黨偉

中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院

隨著開發(fā)時間的延長,國內(nèi)稠油油田已進入高含水開發(fā)期,采出液含水率普遍上升到50%以上,有的油田甚至達到80%以上[1-2].含水率的上升使得采出液總量增大,增加了地面集輸系統(tǒng)的運行負荷和處理難度;采出液中水的存在增加了燃料的消耗,特別是對于含水較多的原油,采出液規(guī)模的增加會導(dǎo)致燃料消耗的成倍增長,增加采出水往返輸送的動力消耗.因此,有必要在高含水期油田實施預(yù)分水[3-4],即在集輸系統(tǒng)前端將部分污水分離出來并進行處理后回注,剩余低含水油進入原集輸系統(tǒng)進行處理,以降低地面集輸系統(tǒng)的運行負荷,減少加熱能耗和動力消耗,降低油田開采成本.

稠油污水具有油水密度差小、懸浮固體含量高、污水處理困難的特點.目前采用的"三相分離器+三級沉降"處理工藝流程長,占地面積大,添加藥劑多,投資和運行成本高,不適用于油田預(yù)分水.為此,研發(fā)了多種高含水稠油的分水技術(shù),如袁良秀[5]在遼河油田采用管道式油水分離技術(shù)處理稠油采出液工業(yè)試驗取得成功,脫水率達到40%~45%,脫后污水水質(zhì)優(yōu)于沉降罐放水水質(zhì);袁良秀[6]在某普通稠油采出液的聯(lián)合站進行超重力旋流聚結(jié)脫水現(xiàn)場試驗,確定稠油污水最佳溢流比、加藥比等參數(shù),為稠油采出液高效脫水、降低能耗提供了解決思路;馬猛等[7]開發(fā)了導(dǎo)葉型軸向入口式分離器,并通過數(shù)值模擬研究了稠油黏度對分離性能的影響.

本文借鑒胡長朝等[8-9]采用一體化預(yù)分水除油技術(shù)在高含水油田試驗成功的經(jīng)驗,將設(shè)備進行升級改造,通過增加分氣功能,強化分水和除油功能,使之適用于稠油污水的預(yù)分水,并在稠油油田進行了現(xiàn)場應(yīng)用.

1 材料與方法

1.1 采出液性質(zhì)

采出液為某稠油油田井排來液,含水率85.1%,液量2000~2300m3/d,原油密度0.9455 g/cm3;來液溫度47℃,出站溫度42~43℃;礦化度23X 104mg/L,氯離子濃度14X104mg/L;pH值5~6;腐蝕速率0.2 mm/a(點蝕);破乳劑投加濃度約65 mg/L.

1.2 分析指標及方法

試驗主要對分出水的含油和懸浮物進行檢測,檢測方法采用碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法(SY/T 5329-2012)中推薦的方法,水中含油檢測采用分光光度法,懸浮固體(SS)濃度檢測采用質(zhì)量法.

2 試驗

2.1 裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

一體化裝置為橇裝裝置,橇塊尺寸為18mX4m,分為進液區(qū)、分水區(qū)、出水區(qū)和低含水油輸出區(qū).裝置設(shè)計處理規(guī)模為2 000 m3/d,設(shè)計進液為含水率80%以上的稠油(原油密度大于0.9 g/cm3),設(shè)計分水量為1 000 m3/d,設(shè)計出水水質(zhì)含油濃度≤50 mg/L,含懸浮物濃度≤50 mg/L.

該裝置是將旋流氣液分離,一級重力油水分離,二級仰角式網(wǎng)格管分離,三級聚結(jié)分離及配套壓力、液位、界面控制技術(shù)進行有機結(jié)合而形成一體化預(yù)分水裝置.裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.

圖1 裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of device

油井采出液首先進入旋流器將天然氣分離出來,油水混合液進入一級重力分離室分離大部分游離水,然后分出水進入二級仰角式網(wǎng)格管分離器分離出大部分浮油,再進入三級聚結(jié)分離室分離細小油珠和乳化油,最后凈化水由水室排出罐外,低含水油由油室排出罐外.

該裝置具有以下技術(shù)特點:①將原油脫水與污水處理功能有機結(jié)合并強化污水凈化功能,形成油氣水多相分離裝置,達到了一套裝置可以替代原油脫水及污水處理系統(tǒng)的目的;②將重力沉降、分區(qū)聚并、聚結(jié)等物理除油分離技術(shù)進行了一體化有機結(jié)合,可將含水率70%以上的油井采出液直接進行分離,最終出水水質(zhì)達到含油濃度≤50 mg/L,懸浮物濃度≤50 mg/L;③裝置工藝流程短,出水水質(zhì)穩(wěn)定,可節(jié)約大量的污水往返輸送及熱能損耗成本,與常規(guī)技術(shù)相比可節(jié)約大量投資、成本、占地等.

