李忠芳 胡成勇 馬 全 張小偉

中國石油集團工程設(shè)計有限公司北京分公司 北京市

一、概述

隨著能源需求的不斷增長，低滲透小斷塊油田、偏遠油井的開發(fā)越來越受到重視。由于小斷塊、偏遠油田遠離原油管輸系統(tǒng)，大多采用罐車拉油的方式。進入開采后期，原油含水越來越高，如果不進行現(xiàn)場處理，則拉油就變成拉水，運行成本大大增加。另外在油田開發(fā)晚期，含水不斷增加，采出液乳化強度不斷加大，海洋平臺設(shè)備處理負荷越來越大，有限的空間對處理工藝及設(shè)備提出了更高的要求。雖然現(xiàn)有的重力式三相分離器技術(shù)比較完善，但其主要是針對油田初中期采出液。如用于處理深度乳化、高含水三次采油聚驅(qū)采出液，油水分離達不到指標。

針對上述情況，將“熱化學沉降技術(shù)”和“電脫水技術(shù)”有機結(jié)合起來，開展熱電復合高效油水處理工藝設(shè)備研究，通過研制和現(xiàn)場應用試驗形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的熱電復合高效油水處理設(shè)備[1]，并形成陸地油田和海上平臺油水處理橇裝化成套設(shè)備（圖1）。

圖1 工作原理流程圖

熱電復合原油處理器由火筒、煙囪及附件、殼體、全自動燃燒器、防爆門、高效換熱元件、氣體預分離器、捕霧器、高效聚結(jié)器、全阻抗防爆變流電源、高壓電引入棒、組合式電脫水電極板、現(xiàn)場防爆操作盤、水沖洗設(shè)施、浮子液位調(diào)節(jié)器、油水界面調(diào)節(jié)器、水洗室、人孔、液位計、在線加水裝置、排砂系統(tǒng)、測量儀表、安全附件等組成（圖 2、3）。

圖2 功能區(qū)塊單線圖

圖3 熱電復合原油處理器剖視圖

二、應用研究

通過對國內(nèi)外聚驅(qū)采出液處理技術(shù)和應用現(xiàn)狀分析，結(jié)合新疆聚驅(qū)采出液物性情況，深度挖掘超重力場、重力場、熱化學沉降分離技術(shù)及電脫水技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計研制了一套新型高度復合的處理工藝及設(shè)備（圖4），主要參數(shù)見表1。進行了現(xiàn)場應用研究[2]，具體研究內(nèi)容：熱電復合原油處理器的油水分離性能；超重力分離裝置使用效果分析；化學藥劑加注量對原油脫水效果的影響；處理溫度對處理效果的影響分析；電脫電壓對處理效果影響分析。

圖4 現(xiàn)場設(shè)備圖

表1 熱電復合原油處理橇主要參數(shù)

三、試驗過程及研究結(jié)論

1.試驗過程

熱電復合原油處理橇在新疆油田七東1區(qū)聚合物驅(qū)工業(yè)試驗開發(fā)油藏工程試驗，為檢驗預定的設(shè)計參數(shù)和目標，對現(xiàn)場的熱電復合原油處理器進行多種指標的測試，以確定裝置設(shè)計功能是否滿足要求，并根據(jù)現(xiàn)場試驗的結(jié)果對橇裝設(shè)備進行優(yōu)化。

現(xiàn)場在設(shè)備上設(shè)置了16個溫測點，判斷原油的升溫情況；燃料氣流量測點1個，可實時監(jiān)控其流量，判斷電機功率；取樣點20個，用于檢測油水界面以及檢測油中含水指標和水中含油指標，間隔取樣進行分析。試驗方案采用穩(wěn)定流量和加熱溫度狀態(tài)下控制化學藥劑加入量和電脫區(qū)加電壓，分別對超重力分離、熱化學沉降和電脫水功能模塊處理性能進行測試，然后再進行功能復合測試，分析處理撬多功能的綜合性能。通過20天的連續(xù)測試，部分數(shù)據(jù)見表2。

表2 熱電復合橇試驗數(shù)據(jù)記錄

從5月14日到17日，設(shè)備在保持入口采出液體流量320～750m3/d，原油含水80%～95%，僅使用低倍數(shù)超重力發(fā)生器來進行油水分離（專利號：ZL 200720190259.2，低倍數(shù)超重力場的場強調(diào)節(jié)是通過是靠調(diào)節(jié)氣相管線上的壓力調(diào)節(jié)閥進行控制，即是改變進出口的壓差來控制超重力場的強度來實現(xiàn)油水分離，避免油水乳化加強），試驗數(shù)據(jù)分析表明超分離裝置實現(xiàn)了出口原油含水量從80%以上降低到5%，但出口水中含油量遠遠大于標準值。

從5月18日到22日，電脫區(qū)域加電壓至1.9MV，記錄數(shù)據(jù)顯示出口原油含水降低至3%，但出口水中含油量指標未發(fā)生明顯變化，這表明電脫只針對油層發(fā)生作用，設(shè)備區(qū)域功能穩(wěn)定。

