吉祥聯(lián)合站分離器改造工程設(shè)計(jì)

蘇朋龍，賈慶鵬，羅新占，欒玉婷

中油（新疆）石油工程有限公司，新疆克拉瑪依 834000

2012年吉7井區(qū)建成吉祥集中拉油注水站1座，吉7井區(qū)來氣、來液經(jīng)站內(nèi)兩相分離器分離后，其中的含水原油由罐車?yán)\(yùn)至距吉祥集中拉油注水站100 km的北三臺(tái)處理站進(jìn)行處理。伴隨著油區(qū)擴(kuò)邊以及周邊斷塊不斷開發(fā)，井區(qū)原油產(chǎn)量增加，原油含水率上升，2016年將集中拉油注水站改造為聯(lián)合站，氣液分離繼續(xù)沿用已建的兩相分離裝置，分離后的高含水原油進(jìn)入相變加熱爐加熱，然后進(jìn)入沉降罐進(jìn)行熱化學(xué)沉降脫水。

1 聯(lián)合站原油處理存在的問題

（1）已建兩相分離器處理能力無法滿足新增氣液量的處理需求，導(dǎo)致原油進(jìn)站壓力較高并接近已建兩相分離器的設(shè)計(jì)壓力，存在安全隱患。

（2）聯(lián)合站原油進(jìn)站壓力較高，導(dǎo)致集油區(qū)采油井井口回壓較高，井口盤根滲漏，摻水量和原油產(chǎn)量下降，原油集輸困難[1]。

（3）聯(lián)合站來液經(jīng)油氣分離后，液相均進(jìn)入已建相變加熱爐和沉降罐中，造成已建相變加熱爐和沉降罐負(fù)荷較大，能耗高，加熱后的采出水易造成處理設(shè)施結(jié)垢。

鑒于以上問題，亟需對(duì)吉祥聯(lián)合站內(nèi)已建分離系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 聯(lián)合站改造前工藝流程

吉祥聯(lián)合站改造前，原油處理采用“兩段大罐熱化學(xué)沉降脫水”工藝，流程示意如圖1所示。油區(qū)密閉集輸來液（0.55MPa、30℃、含水75%）首先進(jìn)入氣液兩相分離器，分離出的伴生氣經(jīng)除油、過濾、加熱后一部分作為站內(nèi)燃料氣為站內(nèi)相變加熱爐和熱媒爐供氣，多余部分去伴生氣回收系統(tǒng)進(jìn)行回收；分離出的含水原油進(jìn)入相變爐的油-汽換熱器與蒸汽換熱，當(dāng)出口油溫升至55℃后進(jìn)入2座2 000 m3一段沉降罐內(nèi)沉降12 h，沉降脫水后的低含水原油（含水10%～20%、55℃）利用自壓進(jìn)入1座1 000 m3緩沖罐，再經(jīng)提升泵提升進(jìn)入加熱爐加熱至75℃，而后進(jìn)入2座1 000 m3與2座4 000 m3凈化油罐（可兼作二段罐進(jìn)一步靜態(tài)沉降脫水），最終凈化油裝車?yán)\(yùn)至北三臺(tái)油庫；二段沉降罐底水經(jīng)底水泵增壓后回?fù)街烈欢纬两倒?。原油處理系統(tǒng)建有1套熱媒爐伴熱系統(tǒng)，為一段和二段沉降罐、凈化油罐、卸油罐進(jìn)行保溫伴熱。

圖1 吉祥聯(lián)合站改造前工藝流程示意

3 聯(lián)合站改造后工藝流程

針對(duì)吉祥聯(lián)合站原油處理系統(tǒng)存在的問題，對(duì)已建原油處理系統(tǒng)進(jìn)行改造。若沿用原工藝流程，需對(duì)兩相分離器及相變加熱爐進(jìn)行擴(kuò)建（分別擴(kuò)建1臺(tái)），受吉祥聯(lián)合站場(chǎng)地限制，擴(kuò)建難度非常大、停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，且采出水和原油共同加熱，能耗高。故考慮將進(jìn)站兩相分離調(diào)整為三相分離，將站內(nèi)兩段熱化學(xué)脫水改為三段熱化學(xué)脫水工藝流程[2]。

