楊 蕾，宋 奇，羅江濤，郭 鵬

（中國(guó)石化江蘇油田分公司工程技術(shù)研究院，江蘇揚(yáng)州 225009）

目前油田投入的開(kāi)發(fā)單元約350個(gè)，其中邊遠(yuǎn)零散區(qū)塊有134個(gè)，對(duì)應(yīng)的拉油點(diǎn)83個(gè)，該類(lèi)區(qū)塊普遍存在儲(chǔ)量規(guī)模小，遠(yuǎn)離已建注水系統(tǒng)，大多數(shù)區(qū)塊采用天然能量開(kāi)采，地層壓力下降快。同時(shí)大部分區(qū)塊已進(jìn)入高含水階段，產(chǎn)出液經(jīng)拉油車(chē)長(zhǎng)距離拉運(yùn)至中轉(zhuǎn)站或聯(lián)合站集中處理，不僅浪費(fèi)了加熱拉運(yùn)費(fèi)用，而且產(chǎn)出污水利用率低。本文首先介紹了零散區(qū)塊生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對(duì)現(xiàn)狀，進(jìn)行了預(yù)分水潛力分析，最后提出了兩套預(yù)分水裝置的設(shè)計(jì)思路，為后續(xù)高含水零散區(qū)塊污水就地回注提供了指導(dǎo)依據(jù)。

1 零散區(qū)塊生產(chǎn)現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)134個(gè)零散區(qū)塊地質(zhì)及來(lái)液情況進(jìn)行分析，這類(lèi)區(qū)塊普遍具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）斷塊分布零散，不成片且遠(yuǎn)離主力區(qū)塊；（2）含油面積小，儲(chǔ)量規(guī)模小，難以進(jìn)行整體開(kāi)發(fā)。油田大的面積2.8×103m2，小的面積只有20 m2，地質(zhì)儲(chǔ)量在幾十萬(wàn)噸至幾百萬(wàn)噸；（3）儲(chǔ)層變化大，物性普遍較差，多數(shù)為低滲透油藏；（4）單井產(chǎn)量低，平均單井日產(chǎn)液水平11.1 t，平均單井日產(chǎn)油水平1.9 t。

同時(shí)從開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀來(lái)看，區(qū)塊在開(kāi)發(fā)中存在以下三方面問(wèn)題：

（1）多數(shù)區(qū)塊采用天然能量開(kāi)采，采出程度嚴(yán)重偏低。134個(gè)零散區(qū)塊中未注水區(qū)塊94個(gè)，這些未注水區(qū)塊中采出程度≤10%的區(qū)塊有80個(gè)，占比達(dá)85.1%，由于天然開(kāi)采，地層能量不足，從而導(dǎo)致了采出程度嚴(yán)重偏低。

表1 日產(chǎn)水量≥20 m3拉油點(diǎn)加熱費(fèi)用情況

圖1 串聯(lián)式水力旋流器預(yù)分水流程

（2）高含水拉油點(diǎn)多，無(wú)效拉水費(fèi)用高。對(duì)83個(gè)拉油點(diǎn)含水率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，含水率≥60%的拉油點(diǎn)共47個(gè)，占比達(dá)56.6%，高含水拉油點(diǎn)較多，主要分布在YX、GJ、FM、SL、HZ、L7 等油田。83 個(gè)拉油點(diǎn)日拉液量約1 960 m3（油760 m3，水1 200 m3），年拉液運(yùn)費(fèi)高達(dá)1 400余萬(wàn)元，其中62%的費(fèi)用皆為無(wú)效拉水費(fèi)用。

（3）儲(chǔ)油罐內(nèi)污水加熱費(fèi)用高。區(qū)塊來(lái)液進(jìn)入儲(chǔ)油罐后，來(lái)液需提溫5℃～8℃后，再經(jīng)拉油車(chē)?yán)撸瑢?duì)日產(chǎn)水量≥20 m3的拉油點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）。