2.2 試驗過程

試驗中,井排來液進入站內(nèi)緩沖罐,從緩沖罐直接進入一體化除油分離設(shè)備,進行分水并處理,出水進入過濾系統(tǒng)過濾后進注水罐,分水后的低含水油進入原集輸管網(wǎng).試驗中不添加絮凝劑、助凝劑等水處理藥劑.具體工藝流程如圖2所示.

圖2 工藝流程Fig.2 Process flow

3 結(jié)果與討論

3.1 現(xiàn)場試驗結(jié)果

截取現(xiàn)場30d的試驗數(shù)據(jù)進行分析,日均進站液量在1 678~2 561 m3/d之間波動,平均處理液量為1 977 m3/d,接近設(shè)計處理液量(2 000 m3/d).進液含水率83.7%,分水比在30%~50%之間波動,分水量在413~930 m3/d之間波動,日均分水量600 m3左右.具體試驗數(shù)據(jù)如圖3所示.

對裝置出水的含油濃度和懸浮固體濃度進行了監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果如圖4所示.從圖4可以看出,在不添加水處理藥劑的前提下,30d內(nèi)出水含油和懸浮固體濃度均低于50 mg/L的設(shè)計值,滿足設(shè)計需求.其中出水含油濃度在3.5~45 mg/L之間波動,出水含油平均濃度為21.6 mg/L;懸浮固體濃度在3~35 mg/L之間波動,出水懸浮固體平均濃度為14.2 mg/L.裝置運行穩(wěn)定性較好,在進站液量大幅度波動的前提下,出水含油和懸浮固體濃度均能穩(wěn)定在50 mg/L的設(shè)計值以下.

圖3 分水量與總液量關(guān)系Fig.3 Waterseparationandtotalliquidquantity

圖4 裝置出水含油和懸浮固體濃度Fig.4 Effluent oil content and suspended solid concentration of device

3.2 分水比對處理效果的影響分析

試驗期間,通過人為調(diào)整分水量考察不同分水比對處理效果的影響,受現(xiàn)場試驗條件限制,分水比的調(diào)節(jié)范圍為30%~55%.試驗結(jié)果如圖5和圖6所示.

圖5 不同分水比情況下的除油率Fig.5 Oil removal rate under different water separation

圖5 為不同分水比情況下的除油率.從圖5可以看出,隨著分水比的逐漸增大,除油率是逐漸降低的,在分水比50%的情況下,除油率為80%左右.根據(jù)擬合曲線計算,實際生產(chǎn)過程中,為保證出水水質(zhì),分水比必須控制在64.5%以內(nèi),否則出水含油濃度將超出50 mg/L的設(shè)計標準.

圖6 不同分水比情況下的出水懸浮固體濃度Fig.6 Effluent suspended solid concentration in the outlet under different water separation

圖6 為不同分水比情況下的懸浮固體去除率.從圖6可以看出,出水懸浮固體去除率受分水比的影響較小,懸浮固體去除率變化不大,基本穩(wěn)定在50%~60%之間,擬合曲線呈水平狀態(tài).

根據(jù)試驗結(jié)果分析,該裝置在稠油油田應(yīng)用過程中,為達到出水含油和懸浮固體濃度均小于50 mg/L的設(shè)計標準,裝置運行的最大分水比必須控制在64.5%以內(nèi).

4 結(jié)論

(1)含水率85%以上的稠油采出液經(jīng)一體化除油分離設(shè)備處理后,在分水比50%以下的情況下,裝置出水含油濃度≤50 mg/L,含懸浮物濃度≤50 mg/L,達到設(shè)計目標.根據(jù)處理效果分析,裝置運行的最大分水比為64.5%.

(2)一體化除油分離設(shè)備運行過程中,無需添加絮凝劑、助凝劑等水處理藥劑,在節(jié)省藥劑費用的同時降低了污泥產(chǎn)量,減小了油田環(huán)保壓力.

(3)一體化除油分離設(shè)備為橇裝設(shè)備,可取代稠油污水通用的"三相分離器+三級沉降"的處理工藝流程,具有除油效率高、占地面積小的特點,適用于高含水稠油油田的預(yù)分水和污水處理,具有很高的推廣價值.