李 墨

中石油遼河油田，遼寧盤錦 124010

0 引言

遼河油田曙光采油廠的超稠油蒸汽吞吐開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入遞減階段，中石油遼河油田公司在曙一區(qū)杜84 塊館陶油層超稠油開發(fā)中，開展蒸汽輔助重力泄油開發(fā)，并工業(yè)化應(yīng)用。隨著該技術(shù)開發(fā)的不斷擴(kuò)大，確定了其工業(yè)化應(yīng)用的思路為高溫計(jì)量接轉(zhuǎn)工藝的方式，其中高溫計(jì)量、高溫緩沖控制、高溫輸送是需要解決的關(guān)鍵問題。因目前國內(nèi)尚無成功可借鑒經(jīng)驗(yàn)，因此組織開展油井高溫計(jì)量接轉(zhuǎn)站的試驗(yàn)，為蒸汽輔助重力泄油工業(yè)化實(shí)施奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 高溫計(jì)量接轉(zhuǎn)站技術(shù)思路

在設(shè)計(jì)過程中必須符合最高溫度180℃的工況要求，并著重考慮防止高溫水氣化的問題。油井井口高溫產(chǎn)出液經(jīng)過取樣、計(jì)量后，進(jìn)入油氣緩沖罐（油氣緩沖罐壓力要根據(jù)罐內(nèi)溫度進(jìn)行控制一般控制在1.2MPa 左右），在保證高溫飽和水不氣化的前提下進(jìn)行油氣分離與緩沖，氣體進(jìn)入天然氣回收系統(tǒng)，高溫液體經(jīng)過高溫離心泵輸送到集輸管線。

2 關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

2.1 高溫油氣分離緩沖罐

在采用離心式輸油泵時(shí)，由于油井的產(chǎn)出液含有伴生氣為氣液兩相流，應(yīng)充分考慮對(duì)泵的葉輪產(chǎn)生氣蝕和氣蝕余量問題，防止泵效的降低和影響泵的使用壽命。同時(shí)，因產(chǎn)出液溫度較高考慮到輸油泵的，必須將入泵壓力控制在1.0Mpa 以上以防止180℃的飽和水在泵內(nèi)氣化產(chǎn)生氣鎖現(xiàn)象。高溫產(chǎn)出液經(jīng)進(jìn)口管線首先進(jìn)入進(jìn)口分流器，脫出大量原油伴生氣，與殘余氣體一起進(jìn)入集氣包，壓力控制后進(jìn)入天然氣外輸系統(tǒng)。液相經(jīng)梳流板流入分離艙，并繼續(xù)有伴生氣分離上浮，并形成氣液界面，原油和水在重力分離作用下向下運(yùn)動(dòng)，并在分離艙底部由排水口排出。

2.2 耐高溫液位檢測系統(tǒng)

蒸汽輔助重力泄油的生產(chǎn)特點(diǎn)是產(chǎn)出液溫度高、油品粘度高、乳化嚴(yán)重且緩沖罐內(nèi)壓力高。高溫產(chǎn)出液進(jìn)入罐內(nèi)經(jīng)過入口分離器緩沖后，伴生氣上浮，油水混合物下沉，實(shí)際罐內(nèi)為油水混合液、油汽過渡帶、氣三部分組成，常規(guī)的液位計(jì)無法正常工作。為保證安全生產(chǎn)設(shè)置兩套液位檢測裝置。一是研發(fā)了沉筒液面檢測系統(tǒng)，用來檢測罐內(nèi)油水混合液實(shí)際液位值；選用了雷達(dá)液位檢測系統(tǒng)，用來測量罐內(nèi)油沫子（過渡帶）實(shí)際高度。沉筒式液位計(jì)在結(jié)構(gòu)上由沉筒、傳感器、變送器組成。其測量的為罐內(nèi)實(shí)際的油水混合液的高度，從結(jié)構(gòu)上看沉筒液位計(jì)的各個(gè)組成部分均耐溫、耐壓、防爆符合罐內(nèi)工況要求。二是雷達(dá)液位計(jì)，安裝在緩沖罐頂部，該雷達(dá)液位計(jì)無可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長，從測量原理上看雷達(dá)液位計(jì)為非接觸式測量，可適應(yīng)罐內(nèi)的高溫、高壓環(huán)境，并且從測量原理上分析雷達(dá)液位計(jì)發(fā)出的電磁波碰到雜質(zhì)或界面就會(huì)有顯著的反射，因此在罐內(nèi)當(dāng)電磁波碰到油沫子便立即返回，可以準(zhǔn)確的檢測罐內(nèi)油沫子的實(shí)際高度。

