孔 健，高守華，路 輝，于沛琢

（中國(guó)石化勝利油田海洋采油廠，山東東營(yíng) 257000；2.中國(guó)石化勝利油田設(shè)備管理部，山東東營(yíng) 257000）

0 引言

埕島中心2 號(hào)平臺(tái)位于渤海海域埕島油田，現(xiàn)有2 臺(tái)臥式三相分離器，型號(hào)WS4.0×17-0.6/I-H，位于生產(chǎn)平臺(tái)3 層，于2010 年投產(chǎn)，負(fù)責(zé)轄區(qū)22 座井組平臺(tái)，共計(jì)120 口油井的采出液處理。

三相分離器的主要作用是對(duì)通過(guò)輸油海管來(lái)的井組采出液進(jìn)行油、氣、水分離，其中天然氣經(jīng)天然氣壓縮機(jī)增壓后，通過(guò)海底管線輸送到陸地埕島預(yù)處理站；采出液初步分水后進(jìn)入儲(chǔ)油罐，通過(guò)外輸泵輸送至陸地海三聯(lián)合站進(jìn)一步處理；分出的采出水，經(jīng)過(guò)水力旋流、氣浮、過(guò)濾工藝，進(jìn)入注水罐，然后回注至井組平臺(tái)注水井（圖1）。

1 問(wèn)題

三相分離器設(shè)計(jì)單臺(tái)額定處理油量1642 t/d，額定處理液量7500 m3/d，處理氣量6×104Nm3/d，水相出口含油量≤500 mg/L（表1）。目前2 臺(tái)三相分離器處理井組來(lái)液平均為1.76×104m3/d，高峰時(shí)處理液量達(dá)到1.8×104m3/d，處理油量2480 t/d，處理氣量8×104Nm3/d，分離水相出口含油量均值達(dá)1400 mg/L 左右，嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2 影響因素

2.1 進(jìn)口管線振動(dòng)劇烈、偏流嚴(yán)重

圖1 三相分離器工藝流程

表1 三相分離器處理能力與處理水平對(duì)照

由于三相分離器進(jìn)口管線左右結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，使得水平總管兩端的動(dòng)反力不相同，加之原油進(jìn)口管線彎曲段多，流動(dòng)直角變向7 次等原因，造成流場(chǎng)突變與加速造成進(jìn)口管線持續(xù)振動(dòng)，導(dǎo)致管線受力疲勞，帶來(lái)極大安全隱患。受2 臺(tái)三相分離器進(jìn)口工藝設(shè)計(jì)影響，進(jìn)液量不均衡，油水液位分別為2.81 m、2.71 m，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，2#三相分離器比1#分離器進(jìn)液量高1000 m3/d，致使2#三相分離器進(jìn)液管線振動(dòng)幅度較大。

2.2 分水效果不達(dá)標(biāo)

三相分離器設(shè)計(jì)處理液量7500 m3/d，出口原油含水≤30%，出口水中含油≤200 mg/L。受多相流擾動(dòng)、段塞流嚴(yán)重、乳化嚴(yán)重、流程短等惡劣工況影響，液量、水量、水質(zhì)指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)值。實(shí)際分離器出口原油含水75%，出口污水含油懸浮物分別為919 mg/L、175 mg/L。為改善分水水質(zhì)，開(kāi)展了藥劑篩選、優(yōu)化投加濃度、升溫、減少分水量等措施，效果有限。

分水量從1500～5000 m3/d各階段水質(zhì)變化不大，采取調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)如三相分離器油水界面、升溫、變化破乳劑投加量70～125 mg/L 等措施對(duì)水質(zhì)無(wú)明顯改善。

2.3 化學(xué)藥劑在流程內(nèi)無(wú)法充分混合

中心2 號(hào)平臺(tái)破乳劑加藥點(diǎn)位于生產(chǎn)二層來(lái)油匯管處，距離三相分離器進(jìn)口僅15 m 距離。同時(shí)，來(lái)油匯管存在明顯的段塞流，致使破乳劑時(shí)常添加到段塞流氣泡中，而無(wú)法與原油乳狀液接觸，造成原油乳狀液的穩(wěn)定性難于消失。

中心2 號(hào)平臺(tái)破乳劑采用柱塞泵添加，由于柱塞泵出口無(wú)緩沖罐，造成破乳劑添加呈脈動(dòng)方式。同時(shí)，來(lái)液壓力在0.25～0.35 MPa 間波動(dòng)和加藥流程上無(wú)流量計(jì)，也造成了破乳劑添加不均勻、不穩(wěn)定和計(jì)量不準(zhǔn)確。