本次改造的主要內(nèi)容為：其一，根據(jù)吉7井區(qū)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)，在站內(nèi)異地新建三相分離器，已建兩相分離器另作它用；其二，將已建凈化油罐的底水增壓至新建三相分離器的進(jìn)口，以提高新建三相分離器的來液溫度及破乳效果；其三，根據(jù)一段沉降罐和三相分離器的出水量、油區(qū)摻水量，由已建一段沉降罐出高溫水進(jìn)摻水罐，不足部分由新建三相分離器出低溫水補(bǔ)充，以降低摻水的加熱負(fù)荷。

吉祥聯(lián)合站改造后，原油處理采用了“三段熱化學(xué)沉降脫水”工藝，油區(qū)密閉來氣液（P=0.3 MPa、T=30℃、含水75%） 與二段沉降罐的底水（P=0.3 MPa、T=75℃） 混合后進(jìn)入新建三相分離器，分離出的含水原油（P=0.25 MPa、T=30℃、含水35%）進(jìn)入已建一段相變加熱爐的油-汽換熱器與蒸汽換熱，加熱后原油（P=0.15 MPa、T=55℃、含水35%） 進(jìn)入2座2 000 m3一段沉降罐內(nèi)沉降12 h，沉降脫水罐含水原油（含水20%、55℃）依靠自壓進(jìn)入1座1 000 m3緩沖罐，再經(jīng)提升泵提升（P=0.25 MPa、T=55℃、含水20%）進(jìn)入二段相變加熱爐加熱至75℃，而后進(jìn)入2座1 000 m3與2座4 000 m3凈化油罐（可兼作二段沉降脫水罐進(jìn)一步靜態(tài)沉降脫水），最終凈化油裝車?yán)\(yùn)至北三臺(tái)油庫。

三相分離器分離出的伴生氣（P=0.25 MPa、T=35℃）經(jīng)除油、過濾、加熱后一部分作為站內(nèi)燃料氣為相變加熱爐供氣，多余部分去伴生氣回收系統(tǒng)進(jìn)行回收。

三相分離器分出的部分采出水（P=0.25 MPa、T=35℃、含油≤500 mg/L）利用自壓去往采出水處理系統(tǒng)，其余部分采出水利用自壓（P=0.25MPa、T=35℃、含油≤500 mg/L）去往回?fù)剿?；一段沉降脫水罐排出的采出水（P=0.12MPa、T=55℃、含油≤500 mg/L）去往回?fù)剿?；二段沉降脫水罐底水通過底水泵（P=0.3 MPa、T=75℃、含油≤500 mg/L）回?fù)街吝M(jìn)站三相分離器。

吉祥聯(lián)合站改造后工藝流程示意如圖2所示。

4 三相分離器選型

根據(jù)SY/T0515—2014《油氣分離器設(shè)計(jì)規(guī)范》，吉7井區(qū)原油相對(duì)密度0.8467以上，為保證出水指標(biāo)，設(shè)計(jì)停留時(shí)間20～30 min[3]；根據(jù)產(chǎn)量預(yù)測(cè)，三相分離器最大進(jìn)液量約6900m3/d，計(jì)算需要的有效液相沉降容積為142 m3，氣相空間按0.25倍容積計(jì)，計(jì)算分離器容積為190 m3，故選擇三相分離器規(guī)格為φ3000mm×14000mm，數(shù)量3臺(tái)，正常工作時(shí)3臺(tái)同時(shí)使用，當(dāng)其中1臺(tái)分離器需要檢修時(shí)另外兩臺(tái)在120%負(fù)荷下維持生產(chǎn)[4]。

