羅立新

(中國(guó)石化河南石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院,河南南陽(yáng)473132)

塔河油田超稠油摻輕油降粘可行性研究

羅立新

(中國(guó)石化河南石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院,河南南陽(yáng)473132)

塔河油田超稠油的開(kāi)采與集輸主要采用摻稀油工藝,由于超稠油產(chǎn)量逐漸增加,稀油資源量已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要,而化學(xué)降粘等工藝因不能解決后續(xù)脫水和外輸問(wèn)題而不能大規(guī)模采用。因此,研究了采用本油田輕烴回收裝置生產(chǎn)的輕油作為稀釋劑進(jìn)行超稠油降粘的可行性,并對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性進(jìn)行了分析,結(jié)果認(rèn)為輕油可以代替摻稀油生產(chǎn)工藝。

塔河油田;超稠油;降粘;開(kāi)采工藝;可行性

塔河油田西北部絕大部分產(chǎn)油為超稠油,其粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)稠油分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中超稠油的起點(diǎn)粘度(50 000mPa·s),多數(shù)油井原油密度大于1g/cm3。這種原油的井筒舉升和地面集輸(包括脫水)都存在很大困難,常規(guī)的加熱、摻水、乳化降粘等工藝或者應(yīng)用效果差,或者能耗和運(yùn)行成本高。為了保證正常生產(chǎn),目前塔河油田10區(qū)、12區(qū)等主力超稠油區(qū)塊和其它區(qū)塊的超稠油油井普遍采用摻稀油降粘開(kāi)采和集輸工藝。由于塔河油田自身稀油產(chǎn)量有限,而超稠油產(chǎn)量則逐年上升,稀油量已難以滿(mǎn)足該工藝需要,急需尋找其它的替代方案。本文分析了幾種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)和對(duì)該油田的適應(yīng)性,并研究了采用輕烴回收裝置生產(chǎn)的輕質(zhì)油對(duì)超稠油進(jìn)行稀釋降粘,實(shí)現(xiàn)較低溫度下舉升、集輸和脫水的可行性。

1 塔河油田超稠油基本組分和物性特征

表1是塔河油田西北部幾口代表性油井稠油組分和物性數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)顯示該油田稠油具有以下特點(diǎn):

(1)含蠟量低,膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高。

(2)密度高,多數(shù)油井油樣密度大于1g/cm3。

表1 塔河油田西北部超稠油組分和物性數(shù)據(jù)

(3)粘度大,粘度范圍寬。粘度分布上既有普通稠油,也有90℃粘度達(dá)數(shù)百萬(wàn)mPa·s的特超稠油。但多數(shù)為90℃粘度數(shù)萬(wàn)mPa·s的典型超稠油。

(4)凝固點(diǎn)高。這一點(diǎn)與普通稠油和稀油有很大區(qū)別。由于油樣在凝固點(diǎn)測(cè)定儀工作溫度范圍內(nèi)粘度都很大,難以觀(guān)測(cè)到明確的傾點(diǎn),但實(shí)際上油樣并沒(méi)有真正凝固,這使得凝固點(diǎn)測(cè)定按照現(xiàn)有方法無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行,使得報(bào)告數(shù)據(jù)均為大于50℃。

上述特點(diǎn)使得降粘技術(shù)成為該油田原油開(kāi)采和地面集輸、處理系統(tǒng)的最大難點(diǎn)之一。

2 超稠油集輸技術(shù)現(xiàn)狀分析

我國(guó)的超稠油主要集中在遼河、克拉瑪依和塔河等油田,勝利、河南等油田也有分布。開(kāi)發(fā)較早、規(guī)模較大、粘度較高且工藝較成熟的是遼河油田。國(guó)外目前開(kāi)采的超稠油主要集中在加拿大、委內(nèi)瑞拉、阿曼等國(guó)家。國(guó)內(nèi)外超稠油開(kāi)發(fā)采用的集輸降粘工藝主要有加熱、摻水、摻稀油、化學(xué)降粘等幾種。