3 原因分析

3.1 伴生氣擾動(dòng)導(dǎo)致分離器內(nèi)無(wú)法形成穩(wěn)定流場(chǎng)

中心2 號(hào)來(lái)液綜合含水83%，氣油比達(dá)到30∶1，含伴生氣量高。大量的氣體在內(nèi)部擾動(dòng)，如同沸騰狀態(tài)，無(wú)法形成穩(wěn)定油水界面，影響油滴上浮。

現(xiàn)有三相分離器本身結(jié)構(gòu)存在以下問(wèn)題：進(jìn)口無(wú)預(yù)脫氣功能、進(jìn)口布液管短、一二級(jí)聚結(jié)整流填料面積較小，導(dǎo)致效果差、溢油堰板低。這些問(wèn)題進(jìn)一步導(dǎo)致分離器內(nèi)部無(wú)法形成穩(wěn)定流場(chǎng)，達(dá)到最好分離效果。

3.2 原油乳化嚴(yán)重，不易油水分離

當(dāng)原油、地層水和伴生氣自地層向油井井底流動(dòng)時(shí)，隨著壓力降低，溶解在原油中的伴生氣不斷析出，氣體體積膨脹，使油水產(chǎn)生攪動(dòng)。油氣水混合物到達(dá)平臺(tái)后，由于油嘴孔徑小、壓降大、流速猛增，并伴有溫度的下降，使原油和水的乳化程度迅速提高。

在油井至中心2 號(hào)平臺(tái)的集油過(guò)程中，原油中水滴直徑逐漸變小。特別是在經(jīng)過(guò)彎頭、閥門、計(jì)量分離器、異徑管、立管和離心泵后變化很大。原油與水在設(shè)備或管道中一起流動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)、攪動(dòng)越激烈，原油中所乳化的水量就越多，水滴數(shù)量稠密，粒徑小、并趨于均勻。

3.3 海上平臺(tái)獨(dú)有結(jié)構(gòu)導(dǎo)致段塞流影響嚴(yán)重

海上采油集輸管路呈“枝狀”分布，存在典型的管道水平氣液兩相和立管垂直氣液兩相管路。中心2 號(hào)平臺(tái)從海底管道彎頭處至三相分離器進(jìn)口高度為55 m，當(dāng)混合物沿管道向上流動(dòng)，壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，含氣率增加，小的氣泡相互碰撞聚合而形成大的氣泡，其直徑接近于管徑。氣泡占據(jù)了大部分管子截面，形成一段液一段氣的結(jié)構(gòu)，其他段塞形狀像炮彈，其中攜帶有液體微粒。在兩個(gè)氣段之間，是夾雜小氣泡向上流動(dòng)的液體段塞。進(jìn)入三相分離器進(jìn)口分離筒后，造成分離器內(nèi)部流場(chǎng)發(fā)生混亂，擾亂水滴上浮速度。

3.4 加藥撬塊無(wú)法滿足均勻加藥要求

埕島中心2 號(hào)平臺(tái)現(xiàn)有加藥撬塊主要由藥劑罐、藥劑泵組成?，F(xiàn)有的加藥泵為柱塞計(jì)量泵。由于其柱塞裸露，且柱塞在液體中工作，在液體研磨作用下柱塞磨損較快，目前已使用23 年，機(jī)器故障率高，維修工作量大。另外，柱塞泵的工作脈動(dòng)很大，使得流量不穩(wěn)定，且開(kāi)度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確、平穩(wěn)加藥。

標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量加藥裝置應(yīng)具有以下功能：①準(zhǔn)確計(jì)量。有標(biāo)定柱，可以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)加藥量；②有脈沖阻尼器或緩沖罐。能降低柱塞泵或隔膜泵等計(jì)量泵的段塞式投加，保證加藥均勻，確保加藥效果。

4 改進(jìn)對(duì)策

4.1 增加三相分離器進(jìn)液端預(yù)脫氣、段塞流捕集器

在生產(chǎn)三層新建1 臺(tái)段塞流捕集器，井組來(lái)液先經(jīng)過(guò)氣液分離，脫除絕大部分天然氣后，再進(jìn)入現(xiàn)有2 臺(tái)三相分離器節(jié)點(diǎn)，降低天然氣擾動(dòng)，形成穩(wěn)定的腔內(nèi)流場(chǎng)，提高油水分離效果。

