CCUS-EOR 高效井口集油技術研究

于海波 王林

大慶油田設計院有限公司

隨著全球氣候變暖，大力推進CO2減排成為全人類共同的任務，我國的“雙碳”戰略目標相應而來，重點工業領域的節能降碳和綠色轉型成為實現碳達峰目標的重要措施之一，深挖節能降碳技術潛力，加快節能降碳步伐，推進CCUS（碳捕集、利用與封存）發展勢在必行。目前CCUS 被列入國家整體發展規劃，大慶油田積極開展CCUS-EOR（CO2捕集埋存與提高采收率）技術，為實現碳達峰、碳中和目標助力。

1 意義及目的

在油田CCUS-EOR 開發進程中，采出油井會出現油井見氣量大、CO2含量高的情況，通常體積分數在80%以上、最高可達98%以上，采出流體氣液比最高達1 000 m3/t 以上，且間歇出現氣段塞情況。國內各油田使用的井場集油設備，其內部結構簡單，對CO2驅高氣液比、高含CO2采油井和間歇產出大量伴生氣的低氣液比油井適應能力較差，造成采出流體無法進入集油系統、設備安全閥頻繁開啟、伴生氣攜帶一定量原油外泄的情況，影響開發進程和油氣生產。

CCUS-EOR 高效井口集油技術針對油田CCUSEOR 開發過程中的常見問題開展高效井口集油技術研究，創新出角型氣液預分離部件，增加氣液相沉降分離時間，提高氣液相分離效率；研制出新型高效氣液分離部件，可以大幅降低采出液間歇產出量，解決氣油比高對分離效果產生的影響，提高油氣分離效率和設備運行平穩度；創新出氣相折流組件，增長了氣相路徑，增加了氣相降液時間，降低了氣相攜液量；并增加了壓力平衡技術及液相消泡技術，形成了一套適用于CCUS-EOR 的高效井口集油技術。

2 結構及原理

CCUS-EOR 高效井口集油裝置結構見圖1，當油氣兩相混合介質經由介質進口進入CCUS-EOR高效井口集油裝置時，首先進入角型氣液預分離部件進行氣液相第1 次整流預分離，預分離后的氣相經由角型氣液預分離部件的上部進入容器的氣相空間，預分離后的液相經由角型氣液預分離部件的下部進入容器的下部進行氣液整流、分離；分離后的氣相和液相均需經過高效氣液分離部件Ⅰ和高效氣液分離部件Ⅱ進行氣液第2 次整流、再分離；分離后的氣相經過氣相折流組件進行第3 次氣相整流除液，氣相經氣相除液器進行第4 次整流除液，此時的氣相已經趨于平穩，且低含液，經出氣口排出；預分離后的液相經過高效氣液分離部件Ⅰ和高效氣液分離部件Ⅱ進行第2 次液相整流、再分離，析出的氣體在緩沖段緩沖后，低含氣液相經由傘形收液罩和出液管排出設備。

3 關鍵技術

3.1 角型氣液預分離部件

角型氣液預分離部件（圖2）必須結合現場實際情況，充分考慮氣、液相的流動特性及其經濟流速，依據實際產液量的氣液比，對氣液相空間進行換算，并依據計算結果進行部件個性化設計。該部件在入口處增設擋板，為氣、液相流通構建合理布局，氣液相可在此預分離并分別整流，增加氣液相介質流動路程，延長氣、液相沉降分離時間，減少氣相攜液量和液相攜氣量，提高氣液分離效率，且不需要增大裝置容積。

圖2 角型氣液預分離部件Fig.2 Angle type gas-liquid pre-separation unit

3.2 高效氣液分離部件

在集油罐內部擋板與集氣腔間沿徑向截面布置二級分離部件[1-2]，既可以大幅削弱間歇性高氣油比對氣液分離效果帶來的影響，又有助于氣液分離、提高分離效率。應用該分離部件還可避免CO2驅采出介質易凝堵常規波紋板型氣液分離構件的問題發生。