2.1 加熱集輸工藝

加熱集輸工藝是通過(guò)提高產(chǎn)出液溫度來(lái)降低其粘度,達(dá)到輸送目的。加熱方式主要有摻蒸氣、摻熱水、雙管伴熱(蒸氣、熱水或?qū)嵊?、電伴熱(伴熱帶或集膚效應(yīng)加熱)以及井口加熱等。加熱集輸工藝技術(shù)成熟,簡(jiǎn)單易行,因而應(yīng)用普遍,在稀油油田和普通稠油、特稠油油田均廣泛采用[1],特別是油田低含水開(kāi)發(fā)期更為適用。其缺點(diǎn)是能耗較高,特別是對(duì)于超稠油,由于輸送所需溫度很高,熱損失更大,因而不宜直接采用。根據(jù)塔河油田超稠油粘溫曲線(xiàn),許多生產(chǎn)井要正常輸送,需要加熱到100℃以上,有些甚至150℃仍難以輸送。另外,直接加熱法和伴熱法都難以延伸到油井井筒,不能解決井筒舉升問(wèn)題。因此,加熱集輸工藝對(duì)塔河油田多數(shù)超稠油油井是不適合的。

2.2 摻水集輸工藝

摻水集輸工藝一般是將脫出的采出水回?fù)降骄?使集輸管線(xiàn)內(nèi)油水混合物的含水率超過(guò)其轉(zhuǎn)相點(diǎn)。此時(shí)管線(xiàn)中出現(xiàn)大量游離水,原油處于漂浮狀態(tài),隨水流動(dòng)(這時(shí)并沒(méi)有形成真正的水包油型乳狀液),因而輸送阻力降低。該方法要求輸送溫度下,油相有一定的流動(dòng)性,因而有時(shí)需要對(duì)摻水進(jìn)行加熱。該工藝在遼河[2]、河南等普通稠油油田應(yīng)用較為成功。但對(duì)于超稠油而言,由于所需加熱溫度過(guò)高,該方法也不適用。

2.3 摻稀油降粘工藝

摻稀油降粘工藝是將一定比例的低粘度、高流動(dòng)性的稀原油摻入稠油中,使混合油粘度達(dá)到輸送要求。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣(適合任何類(lèi)型的稠油),效果可靠且易于實(shí)施。缺點(diǎn)是受到稀油量限制,且需要建設(shè)專(zhuān)門(mén)的摻稀管網(wǎng),投資較高。塔河油田超稠油目前主要采取這種方式。但由于稠油產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度高于稀油的增長(zhǎng),稀油很快將不能滿(mǎn)足摻稀開(kāi)采需要,必須研究選擇其它降粘方案。

2.4 化學(xué)降粘技術(shù)

化學(xué)降粘技術(shù)是通過(guò)加入化學(xué)添加劑,使油或油水混合物的粘度或流動(dòng)阻力降低。它分為兩種。一種稱(chēng)為油溶性降粘劑,它加入到不含水或低含水的稠油中,能夠降低油的粘度。目前這種方法不僅加藥量大,并且降粘幅度有限。對(duì)超稠油,特別是部分特超稠油,即使降粘率達(dá)到90%,離正常輸送要求仍很遠(yuǎn),因而應(yīng)用范圍很小。另一種是乳化降粘,也稱(chēng)為摻活性水降粘。它是通過(guò)乳化分散劑將油相分散于水相中,形成水包油的粗分散體系(不能形成真正乳化液,否則會(huì)造成脫水困難),從而使得表觀(guān)粘度大幅度降低,接近于水的流動(dòng)性,因而在較低溫度下實(shí)現(xiàn)油水混合物的輸送。該方法在遼河、河南、勝利等油田都有成功應(yīng)用[3]。該方法的特點(diǎn)是油水混合物進(jìn)入設(shè)備,流速降低后,油水即迅速分離,油相會(huì)恢復(fù)到其原來(lái)的粘度。因此,它只能解決超稠油從油井到處理站的輸送問(wèn)題,無(wú)法解決脫水和外輸問(wèn)題。這樣,對(duì)塔河油田而言,如果采用乳化降粘工藝的比例過(guò)大,聯(lián)合站混合油將難以脫水和外輸。并且為了保證輸送過(guò)程中的穩(wěn)定分散,在轉(zhuǎn)油站等中間環(huán)節(jié)還要采取特別的工藝措施。因此,在塔河油田全面或大規(guī)模推廣這項(xiàng)工藝也是不可行的。

