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(中海油研究總院，北京 100027)

0 引 言

隨著國內(nèi)對石油的需求越來越旺盛，對稠油儲量的動用已成為迫切需要，就我國海上油田而言，已探明的稠油儲量相當可觀，在我國海上油田中稠油油田占到了已發(fā)現(xiàn)儲量的70%[1]。若能實現(xiàn)稠油的高效開發(fā)，對我國石油產(chǎn)量的提高意義重大。目前，新疆、遼河、勝利等陸上油田已成功進行了陸上稠油油田的開發(fā)，掌握了陸上油田稠油熱采及處理工藝的關鍵技術[2]。中海油也在海上就多元熱流體熱采模式開展了先導試驗，具有了大規(guī)模工業(yè)化應用的雛形[3]。

本文依托渤海某稠油油田熱采的開發(fā)，展開對多元熱流體熱采模式的規(guī)?；療岵善脚_總體布置優(yōu)化的研究與分析，總結多元熱流體規(guī)?；療岵善脚_總體布置的優(yōu)化措施，從而為多元熱流體熱采的大規(guī)模海上應用提供參考。

1 多元熱流體規(guī)?；碛蜔岵善脚_簡介

1.1 多元熱流體熱采原理

多元熱流體熱采工藝[4]運用液體火箭發(fā)動機的燃燒噴射理論，通過一定比例的燃料與空氣在燃燒室內(nèi)爆燃產(chǎn)生高溫混合氣，與加熱產(chǎn)生的高溫水蒸氣形成多元熱流體同時注入地層。該技術利用氣體(N2、CO2)與蒸汽的協(xié)同效應，通過加熱和氣體溶解降黏、氣體增能保壓、擴大加熱范圍、氣體輔助原油重力驅等機理來開采原油，并可以選擇性地添加高溫起泡劑等輔助藥劑，調整熱注入剖面，增強熱采效果，提高稠油采收率。多元熱流體熱采原理如圖1所示。

圖1 多元熱流體熱采原理圖

1.2 多元熱流體熱采設備

多元熱流體熱采設備主要包括多元熱流體發(fā)生器、水處理系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)、廢液處理系統(tǒng)等。水處理系統(tǒng)又包括多元熱流體注熱系統(tǒng)、廢液處理系統(tǒng)、注氮系統(tǒng)等。水處理系統(tǒng)為多元熱流體的產(chǎn)生提供清潔水源，燃料供給系統(tǒng)為多元熱流體的產(chǎn)生提供燃料，壓縮空氣系統(tǒng)為多元熱流體的產(chǎn)生提供高壓空氣，多元熱流體發(fā)生器將產(chǎn)生的多元熱流體注入到井下，廢液處理系統(tǒng)負責接收多元熱流體注熱系統(tǒng)產(chǎn)生的廢液。

1.3 多元熱流體稠油熱采平臺總體布置原則

多元熱流體稠油熱采平臺的總體布置須滿足如下原則[2,5]：(1)熱采設備應盡量布置在靠近井口區(qū)的位置，從而減少熱介質通過高溫高壓注熱管線的能耗損失。(2)熱采設備布置應為操作管理提供方便，為主要操作區(qū)域、巡檢和逃生路線提供暢通的通道。(3)盡量選用高效緊湊的熱采設備。(4)部分安全熱采設備放在安全區(qū)，可以不做四級防爆。

2 稠油熱采平臺的總體布置的優(yōu)化

2.1 納入前期規(guī)劃研究

渤海某N油田的WHPB平臺為多元熱流體稠油熱采試點平臺，經(jīng)過現(xiàn)場調研，該平臺空間有限，而熱采設備數(shù)量多、占地面積大。熱采設備除熱采脫氣包、熱采放噴氣罐、多元熱流體發(fā)生器布置在平臺上，其他大部分熱采設備都布置在鉆井支持船上，如圖2和圖3所示。熱采設備自成體系，未與原平臺設備共用，長期租用鉆井支持船的費用較高，熱采成本大大增加。

圖2 渤海某油田依托鉆井支持船進行多元熱流體熱采先導試驗

圖3 布置在熱采支持船上的多元熱流體設備

為了解決上述問題，將稠油熱采布置納入前期規(guī)劃研究具有相當?shù)谋匾?。為此，在渤海某Q油田的前期研究階段，將多元熱流體熱采布置考慮進去。布置時充分考慮安全與維修的要求，對熱采設備進行規(guī)模化、集成化布置，得到熱采平臺的總體布置，如圖4所示。熱采天然氣系統(tǒng)(包括天然氣干燥系統(tǒng)和天然氣壓縮機等)和熱采藥劑系統(tǒng)集中布置在中層甲板的危險區(qū)，靠近井口區(qū)的位置，組成熱采系統(tǒng)危險區(qū)。氮氣系統(tǒng)(包括氮氣壓縮機、氮氣膜組等)、熱采淡水系統(tǒng)(包括20 t地熱水處理、板式換熱器、淡水罐、淡水泵等)、高低壓機艙系統(tǒng)(高壓機艙和低壓機艙等)、熱流體發(fā)生器、熱采空氣系統(tǒng)(包括空壓機、熱采空氣儲罐、空氣過濾器等)應該集中布置，但是由于熱采空氣儲罐設備較高，本文中將其布置到了中層甲板的安全區(qū)位置。整個熱采系統(tǒng)形成危險區(qū)和安全區(qū)的集成化、模塊化布置。