2.3 緩沖罐定壓裝置

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算，緩沖罐排出的伴生氣排量4500 m3/d～5000m3/d，壓力在0.85MPa～1.2MPa，溫度在140℃～180℃，排出氣體瞬時(shí)流量差距較大。為適應(yīng)此工況研發(fā)V 型電動(dòng)球閥，可實(shí)現(xiàn)百分比的流量調(diào)節(jié)，耐溫180℃，耐壓1.5MPa，排氣量控制范圍為50m3/h～200m3/h，完全滿足生產(chǎn)需要，并且通過監(jiān)測緩沖罐內(nèi)溫度自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)控制的壓力，通過PLC 控制執(zhí)行器實(shí)時(shí)改變球閥開度平穩(wěn)調(diào)節(jié)排氣量，避免生產(chǎn)參數(shù)波動(dòng)。

2.4 高溫離心輸油泵

蒸汽輔助重力泄油高溫產(chǎn)出液原油粘度在33.2mPa·S～93.2mPa·S（140℃時(shí)），含水60%～85%，高溫產(chǎn)出液經(jīng)過離心泵輸送易發(fā)生氣鎖現(xiàn)象，常規(guī)離心泵無法正常工作。因此高溫輸油離心泵設(shè)計(jì)上選用耐高溫旋轉(zhuǎn)波紋管機(jī)械密封，耐溫可達(dá)250℃，并采用耐高溫的潤滑系統(tǒng)，泵體無需冷卻。泵的重要部件均采用特殊的耐高溫材料制成，各項(xiàng)特性參數(shù)均符合高溫輸油的特殊工況要求。

2.5 雙閉環(huán)全自動(dòng)控制系統(tǒng)

為了便于操作和控制設(shè)計(jì)了全自動(dòng)控制系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)兩大功能，一是實(shí)現(xiàn)通過測定的產(chǎn)出液溫度根據(jù)飽和水對(duì)應(yīng)壓力自動(dòng)計(jì)算并控制對(duì)應(yīng)的壓力，二是緩沖罐液位與高溫外輸泵聯(lián)鎖控制，穩(wěn)定液面位置平穩(wěn)外輸。研發(fā)了雙閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)（PID），因?yàn)楣迌?nèi)的壓力不僅與泵的排量有關(guān)，而且與排氣量有關(guān)。系統(tǒng)首先根據(jù)水的溫度計(jì)算飽和蒸汽壓作為設(shè)定壓力控制點(diǎn)，根據(jù)液位高度調(diào)節(jié)泵的排量泵（通過變頻控制），再用當(dāng)前排量與當(dāng)前壓力變化值進(jìn)行比較，通過PLC 計(jì)算得出給出輸出達(dá)到控制閥門的開度，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的目的。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

高溫輸油泵共進(jìn)行了200 天的連續(xù)試驗(yàn)，在進(jìn)行連續(xù)輸油過程中，泵排量保持在10～30t/h 之間；整個(gè)連續(xù)輸油過程中未見異常問題。耐高溫液面檢測系統(tǒng)運(yùn)行正常，能真實(shí)的反映出進(jìn)出液量的變化，在液位變化與進(jìn)出液量的平均誤差為±3.8% 。雙閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定未見異常，當(dāng)產(chǎn)出液長期穩(wěn)定在160℃時(shí)，當(dāng)產(chǎn)出液量發(fā)生變化時(shí)，壓力自動(dòng)控制為1.1MPa，液位穩(wěn)定為2.1m，完全可以滿足將緩沖罐壓力控制的需要。

4 結(jié)論

1）油田高溫計(jì)量接轉(zhuǎn)站現(xiàn)場應(yīng)用取得成功，所確定的各項(xiàng)工藝模式及參數(shù)、關(guān)鍵設(shè)備能夠滿足蒸汽輔助重力泄油工業(yè)化生產(chǎn)的要求；

2）耐高溫液位檢測系統(tǒng)采用的沉筒與雷達(dá)液位檢測裝置相結(jié)合，可以進(jìn)行液位連續(xù)檢測，有效解決緩沖罐內(nèi)過渡帶難以檢測的問題，實(shí)現(xiàn)緩沖罐內(nèi)液面的自動(dòng)控制；

3）耐高溫離心輸油泵泵效可以達(dá)到50%以上，密封件采用的耐高溫密封件完全滿足生產(chǎn)要求；

4）雙閉環(huán)緩沖罐全自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)緩沖罐內(nèi)液位和緩沖罐內(nèi)的壓力自動(dòng)控制，防止產(chǎn)出液汽化及進(jìn)泵前閃蒸現(xiàn)象的發(fā)生，保證輸油正常。

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