綜上所述,目前塔河油田的超稠油開(kāi)采還必須以摻稀油工藝為主。只有這種工藝才能有效降低油的真實(shí)粘度,保證超稠油的整個(gè)集輸、處理和外輸過(guò)程的正常運(yùn)行。在稀油資源不足的形勢(shì)下如何尋找替代方法成為亟待解決的問(wèn)題。

3 超稠油摻輕油降粘試驗(yàn)

廈門(mén)大學(xué)柴靜等根據(jù)相似相容原理,研究了甲苯和汽油稀釋對(duì)新疆超稠油的降粘效果[4]。雖然降粘效果好,但由于甲苯和汽油價(jià)格高,不適合用于油田的產(chǎn)出液集輸。本研究采用油田原油穩(wěn)定和輕烴回收裝置回收的輕質(zhì)油為稀釋劑對(duì)超稠油進(jìn)行降粘,并與摻稀油降粘進(jìn)行對(duì)比,認(rèn)為在稀油資源不足時(shí),摻輕油降粘是一種可選的方案。

3.1 試驗(yàn)樣品來(lái)源和性質(zhì)

本試驗(yàn)所用輕油來(lái)自河南油田江河聯(lián)合站輕烴回收裝置,其組分構(gòu)成見(jiàn)表2。其它理化性能數(shù)據(jù):10%餾出溫度62℃;90%餾出溫度133℃;干點(diǎn)163 ℃;密度0.682g/cm3。

表2 輕油組分

對(duì)比試驗(yàn)所用稀油為塔河油田摻稀生產(chǎn)所用稀油,50 ℃時(shí)粘度28.8mPa·s。

超稠油油樣為直接取自塔河油田的單井純稠油油樣(試油時(shí)取樣,未加藥或摻稀油)。

3.2 試驗(yàn)方法

由于試驗(yàn)所用輕油輕組分含量較高,如果將超稠油油樣加熱融化后摻入輕油,輕油會(huì)大量揮發(fā),導(dǎo)致試驗(yàn)誤差。本試驗(yàn)采取的方法是將室溫下的超稠油油樣切成片狀,慢慢加入輕油里進(jìn)行攪拌、溶化。溶化均勻后用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合樣的粘度,必要時(shí)測(cè)試粘溫曲線(xiàn)。

為保證可對(duì)比性,摻稀油也采用同樣的方法進(jìn)行。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

TK1229和TK1242是塔河油田西北部?jī)煽谟写硇缘挠途?表3至表6是對(duì)這兩口井的降粘試驗(yàn)結(jié)果。數(shù)據(jù)表明,摻輕油對(duì)塔河油田的代表性超稠油油樣有很好的降粘效果,且遠(yuǎn)優(yōu)于摻稀油的效果。以 TK1242井油樣為例,若以粘度2 000mPa·s做為正常管輸必要的粘度參考值(經(jīng)驗(yàn)值),1t輕油能在50℃溫度下輸送2.5t以上的稠油,而1噸稀油要輸送同樣量的稠油,需將輸送溫度提高到80℃。

試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),輕油對(duì)不同油井的油樣降粘率有較大差別,這可能與油樣中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的分子量分布等性質(zhì)有關(guān),它們影響了這些成分在輕油中的溶解度。比如 TK1059井油樣,采用輕油稀釋時(shí),粘度測(cè)定結(jié)果很不穩(wěn)定,變化范圍很寬,觀(guān)察發(fā)現(xiàn)混合油中有大小不一的塊狀、粒狀物,說(shuō)明溶解不均勻。該井油樣常溫下基本為固體,外觀(guān)枯樹(shù)根狀,屬特超稠油,類(lèi)似的還有AD15井等。但這類(lèi)井在塔河油田西北部也是少數(shù)。