2020 年6 月底完成段塞流捕集器的投產(chǎn)工作。目前運(yùn)行正常，經(jīng)過(guò)氣液分離后，后端2 臺(tái)分離器含油下降至373 mg/L、452 mg/L，降幅明顯，大大緩解了后端處理壓力。

4.2 篩選破乳劑，實(shí)現(xiàn)短流程高效脫水

考慮到現(xiàn)有加藥流程短，藥劑混合不充分等情況，以及現(xiàn)場(chǎng)來(lái)液逐年增加，對(duì)加快脫水速度的要求更加嚴(yán)格。同時(shí)，平臺(tái)空間狹小，無(wú)法改造現(xiàn)有流程設(shè)施，因此篩選破乳劑的必要性增加。采油廠制定了Q/HF 1418—2017《海上油田用高效破乳劑技術(shù)條件》，提高了相對(duì)脫水率條件，以嚴(yán)格篩選短流程高效脫水藥劑。2019 年篩選成功并投加高效破乳劑，水質(zhì)大幅提高。

4.3 改進(jìn)加藥裝置

將現(xiàn)有計(jì)量泵改為隔膜泵，減少藥劑與泵的接觸范圍，降低設(shè)備故障率。計(jì)量泵出口增加計(jì)量標(biāo)定柱，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量藥劑投加量。

5 效果分析

5.1 三相分離器水相水質(zhì)大幅提高

三相分離器水相水質(zhì)含油、懸浮物分別從1400 mg/L、175 mg/L 下降到373 mg/L、452 mg/L，大大降低了后端水處理的壓力。后端經(jīng)過(guò)各級(jí)節(jié)點(diǎn)處理后，出站水含油、懸浮物從50 mg/L、37 mg/L 下降到17 mg/L、19 mg/L，出站水水質(zhì)達(dá)到采油廠標(biāo)準(zhǔn)。

隨著水質(zhì)的提高，能有效降低地層傷害，緩解地層非均質(zhì)性及層間矛盾，吸水指數(shù)增強(qiáng)，擴(kuò)大水驅(qū)波及系數(shù)，進(jìn)而提高采收率。同時(shí)，降低近井地帶堵塞，減少水井多輪次酸化造成的地層二次污染。

隨著含油、懸浮物的降低，能有效延長(zhǎng)油水井管柱壽命。減小注水管柱配水器堵塞、結(jié)垢現(xiàn)象，提高測(cè)調(diào)測(cè)試成功率，從而提高層段合格率，實(shí)現(xiàn)精細(xì)注水；降低油井腐蝕、結(jié)垢速率，提高免修期，降低作業(yè)頻次。

較好的水質(zhì)，能減少水力旋流器清洗、核桃殼過(guò)濾器清罐次數(shù)，降低注水泵、污水提升泵等維護(hù)保養(yǎng)成本。同時(shí)，減緩對(duì)地面流程及海底管線結(jié)垢速率，降低節(jié)流影響，提高管網(wǎng)效率。

5.2 提高了三相分離器處理能力

由于分水效果提高，來(lái)液處理能力從1.5×104m3/d 提高到2.4×104m3/d，采出水處理能力從8500 m3/d 提高到13 000 m3/d，從而保證外輸高含水原油控制在外輸海管的輸送能力范圍內(nèi)，有力于井組提液規(guī)劃。

中心2 號(hào)外輸液進(jìn)入海三聯(lián)合站后，經(jīng)過(guò)處理后回調(diào)至中心平臺(tái)，長(zhǎng)距離管輸造成能耗增加。提高分水后，減少了4500 m3/d無(wú)效水循環(huán)。

5.3 降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)

中心2 號(hào)外輸液量9900 m3/d，外輸體積含水78.9%。根據(jù)館陶組油藏采出液的特征，反相點(diǎn)在70%左右。中心2 號(hào)外輸液基本呈現(xiàn)水包油型乳液狀態(tài)，增大了海底管線內(nèi)壁的潤(rùn)濕面積，且高含水導(dǎo)致外輸溫度較高，加速了腐蝕速率。隨著海管使用年限的增加，腐蝕穿孔幾率增加，安全風(fēng)險(xiǎn)增大。

分水量提升至9500 m3/d 后，外輸體積含水率約為69%，處于反相點(diǎn)以下，為油包水型乳液，有利于海底管道保護(hù)。