shù)量。

圖9

通過以上三種技術(shù)的改進(jìn)，使該陶瓷膜具有親水增油、水通量大、通量衰減慢等特性。水中含油≤50mg/L，懸浮物≤50mg/L 的采出水可直接進(jìn)入油水分離專用陶瓷膜進(jìn)行過濾處理，濾后水中含油≤5mg/L，懸浮物≤1mg/L。

圖10 油水分離專用陶瓷膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4.2.3 整套系統(tǒng)各模塊均采用集成橇裝化設(shè)計(jì)，各模塊間流程對(duì)接簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)連鎖或獨(dú)立控制；各模塊可根據(jù)處理量需求的不同實(shí)現(xiàn)多級(jí)并聯(lián)組合。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016 年3 月中旬至今，該項(xiàng)技術(shù)在華北油田西47 站進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。

該站位于超低滲透地層，每天采出液產(chǎn)量180 ～200m3。油區(qū)16 口油井的采出液在該站匯集、加熱、除氣后，前期采用罐車?yán)\(yùn)到附近的聯(lián)合站進(jìn)行處理，同時(shí)，該站點(diǎn)回注清水（清水井）。為節(jié)約運(yùn)費(fèi)和回注清水費(fèi)用，2016 年3 月，采用了小斷塊油田采出液處理系統(tǒng)，在未添加破乳劑的情況下，至今連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了采出液在該站匯集、加熱、油氣水分離、水處理+回注的新工藝，僅將油氣水分離后的油運(yùn)到聯(lián)合站處理。產(chǎn)水達(dá)到油田回注水一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖11 小斷塊油田采出液處理系統(tǒng)

該站經(jīng)濟(jì)效益分析：

日節(jié)約運(yùn)費(fèi)：每天少拉運(yùn)5 車次，每車運(yùn)費(fèi)445 元，每天節(jié)約運(yùn)費(fèi)5445=2225 元/天。

日節(jié)約清水費(fèi)用：每天產(chǎn)水112 方，即節(jié)約清水112 方，清水單價(jià)7 元/方，每天節(jié)約運(yùn)費(fèi)7×112=784 元/天。

每天節(jié)約費(fèi)用=節(jié)約運(yùn)費(fèi)+節(jié)約清水費(fèi)用-設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用=2225+784-144=2865 元/天。

運(yùn)行成本降低百分比%=節(jié)約費(fèi)用2865 元/天÷（原拉運(yùn)費(fèi)用4235/天+原清水費(fèi)1260 元/天）≈52%。