海上油田井下油水分離系統(tǒng)的優(yōu)化設計

崔政,張建民 (中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300452)

海上油田井下油水分離系統(tǒng)的優(yōu)化設計

崔政,張建民 (中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300452)

海上油田進入中高含水期后,大量的產(chǎn)出水給污水處理、回注帶來了很大的挑戰(zhàn)。為此,通過現(xiàn)場試驗對海上油田井下油水分離系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計:使用了雙泵及變頻技術,可以通過地面的變頻器進行大范圍調節(jié)注入量和采出量,而且還可以通過變頻器和油嘴調節(jié)水力旋流器分離效率;設計了地層壓力監(jiān)測系統(tǒng)和注入水取樣管,利用電泵工況監(jiān)測生產(chǎn)層壓力變化情況,利用油水分離器壓力傳感器監(jiān)測注入層壓力狀況;通過取樣管可以及時獲取注入水樣品,也可以通過取樣管注入解堵劑解除井筒附近堵塞。現(xiàn)場試驗結果表明,該系統(tǒng)能有效地減少了污水的舉升量及處理量,對進一步研究海上油田井下油水分離系統(tǒng)的應用具有借鑒意義。

海上油田;井下油水分離系統(tǒng);優(yōu)化設計;現(xiàn)場試驗

1991年加拿大C-FER工程研究中心率先提出了“井下油水分離(Downhole Oil-Water Separation, DOWS)”的設想,并進行了可行性研究。該系統(tǒng)通過水利旋流器使高含水原油中絕大部分水在井下直接分離并注入到目的層,剩余含少量水的原油被舉升至地面。自1994年首次應用以來,將近100套DOWS在世界各地安裝應用并取得了較好的效果[1],但近年來的使用有所減少[2]。Yasser等[3]研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)復雜的設計是限制該項技術推廣應用的主要原因之一。為此,筆者通過現(xiàn)場試驗對海上油田井下油水分離系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。

1 井下油水分離系統(tǒng)的結構及工作原理

井下油水分離(DOWS)系統(tǒng)主要由泵和水力旋流器組成。基于聯(lián)合工業(yè)化研究項目 (JIP)開發(fā)的ESP AQWANOT系統(tǒng)[4],在充分研究前人成果[5]的基礎上,歸納出DOWS系統(tǒng)的應用按照注水層相對于采油層的位置關系及分離器相對于泵的位置關系分成推進型和排出型。分離水通過推進方式或排出方式直接注入注水層,推進型系統(tǒng)高含油的流體則通過旁通管匯或增加的增壓泵舉升至地面,排出型系統(tǒng)高含油的流體則可直接舉升或通過增加增壓泵舉升至地面。推進型(左)和排出型(右)DOWS系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2 優(yōu)化設計及優(yōu)點

該井下分離系統(tǒng)以標準雙泵系統(tǒng)[5]為基礎,利用雙電泵采油系統(tǒng)及Y型生產(chǎn)管柱在海上油田的規(guī)模應用的現(xiàn)場條件,對該系統(tǒng)進行了進一步的優(yōu)化,如圖2所示。

圖1 推進型(左)和排出型(右)DOWS系統(tǒng)示意圖

1)雙電潛泵獨立控制系統(tǒng)。下泵舉升量達到1500m3/d,上泵舉升量為300m3/d;雙電潛泵系統(tǒng)中每一臺泵均可以單獨控制,既可以雙泵同時生產(chǎn),也可以根據(jù)需要單泵生產(chǎn)。

2)增加變頻技術控制。變頻技術可任意調整下電潛泵頻率參數(shù)即產(chǎn)液能力,達到控制下電潛泵出口壓力,進而調整油水分離器出口壓力即注水壓力及注水參數(shù),對回注層的注入量進行大范圍調節(jié)。

3)完善監(jiān)測系統(tǒng)。通過電泵工況監(jiān)測雙電潛泵運轉溫度及出入口壓力;通過下電泵出口壓力監(jiān)測分離器入口壓力,通過上電泵入口壓力監(jiān)測分離器富油流體出口壓力;由環(huán)空內傳感器監(jiān)測分離器排出水出口壓力即注入壓力;電泵工況可以監(jiān)測生產(chǎn)層靜壓、了解油層壓力變化情況;利用環(huán)空內傳感器監(jiān)測注入層靜壓、判斷注入層壓力狀況。