從表1可知，日產(chǎn)水量≥20 m3的拉油點(diǎn)共有13個(gè)，這13個(gè)拉油點(diǎn)的年加熱污水費(fèi)用約105.6萬(wàn)元，污水無(wú)效加熱耗能大。

2 零散區(qū)塊脫水節(jié)能對(duì)策

如果能在采出液加熱前，將大部分污水提前分離出來(lái)，分離出來(lái)的污水直接處理后就地回注，低含水原油再進(jìn)入儲(chǔ)油罐內(nèi)加熱運(yùn)走，則能有效降低無(wú)效的污水加熱&拉運(yùn)費(fèi)用。經(jīng)過(guò)初步統(tǒng)計(jì)，如果能將日產(chǎn)水量≥20 m3的拉油點(diǎn)中50%污水在加熱前提前分離出來(lái)，則年可節(jié)省加熱能耗和運(yùn)輸費(fèi)用約287.6萬(wàn)元。

調(diào)研了目前國(guó)內(nèi)外常用的預(yù)分水裝置，有串聯(lián)式旋流器、仰角式預(yù)分水器、多功能一體化分離器三類(lèi)，具體介紹如下。

2.1 串聯(lián)式旋流器

該類(lèi)裝置是將預(yù)分水旋流器與污水除油旋流器串聯(lián)，合二為一，依靠離心力實(shí)現(xiàn)油水分離，由于裝置結(jié)構(gòu)小，分離時(shí)間短，常用在海上及接轉(zhuǎn)站流程改造（見(jiàn)圖1）。該類(lèi)裝置主要在大慶和勝利油田應(yīng)用較多，但也存在一定的弊端，動(dòng)力消耗大，設(shè)備極易磨損，尤其在進(jìn)液口處，且出水波動(dòng)大。2010年陳德海等[1]設(shè)計(jì)了兩級(jí)高效旋流分離裝置，通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)中試和大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究。在油田中轉(zhuǎn)站實(shí)現(xiàn)采出液預(yù)分離，含水率85%左右的采出液經(jīng)水力旋流器一級(jí)處理后，油中含水率可降到30%左右，水中含油質(zhì)量濃度降到2 000 mg/L以下；水出口再經(jīng)一級(jí)旋流處理后，含油質(zhì)量濃度可降到1 000 mg/L以下。同常規(guī)工藝流程相比，采用旋流分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)站提前放水，每年可節(jié)約大量的耗電費(fèi)用，該技術(shù)成果在大慶油田的7座中轉(zhuǎn)站獲得推廣應(yīng)用，每年處理采出液的規(guī)模達(dá)1 150萬(wàn)噸，累計(jì)為油田創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益6 000余萬(wàn)元。

圖2 仰角式油水分離器結(jié)構(gòu)

表2 仰角式預(yù)分水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2 仰角式預(yù)分水器

仰角式預(yù)分水器由支架、分離罐、油出口、水出口、進(jìn)液口、填料部等部分組成，其工作原理是油水混合物進(jìn)入設(shè)備后，由于油水密度差，油滴上浮至分離罐上部，水則沉降在分離罐下部。與常規(guī)三相分離器相比，該設(shè)備放置時(shí)與水平面呈一定的角度，增加了油滴的浮升面積，增大了排水口和油水界面的距離，減少了沉降時(shí)間。此設(shè)備多在俄羅斯、美國(guó)等國(guó)外應(yīng)用較多，在國(guó)內(nèi)主要處于研究階段，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少，僅在大慶油田、大港油田得到初步應(yīng)用。黃坤等[2，3]利用FLUENT仿真模擬軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合正交試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了一套仰角式裝置，其結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2、表2）。按照該設(shè)計(jì)方法，加工了一臺(tái)φ0.44×7.78 m的仰角式預(yù)分水器，并安裝在某油田437區(qū)塊20#計(jì)量站，對(duì)放置傾角（0°、9°、12°、15°）和停留時(shí)間（5 min～10 min）進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，傾角為12°時(shí)油水分離效果最好，分離效率可達(dá)96.84%，且最佳停留時(shí)間為7 min。該裝置也存在一定的弊端，入口分液管處的速度分布不均勻，存在不同程度的旋流，易造成油水兩相在分界面處的摻混；出水含油量高。

