張海兵，陳景峰，喬勝勇，梁 波，邱 爽

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

自 20世紀(jì) 60年代蒸汽熱采技術(shù)開始應(yīng)用于稠油油田的開發(fā)，經(jīng)過五十多年的不斷改進(jìn)完善，已經(jīng)形成龐大的產(chǎn)業(yè)鏈條，國外石油企業(yè)通過該技術(shù)獲取了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國雖然起步較晚，直到 20世紀(jì) 90年代才將其引進(jìn)國內(nèi)，但是發(fā)展很快，特別是在新疆一些稠油油田，得到廣泛應(yīng)用。不僅應(yīng)用于稠油井下熱采，而且在地面流程稠油降黏脫氣和管道集輸方面獲得了可喜的成果。

渤海是我國海上發(fā)現(xiàn)稠油儲量最多的海域，在迄今已發(fā)現(xiàn)的石油儲量中，稠油占 85%。由于條件限制，熱采技術(shù)的使用并不普遍[1]。

本研究僅限于通過利用海上平臺(或陸地終端)的有效熱源，由蒸汽發(fā)生器、原油相變摻熱裝置，將高溫蒸汽與待加熱原油混合，提高原油溫度，降低原油黏度，使原油、天然氣和水分更加有效分離，從而達(dá)到提升成品原油品質(zhì)的目的。

1 相變摻熱裝置簡介

1.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖 1所示，相變摻熱裝置包括：摻熱套管、摻熱管、蒸汽噴孔、防振座等。

圖1 相變摻熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1 Internal structure of phase-change heat mixing device

1.2 工作原理

相變摻熱裝置是一種將高壓節(jié)流飽和蒸汽通過噴嘴直接混摻入原油之中的加熱裝置。如圖 2所示，摻熱套管安裝在摻熱管上，摻熱管有原油的進(jìn)出口，摻熱套管上有蒸汽噴嘴。高溫飽和蒸汽經(jīng)歷由氣態(tài)變?yōu)闇囟容^低的液態(tài)這個相變過程，釋放出大量熱能，將原油加熱，達(dá)到升溫降黏的目的，給下一級電脫水或熱沉降脫水提供了可靠的條件[2]。

圖2 摻熱裝置橇裝結(jié)構(gòu)Fig.2 Skid-mounted structure of heat mixing device

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

①采用高溫飽和蒸汽摻熱，功率大，傳熱效率高，適應(yīng)性強(qiáng)。

②實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，易于管理及精細(xì)化操作。

③單體橇裝，整體安裝，占地面積小，減少現(xiàn)場施工的工作量。

2 渤海油田(或陸地終端)的適用性分析

如圖 3所示，自動相變摻熱裝置為橇塊化結(jié)構(gòu)，由水處理橇、蒸汽發(fā)生器橇、自動摻熱裝置橇、就地儀表、控制系統(tǒng)等組成[3]。

圖3 原油相變摻熱裝置流程圖Fig.3 Flow chart of phase-change heat mixing device for crude oil

2.1 在生產(chǎn)油田的適用性

傳統(tǒng)的原油處理流程裝置通常采用管殼式換熱器間接換熱，利用高溫導(dǎo)熱油(220℃)給原油加熱到一定溫度，進(jìn)行有效的脫氣脫水，實(shí)現(xiàn)原油穩(wěn)定外輸[4]。

目前渤海地區(qū)大部分在生產(chǎn)油田進(jìn)入中后期開采，各種增產(chǎn)措施成為常態(tài)化工作內(nèi)容，注聚合物采油是其中重要的增產(chǎn)手段。采出的原油中含大量的聚合物溶液，經(jīng)三相分離器分離后，進(jìn)入間接式換熱器加熱，此時水包油原油被破解，聚合物溶液被釋放出來，聚結(jié)一些雜質(zhì)黏結(jié)在加熱盤管的內(nèi)壁上，導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)垢，管徑變小，傳熱效率降低，原油無法升溫到設(shè)計溫度，造成生產(chǎn)流程的不穩(wěn)定運(yùn)行，影響成品原油的品質(zhì)，甚至造成換熱器管壁結(jié)焦堵塞和腐蝕泄漏，需要頻繁疏通清洗和維修，對海上油氣生產(chǎn)造成嚴(yán)重的困擾。

自動相變摻熱裝置可以有效解決此類問題，通過高溫蒸汽直接均勻混摻到原油之中，有效提高原油溫度，降低黏度，提升原油處理效果。

2.2 新項(xiàng)目適用性

新疆稠油油田，地面原油處理流程和長輸管道站廠在設(shè)計之初，利用高溫蒸汽摻熱裝置替代了傳統(tǒng)型換熱器，極大地提高了介質(zhì)之間的換熱效率，處理流程運(yùn)行穩(wěn)定，保證了成品原油質(zhì)量。

所以，自動相變摻熱裝置在老油田試驗(yàn)如果取得成功，完全可以在渤海油田新項(xiàng)目中進(jìn)行推廣，不但能夠簡化操作程序，提高裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和成品原油質(zhì)量，而且節(jié)省空間，有效降低平臺整體重量，降低油氣生產(chǎn)裝置的投資。

3 蒸汽發(fā)生器熱源和水源

熱介質(zhì)油加熱或透平排煙廢熱均可以作為蒸汽發(fā)生器的熱量來源[6]。海上透平發(fā)電機(jī)排煙溫度一般都在 400℃以上，介質(zhì)油系統(tǒng)溫度 220℃，滿足蒸汽發(fā)生器熱量要求。透平余熱回收不僅符合節(jié)能減排要求，而且更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用[6]。

如表 1所示，蒸汽水源可以根據(jù)平臺(或陸地終端)的具體情況而定，但必須是經(jīng)過處理的軟化水，符合蒸汽鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 蒸汽鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Steam boiler water quality standards

自來水或海水淡化，可直接接入軟化水裝置；水源井水，根據(jù)化驗(yàn)指標(biāo)凈化處理，再進(jìn)入軟化水裝置；生產(chǎn)污水，經(jīng)污水裝置處理后，根據(jù)化驗(yàn)指標(biāo)，過濾凈化除油后，進(jìn)入軟化水裝置。因其經(jīng)濟(jì)性高，避免水資源浪費(fèi)；可循環(huán)使用，平臺污水處理量不增加，建議使用生產(chǎn)污水作為水源，但水質(zhì)要求較高，前期處理成本相對增加。

4 結(jié) 語

相變摻熱技術(shù)雖然在陸地油田已經(jīng)成功運(yùn)用，但是渤海油田還沒有太多相對成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。因此，此技術(shù)運(yùn)用還需要從試驗(yàn)開始，先小后大，從易到難，逐步推廣。發(fā)現(xiàn)問題，逐步解決，不斷完善，直至形成一套有理論依據(jù)、有方案設(shè)計、有應(yīng)用實(shí)例、有應(yīng)急機(jī)制、有成熟預(yù)案，理論與實(shí)際相結(jié)合的科研成果。