從5月24至6月3日，在熱化學沉降區(qū)域加入破乳劑，加注量為50×10-6，電脫區(qū)域電壓保持穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)上看出原油出口含水量降低至2%以下，水中含油量降低到1000mg/L以下，長期保持在500mg/L，試驗表明破乳劑效果明顯，在熱化學區(qū)域破乳效果好，使得后端電脫區(qū)域脫水效果增強。

2.試驗結(jié)論

（1）低倍數(shù)超重力發(fā)生器的油水分離功能發(fā)揮較大的作用，含水率從80%左右的進口原油經(jīng)過低倍數(shù)超重力發(fā)生器后含水率可降低為55%左右，其含水率的大小與低倍數(shù)超重力發(fā)生器的超重力場的場強大小有關(guān)，其超重力場的壓差控制到15kPa最為適宜，其分離效果最佳，低于這個值，其超重力的強度偏低，分離后的含水率偏高，如果超過15kPa值，其超重力的強度偏高，水中含油指標較好，但是含水率偏高，而控制其壓差為15kPa最為適宜，分離效果最佳。

（2）油井采出液的加熱溫度，對聚驅(qū)采出液破乳和沉降分離效果有很大的影響，一般情況下，加熱溫度越高，其油水分離的效果越好；而現(xiàn)場采出液的水中含油量及油中含水量并沒有隨采出液的加熱溫度升高而降低，溫度的變化對聚驅(qū)采出液的水中含水指標及油中含水指標都影響不大，這與往常的經(jīng)驗完全不同，是什么原因?qū)崿F(xiàn)了低溫破乳脫水，有待進一步的觀察。

（3）試驗數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著電脫電壓的升高，油水分離效果比較明顯，當電脫電壓超過2.4MV的時候，出口采集樣本分析發(fā)現(xiàn)油中含水指標和水中含油指標高于規(guī)定值，且處理效果不再明顯提高，故電脫電壓最佳值為2.4MV。

（4）加藥對采出液的處理效果還是有較大影響，在未加藥的時，油水指標都不合格，在加藥和增加電脫功能時，油水指標全部合格；同時一級加藥還有可調(diào)余量，如果再進行二級加藥，電脫的處理能力可以進一步提高，整個處理工藝及設(shè)備具有較大的操作彈性。

（5）熱電復合原油處理設(shè)備綜合性能良好，成功將油井采出液進行了高效處理，處理后原油含水指標≤0.5%～5%,出口污水含油≤2000mg/L，滿足試驗和工業(yè)生產(chǎn)要求。

四、試驗研究評價

該試驗裝置的成功投產(chǎn)，真正意義上將“熱化學沉降技術(shù)”和“電脫水技術(shù)”有機結(jié)合起來，形成一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型熱電復合高效油水處理工藝和撬裝化裝置，解決了高含水油田聚驅(qū)采出液脫水難、運行成本高的這個技術(shù)難題，讓現(xiàn)有的密閉流程適應現(xiàn)階段油田開發(fā)的要求。該新型熱電復合高效油水處理撬裝設(shè)備填補了聚驅(qū)采出液一站式脫水設(shè)備的空白，不僅適用于深度乳化、高含水的聚驅(qū)采出液，同樣適用于油品性質(zhì)較好、含水率較低的采出液的脫水，以及低滲透、小斷塊油田的開發(fā)，及海洋石油的開發(fā)，該技術(shù)的使用，將縮小液體停留時間，減小設(shè)備體積和占地面積。

在對國內(nèi)外聚驅(qū)采用液處理設(shè)備的相關(guān)資料進行了大量的調(diào)研后，新型熱電復合高效油水處理設(shè)備在處理高含水、深乳化的聚驅(qū)采出液性能良好，處理后的油氣水指標達到生產(chǎn)要求，標志著原油脫水分離性能達到國際先進水平。橇裝化成套設(shè)備可使聚驅(qū)油田開采能耗降低5%，運行成本降低10%。按照年生產(chǎn)能力為100萬噸油田，年節(jié)約成本約4400萬元[3]。

該技術(shù)的推廣和應用，將提高我國高難度采收油井的油氣集輸技術(shù)水平，提高老區(qū)塊油田綜合經(jīng)濟效益。

五、技術(shù)展望

在現(xiàn)場試驗研究過程中，除了成功驗證本套裝置綜合性能外，還取得3個重要認識，由這3個新認識引出3個研究方向：一是油、水、泥分離技術(shù)的研究，二是利用溫度梯度增大操作彈性的研究，三是注聚采出液低溫脫水技術(shù)的研究。這些技術(shù)研究突破將使目前的油氣集輸處理技術(shù)水平和認知獲得跨越式的提高，增加設(shè)備長期運行的可靠性，降低能耗水平提高效益。廣大油氣處理設(shè)備的研究人員開展這3個方向的研究工作，共同提高國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平。

1 王予新.專利名稱：熱電復合原油處理器；專利號：200810222513.1

2 宋鵬，舍莉.國內(nèi)首座熱電復合原油處理器投用新疆油田.中國石油報.2008.06

3 王予新.高含水油田地面工程調(diào)整改造新技術(shù)研究.中國石油天然氣集團公司科技項目技術(shù)研究報告.2009.09