4)注入水檢測。增設注入水取樣管,及時獲取注入水水樣,分析含油及懸浮物含量,如果含量過高則通過下電泵變頻控制,使分離水盡可能達到注入水水質要求;當判斷注入層堵塞時可以通過取樣管注入解堵劑解除井筒附近堵塞。

該設計具有如下優(yōu)點:①在現(xiàn)有雙電潛泵系統(tǒng)中僅增加一個水力旋流器,簡潔的設計可以使其在作業(yè)平臺上提前組合好;②井筒簡化、減少了復合泵非標準部件特殊設計及分離器外旁通管導流設計,降低了因結構復雜帶來的生產(chǎn)及運行風險;③雙電潛泵獨立控制系統(tǒng)及變頻技術的應用,可以減少作業(yè)費用及增加設備的可靠性、提高系統(tǒng)使用壽命;④回注層注入能力下降時可以通過注入水取樣管注入藥劑對地層進行增注處理。

圖2 DOWS系統(tǒng)現(xiàn)場應用管柱示意圖

3 現(xiàn)場試驗效果

2010年7月在渤海曹妃甸油田2A-17井實施DOWS系統(tǒng)現(xiàn)場試驗,如圖3所示,該系統(tǒng)的現(xiàn)場應用取得了較好的試驗效果。

1)油水分離系統(tǒng)運行平穩(wěn)。該井于2010年7月開始運轉, 2012年7月因含水達97%且平臺限液關井。DOWS系統(tǒng)現(xiàn)場試驗實際運轉周期為25個月(750d),高于該油田單電潛泵井平均運轉周期(736d),關井前系統(tǒng)一直處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。

2)井口產(chǎn)液量大幅下降。DOWS系統(tǒng)試驗前,日產(chǎn)液量為1600m3,含水92%;實施后該井井口日產(chǎn)液量295m3,含水88%;關井前日產(chǎn)液626m3,含水97%。根據(jù)下電潛泵的泵工作曲線計算,每天大約有1600m3的水直接在井下注入地層[6]。

圖3 曹妃甸油田2A-17H井生產(chǎn)曲線

3)節(jié)能減排效果顯著。DOWS系統(tǒng)運行期間減少產(chǎn)出水(污水回注地層):750d×1600m3/d= 120×104m3;減少藥劑費、回注費、運行管理費:10(元/m3)×120×104m3=1200(萬元)。

4 結語

雖然海上油田DOWS系統(tǒng)現(xiàn)場試驗最終因地層含水上升過高而終止,但從DOWS系統(tǒng)管柱優(yōu)化設計、系統(tǒng)運轉周期、含水及井口液量下降情況及看,現(xiàn)場試驗獲得了較大的成功。今后在海上油田DOWS系統(tǒng)推廣應用中在選井上應考慮生產(chǎn)層邊、底水水體情況,避免因邊底水能量或體積過大造成含水上升過高造成停產(chǎn)。

[1]岳繼紅,齊春海.井下油水分離技術最新進展[J].油氣田地面工程,2003,22(11):56-57.

[2]Moritis G.Study Shows Downhole Water Separation Languishes[J].Oil and Gas Journal,2004,20:44-45.

[3]Yasser K.Downhole Oil Water Separation Systents in High-volume/high HP Application[A].SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference,Port-of-Spain[C].Trinidad,2003.

[4]孫淑梅.井下油水分離系統(tǒng)的聯(lián)臺工業(yè)化研究[J].國外油田工程,1998(10):8-18.

[5]顏廷值,李增亮,王旱祥,等.電潛泵井下油水分離系統(tǒng)方案設計[J].石油機械,2000,28(9):5-7.

[6]田楠,范海燕,馬團校.井下油水分離技術在曹妃甸油田的應用[J].油氣田地面工程,2011,30(12):95-96.

[編輯] 洪云飛

TE931

A

1673-1409(2014)20-0122-03

2014-03-13

崔政(1971-),男,工程師,現(xiàn)主要從事海上特種油氣藏與配套新技術推廣應用方面的研究工作。