圖2 吉祥聯(lián)合站改造后工藝流程示意

本次新建三相分離器選擇了高效三相分離器，其主要工作流程為：油氣混合物由旋流式入口進(jìn)入一級(jí)捕霧器（器內(nèi)設(shè)有兩相整流元件和絲網(wǎng)捕霧元件），經(jīng)由兩相整流元件進(jìn)行初步的氣液分離和整流；分離后的氣體經(jīng)過捕霧元件后逸出一級(jí)捕霧器，并通過天然氣連通管進(jìn)入二級(jí)捕霧器，在此與來自設(shè)備內(nèi)分離后的氣體匯合，通過二次整流元件和捕霧元件分離后逸出設(shè)備；經(jīng)過一級(jí)捕霧器處理后的低含氣混合物進(jìn)入設(shè)備內(nèi)，在設(shè)備內(nèi)首先通過閃蒸及析氣調(diào)整裝置，閃蒸及析氣調(diào)整裝置的作用是將氣液混合物最大限度地分離，而且對(duì)段塞流及起泡原油來講，還可以對(duì)其進(jìn)行流型調(diào)整，最大限度減少來液流型的不穩(wěn)定對(duì)流場(chǎng)及操作帶來的不利影響，以滿足氣液分離的要求，通過閃蒸及析氣調(diào)整裝置后的液體進(jìn)入設(shè)備的儲(chǔ)液區(qū)，而帶液率較低的氣體繼續(xù)向下流動(dòng)，經(jīng)過一級(jí)整流裝置對(duì)霧狀液滴進(jìn)行分離，粒徑較小的霧狀液滴在此整流裝置表面得到捕集并互相碰撞聚集后淌入設(shè)備的儲(chǔ)液區(qū)，經(jīng)分離后的氣體經(jīng)過二級(jí)捕霧器流出設(shè)備，而儲(chǔ)液區(qū)內(nèi)的液體經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入分配器和水洗室，在經(jīng)過含有破乳劑的活性水層洗滌破乳、高效聚結(jié)填料的整流和穩(wěn)流后，有效降低了來液的流動(dòng)雷諾數(shù)，加快了油、水分離速度，提高了油、水分離效果[5]，再通過沉降分離室進(jìn)一步沉降分離，而后通過液面調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，油相進(jìn)入油室，水相進(jìn)入水室。

5 三相分離器工藝設(shè)計(jì)

新建3臺(tái)三相分離器整體采用橇裝結(jié)構(gòu)，三相分離器進(jìn)口采用匯管分支均勻分布液體；油室和水室分別設(shè)液位檢測(cè)，油相和水相出口均設(shè)置電動(dòng)控制閥與各自的液位聯(lián)鎖以控制液位，防止液相進(jìn)入氣相管道、氣相進(jìn)入液相管道；分離器均設(shè)置油水界面檢測(cè)及控制裝置；分離器氣相出口設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及壓力變送器，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與壓力變送器聯(lián)鎖，以穩(wěn)定三相分離器內(nèi)壓力[6]。新建三相分離器工藝流程詳見圖3。

圖3 新建三相分離器工藝流程

6 效益分析

吉祥聯(lián)合站內(nèi)分離系統(tǒng)經(jīng)改造后，目前運(yùn)行平穩(wěn)，進(jìn)站壓力降低至0.3 MPa，集油區(qū)采油井口回壓普遍下降約0.3 MPa，單井產(chǎn)量提高約3%，采油井口螺桿泵耗電量下降約2%；三相分離器可脫出來液中40%的水，此部分水可不進(jìn)入已建相變加熱爐，而直接進(jìn)入已建采出水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，原油破乳劑的加藥量也因此減少了約50%。吉祥聯(lián)合站內(nèi)分離系統(tǒng)經(jīng)改造后經(jīng)濟(jì)效益分析詳見表1。

表1 吉祥聯(lián)合站內(nèi)分離系統(tǒng)經(jīng)改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

7 結(jié)束語

本文通過對(duì)吉祥聯(lián)合站內(nèi)分離系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。通過效益分析，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等均相當(dāng)可觀，達(dá)到了聯(lián)合站提質(zhì)增效的目的[2]。對(duì)于低油價(jià)下推進(jìn)建設(shè)節(jié)能、安全、綠色、環(huán)保油田，具有積極的作用。本次改造可為同類型站場(chǎng)改造提供借鑒。