圖4 渤海某Q油田多元熱流體熱采設備布置圖

2.2 選用高效緊湊的稠油熱采設備

稠油熱采設備眾多，如氮氣系統(tǒng)(包括氮氣壓縮機、氮氣膜組等)、熱采淡水系統(tǒng)(包括20 t地熱水處理、板式換熱器、淡水罐、淡水泵等)、高低壓機艙系統(tǒng)(高壓機艙和低壓機艙等)、熱流體發(fā)生器、熱采空氣系統(tǒng)(包括空壓機、熱采空氣儲罐、空氣過濾器等)、熱采天然氣系統(tǒng)(包括天然氣干燥系統(tǒng)和天然氣壓縮機等)和熱采藥劑系統(tǒng)等。部分熱采設備體積龐大，占地面積較大，增加了熱采工程投資，不利于降本增效。因此，選用高效緊湊的稠油熱采設備是一個有效的措施，從而提高了單位面積的稠油熱采設備的利用率，降低工程投資費用。

主要措施如下：(1)采用大排量空壓機代替現(xiàn)有低效空壓機，發(fā)生器能力升級，而設備尺寸較小。(2)選用高效且占地面積小的水處理裝置，如中亞環(huán)保的膜法處理裝置。(3)選用高效且占地面積小的高低壓機艙。(4)選用高效且占地面積小的氮氣壓縮機和氮氣膜組。(5)選用高效且占地面積小的天然氣壓縮機和天然氣干燥系統(tǒng)。(6)選用高效且占地面積小的熱采藥劑系統(tǒng)。(7)選用高效且占地面積小的熱流體發(fā)生器(如拖五型多元熱流體發(fā)射器，可實現(xiàn)2口井同注)，如圖5所示。

圖5 多元熱流體發(fā)生器

2.3 部分熱采設備與平臺公用設備共用

先導試驗中的部分稠油熱采設備與平臺公用設備存在重疊，增加了稠油熱采的成本。本文設計將部分多元熱流體熱采設備與平臺公共設備共用，不僅能夠減小稠油熱采設備的占地面積，還能減少稠油熱采設備的購置費用，從而降低稠油熱采成本。本文設計實現(xiàn)了部分稠油熱采設備與平臺共用空氣壓縮機，工具間等，減小了稠油熱采設備占地面積，設備布置如圖6所示。

圖6 部分熱采設備與平臺公用設備共用

2.4 部分安全熱采設備的布置

先導試驗中的部分熱采設備考慮靠近井口區(qū)布置，做了四級防爆處理，增加了稠油熱采成本。本文設計將熱采氮氣系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)、高低壓機艙、多元熱流體發(fā)生器等熱采設備布置在安全區(qū)，可以不進行四級防爆處理，大大降低了熱采設備的購置費用，設備布置如圖7示。

2.5 經(jīng)濟效益估算

稠油熱采平臺的總體布置的優(yōu)化后的效果見表1，可以看出：經(jīng)過對多元熱流體規(guī)?；療岵傻目傮w布置優(yōu)化，折算后可以減小甲板面積150 m2，保守估算節(jié)約熱采成本250萬元，優(yōu)化效果顯著。

表1 稠油熱采平臺優(yōu)化效益估算表(相對于鉆井支持船支撐熱采設備)

3 結 論

(1) 將稠油熱采布置納入前期規(guī)劃研究中進行考慮，可降低平臺后期增加熱采設備帶來的海上改造費用，節(jié)省由于缺乏前期規(guī)劃需要租用鉆井支持船來支撐熱采設備的費用。

(2) 選用高效緊湊的稠油熱采設備，減少了稠油熱采設備的占地面積，提高了稠油熱采設備的面積利用率。

(3) 將部分熱采設備與平臺公用設備共用，不僅能夠減小稠油熱采設備占地面積，還能減少稠油熱采設備的購置費用，從而降低稠油熱采成本。

(4) 部分安全熱采設備由井口區(qū)附近移置到安全區(qū)布置，不做四級防爆處理，可以大大降低熱采設備的購置費用，降低稠油熱采成本。

我國目前的多元熱流體熱采已經(jīng)在海上進行了先導試驗，處于摸索階段。但由于熱采設備較多，占地面積較大，須對規(guī)模化稠油熱采設計進行優(yōu)化，從而降低開采成本，增加油田開發(fā)效益。

[1] 姜偉. 國外稠油開發(fā)技術的應用與思考[C]//中國石油學會石油工程專業(yè)委員會鉆井工作部2005年學術研討會暨第五屆石油鉆井院所長會議, 2005.

[2] 王國棟，王春升，楊思明, 等. 稠油熱采平臺總體布置的研究與探討[J]. 中國造船，2014，55(02): 38-43.

[3] 王學忠. 稠油開采技術進展[J]. 當代石油石化, 2010(01): 26-30.

[4] 姜杰，李敬松. 海上稠油多元熱流體吞吐開采技術研究[J]. 油氣藏評價與開發(fā), 2012，02(04): 38-40.

[5] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程設計概論與工藝設計[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2007.