（1）高效氣液分離部件由二級高效氣液分離孔板組成，孔板通過小幅度干擾氣液相的流動路徑，增加氣相中液滴的碰撞聚并和液相中氣泡的融合聚并，從而提高氣液分離效率。

（2）將氣液相的攜液量、含氣量進行精細劃分，確定Ⅰ、Ⅱ級孔板的間距，當Ⅰ級孔板孔徑大于Ⅱ級孔板孔徑時分級分離，可大幅提高氣液相分離效果。

（3）Ⅰ、Ⅱ級孔板均為圓缺形式，底部設有采出液攜帶泥沙的沉積及清理的空間。

（4）依據實際產液量的氣液比，計算氣液相的空間，結合氣、液相經濟流速計算Ⅰ級/Ⅱ級孔板氣、液相部分布孔的最小流通面積，以及篩孔內徑的大小、數量、間距（圖3）。

（5）Ⅰ、Ⅱ級孔板上開設盡量多的篩孔，在不增大集油罐內徑的情況下，有助于提高氣、液相分離效果。

（6）根據氣液相物性不同，位于液面以下的篩孔直徑、位于液面以上氣相空間的篩孔直徑需單獨進行配比計算，既便于氣、液相介質流動，又有利于進一步減少氣相攜液量、減少液相攜氣量，提高氣液分離效果。

3.3 氣相折流組件

氣相折流組件設在分氣包進口處，由二級折流板構成，折流板[3-4]呈弓形，Ⅰ級折流板尺寸遠大于Ⅱ級折流板并半包裹住Ⅱ級折流板，該組件提供折流通道的同時，保證足夠的繞流路程，延長氣相流通時間[5-6]，增加氣相中液滴的碰撞聚并，從而提高了氣液分離效率，增加分離后的氣相介質質量。

Ⅰ級折流板設置了折流孔，增加氣相中液滴的碰撞聚并，減少氣相攜液量；Ⅰ、Ⅱ級折流板沿著液相回流方向與水平呈一定角度，以保證液相在重力分離原理下順利回流至罐內（圖4）。

圖4 氣相折流組件詳圖Fig.4 Detail drawing of gas phase baffling component

3.4 壓力平衡技術

CO2驅油開發的油井采出介質具有低溫性，在停油井時原油可能凝堵孔板組上的孔，再啟動油井時孔板組兩側可能出現壓力差大，導致壓力容器失效，甚至帶來集油罐爆炸等安全問題。為了避免此類問題發生，集油罐上部設置壓力平衡管，平衡管兩端分別連接于孔板組兩側氣相空間，以平衡孔板組兩側腔體壓力；同時，孔板組兩側的容器頂部各設置1 個壓力表，當孔板組兩側出現壓力不平衡時可報警，以防壓力容器失效，避免安全事故發生。

3.5 傘形收液罩消泡技術

收液口位于分氣包側方容器底部，收液口的外沿設置傘形收液罩，其直徑為出液管內徑的6 倍左右，液相中的氣泡折流消泡，可提高分離后的液相介質質量，防止液相攜氣泡過多、泥沙隨液相流出集油罐，對后續采出液處理工藝和設備帶來影響。

4 適用范圍及推廣應用

CCUS-EOR 高效井口集油技術適用于具有氣油比高、間歇產氣量大、波動范圍大等特點的采出溫度低、低滲透、特低滲透、水敏等難采油田。該CCUS-EOR 高效井口集油技術集角型氣液預分離部件、高效氣液分離部件、氣相折流組件、壓力平衡技術、傘形收液罩消泡技術于一體，在體積不變同等空間下，氣、液相參與4 次油氣分離、整流，實現設備高效平穩運行。

目前，CO2驅工業化試驗區應用了CCUS-EOR高效井口集油技術2 套（表1），榆樹林油田樹101區塊和宋芳屯油田芳48 斷塊于2014 年10 月陸續投產平穩運行至今，較常規集油罐減少油氣資源損失10%以上。

表1 高效井口集油技術試驗井生產數據Tab.1 Production data of test wells using high efficiency wellhead oil gathering technology

5 結束語

CCUS-EOR 高效井口集油技術集氣液分離、液相儲存、原油加熱、自壓排油等多項功能于一體，可減緩間歇大量CO2油井伴生氣對氣液分離設備處理能力的沖擊，保證分離效果、避免油氣資源損失（常規集油罐應用到CO2驅原油損失率10%以上）、提高設備安全性、避免污染環境，為CO2驅油的開發和工藝流程提供技術支撐，為CO2有效埋存、節能降碳、實現雙碳目標助力。