表3 TK1229井原油摻輕油降粘試驗(yàn)數(shù)據(jù) mPa·s

表4 TK1229井原油摻輕油粘溫測(cè)試數(shù)據(jù) mPa·s

表5 TK1242井原油摻輕油降粘試驗(yàn)數(shù)據(jù) mPa·s

表6 TK1242井原油摻稀油降粘試驗(yàn)數(shù)據(jù) mPa·s

總之,摻輕油對(duì)超稠油有較為理想的降粘效果,但單井的具體摻入比例需通過(guò)試驗(yàn)確定,以用最少的輕油量輸送最多的稠油。

4 摻輕油降粘的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性分析

一種降粘技術(shù)除了必須技術(shù)上有足夠的降粘效果外,還必須經(jīng)濟(jì)上可行,且應(yīng)盡量滿(mǎn)足運(yùn)行管理方便、環(huán)境友好、符合節(jié)能減排政策等要求。按照這些要求進(jìn)行分析,我們認(rèn)為摻輕油降粘有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)降粘效果好,優(yōu)于摻稀油降粘,基本能夠滿(mǎn)足塔河油田各類(lèi)稠油降粘開(kāi)采、集輸及后續(xù)處理的需要。

(2)用量省,約為稀油需用量的三分之一。

(3)價(jià)格較低。輕油一般為原油穩(wěn)定和輕烴回收裝置的副產(chǎn)品,價(jià)格比汽油、柴油等標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品低得多。

(4)輕油可以回收循環(huán)利用,不存在資源量的限制。摻輕油降粘的混合油到達(dá)末端后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單蒸餾即可回收,循環(huán)使用中消耗的實(shí)際上只是蒸餾分離的價(jià)值。由于輕油沸點(diǎn)低,分離能耗較小。在分離時(shí),原油中原有的輕烴組分也一起分離出來(lái),輕油量還會(huì)增加,補(bǔ)充集輸過(guò)程中的損耗。

(5)運(yùn)行成本低。輕油本身粘度極低,所以泵送能耗很低,且不會(huì)因低溫而影響自身的輸送。配送管網(wǎng)基本不需采取保溫、加熱等措施,因而其輸送成本將顯著低于摻稀油方式。

(6)和化學(xué)乳化降粘相比,摻輕油降粘不僅是解決井筒舉升和區(qū)域集輸問(wèn)題,并且徹底解決后續(xù)脫水處理以及外輸問(wèn)題,取得一舉多得的效果。

該方法的局限性主要是當(dāng)末端處理廠(chǎng)(一般為煉油廠(chǎng))距油田較遠(yuǎn)時(shí),輕油的運(yùn)輸成本會(huì)升高。這時(shí)需要對(duì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性進(jìn)行系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)。但對(duì)于塔河油田而言,由于距煉油廠(chǎng)較近,完全可以采取管輸方式。

5 結(jié)論

通過(guò)降粘試驗(yàn)以及綜合分析,我們認(rèn)為對(duì)塔河油田來(lái)講,摻輕油方式開(kāi)發(fā)超稠油資源是在稀油資源不足的情況下的一種可行的降粘方式。

[1]吳德興.超稠油集輸?shù)陌闊峒夹g(shù)與優(yōu)化[J].油氣田地面工程,2000,19(2):19-20

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[4]柴靜,彭雅娟,洪金慶,等.采用摻稀降粘法探索新疆超稠油的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2009,28(1):41-44

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編輯:李金華

TE345

A

1673-8217(2010)01-0107-03

2009-09-02

羅立新,高級(jí)工程師,1963年生,1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事油田地面工程研究設(shè)計(jì)工作。