2.3 多功能一體化分離器

三相分離器綜合應(yīng)用了集氣液分離、預(yù)分水、原油加熱、電脫水、油水緩沖等多功能于一體，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為普遍，各油田將三相分離器改造為預(yù)分水器進(jìn)行預(yù)分水，目前勝利、大慶油田應(yīng)用較廣泛[4-8]。勝利油田坨三站進(jìn)站液量3.5×104m3/d，將前期原兩相油氣分離器改為三相高效分水器后，分離器出油含水由95%降低至15%，加熱液量下降90%，年節(jié)約燃料油1 068 t（見(jiàn)圖3）。

勝利油田針對(duì)稠油及化學(xué)驅(qū)采出液乳化程度高，游離水脫除難度較大，研發(fā)了高頻聚結(jié)油水分離裝置，裝置通過(guò)高頻技術(shù)在油層建立穩(wěn)定的電場(chǎng)，將高頻電場(chǎng)空間聚結(jié)與機(jī)械聚結(jié)材料（填料）表面物理聚結(jié)相結(jié)合，提升油水分離效率，有效縮短了高含水采出液的處理流程。其中高頻電場(chǎng)與工頻電場(chǎng)相比，通過(guò)調(diào)整高頻脈沖輸出，使脈沖輸出時(shí)間小于短路擊穿時(shí)間，從而能建立穩(wěn)定的電場(chǎng)（見(jiàn)圖4）。2013年3月在河口采油廠(chǎng)埕東聯(lián)合站開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。該類(lèi)裝置分離效果較好，但裝置安裝復(fù)雜，投資及運(yùn)行成本也較高。

3 高效預(yù)分水裝置設(shè)計(jì)思路

圖3 坨三站脫水處理流程

從上述調(diào)研的情況來(lái)看，預(yù)分水裝置逐漸往多功能一體化、低成本方向發(fā)展。但在實(shí)際生產(chǎn)中，上述裝置雖然能滿(mǎn)足預(yù)分水要求，但總體分水效果差（出水含油指標(biāo)500 mg/L～1 000 mg/L），且造價(jià)高等，因此需要針對(duì)零散區(qū)塊現(xiàn)狀，因地制宜，研發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資及運(yùn)行成本低、高效率的預(yù)分水裝置。結(jié)合零散區(qū)塊現(xiàn)狀及調(diào)研情況，提出了兩種高效預(yù)分水裝置設(shè)計(jì)思路。

圖4 高頻聚結(jié)分離器裝置示意圖

3.1 利用水力旋流器作為預(yù)分水裝置

水力旋流器分水速度快，占地面積小，易于安裝與維護(hù)，且造價(jià)低，流程（見(jiàn)圖5）。其工作原理是：來(lái)液進(jìn)入預(yù)分水旋流器后，利用旋流向心力和油水密度差原理，進(jìn)行油水分離，分離后的原油進(jìn)入儲(chǔ)油罐內(nèi)，而污水則直接進(jìn)入撬裝化污水回注處理裝置，處理達(dá)標(biāo)后直接注入注水井中。

3.2 利用簡(jiǎn)易的管式預(yù)分水裝置

該裝置的工作原理是：來(lái)液進(jìn)入一級(jí)旋流管，進(jìn)行固液氣三相分離后，油水混合物進(jìn)入集水管，由于油水密度差，油通過(guò)分支管進(jìn)入上部集油道，而水仍舊在集水管道，通過(guò)氣泡發(fā)生裝置引入微氣泡，對(duì)集水管道污水中細(xì)小的油滴進(jìn)行聚結(jié)上浮，處理后的油通過(guò)輸油管道進(jìn)入儲(chǔ)油罐，污水再經(jīng)過(guò)二級(jí)旋流管進(jìn)行油水分離后，水直接注入注水井。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝與維護(hù)，且整體造價(jià)低（見(jiàn)圖6）。

圖5 水力旋流器分水流程

圖6 管式分水流程