魏林偉

（北京石大東方工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng)257500）

聯(lián)合站外輸原油的含水率不達(dá)標(biāo)，不僅會(huì)影響生產(chǎn)，還會(huì)影響原油的外銷工作[1]。在油田區(qū)塊開發(fā)的后期，產(chǎn)能的逐年下降以及水含量的逐漸增大，給原油脫水帶來(lái)了一定的困難。為此，本文以某一區(qū)塊的原油為研究對(duì)象，對(duì)高含水原油的脫水工藝進(jìn)行優(yōu)選和設(shè)計(jì)，以期對(duì)后續(xù)裝置的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)指標(biāo)要求

進(jìn)入原油脫水裝置的油水混合物脫水后的相關(guān)指標(biāo)要求見(jiàn)表1。

表1 油水混合物的相關(guān)參數(shù)

2 原油脫水工藝的優(yōu)選

原油脫水的工藝主要有重力沉降、熱力沉降、熱化學(xué)法、粗粒化、電脫水以及電化學(xué)脫水等[2-7]，各種原油脫水方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 不同原油脫水方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

從GB 50350-2015《油田油氣集輸規(guī)范》可知[8]，原油脫水宜采用熱化學(xué)沉降脫水、電化學(xué)脫水等工藝，或不同工藝的組合。為此，我們進(jìn)行了相關(guān)原油脫水的實(shí)驗(yàn)研究。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在相同的條件下，溫度越高，原油脫水的效果越好。從原油集輸?shù)哪M計(jì)算可知，原油的進(jìn)站溫度不低于50℃，且后續(xù)原油可與穩(wěn)定原油進(jìn)行換熱，因此僅對(duì)高于50℃的原油脫水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。初始含水率分別為30%、50%、70%、90%的原油，在不同加劑濃度下，含水率隨沉降時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖1。

圖1 初始含水率不同的原油在不同加劑濃度下含水率隨沉降時(shí)間的變化關(guān)系

從圖1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，一級(jí)脫水無(wú)法滿足原油的含水指標(biāo)要求（含水≤0.5%），因此要采用兩級(jí)脫水工藝，為此，設(shè)計(jì)了2個(gè)方案。方案一：兩級(jí)熱化學(xué)沉降脫水工藝；方案二：熱化學(xué)沉降脫水+電化學(xué)脫水工藝。2種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 2種脫水工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

由表3可知，“原油熱化學(xué)沉降脫水+電化學(xué)脫水工藝”的配套設(shè)備多，管理難度大，電脫水器運(yùn)行能耗高。兩級(jí)熱化學(xué)沉降脫水工藝的流程相對(duì)簡(jiǎn)單，處理效率高，工藝技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，管理方便，后期維護(hù)容易，已在國(guó)內(nèi)外油田得到廣泛應(yīng)用，因此本文選擇兩級(jí)熱化學(xué)沉降脫水工藝。

3 工藝流程設(shè)計(jì)

站外閥組來(lái)液進(jìn)站加入破乳劑后，進(jìn)入一級(jí)三相分離器，對(duì)原油和伴生氣進(jìn)行分離，同時(shí)分離游離水（液相停留10min）。伴生氣的采出水分別進(jìn)入天然氣處理裝置區(qū)和采出水處理區(qū)進(jìn)行處理。分離出來(lái)的含水原油（含水≤10%）與穩(wěn)定原油換熱后升溫至70℃，進(jìn)入二級(jí)三相分離器分離（液相停留時(shí)間≥35 min）。伴生氣、采出水分別進(jìn)入天然氣處理裝置區(qū)和采出水處理區(qū)進(jìn)行處理，分離出的原油（含水≤0.5%）進(jìn)入原油穩(wěn)定裝置進(jìn)行原油穩(wěn)定。其中一級(jí)三相分離器的處理溫度為50℃，液相停留時(shí)間≥5min，原油含水≤10%；二級(jí)三相分離器的處理溫度為65℃，液相停留時(shí)間≥35min，原油含水≤0.5%。采用HYSYS軟件模擬了原油兩級(jí)脫水工藝流程（圖2）。

圖2 原油兩級(jí)脫水工藝的模擬流程圖Fig 2 Simulation flow chart of crude oil two-stage dehydration process

4 設(shè)備選型與計(jì)算

4.1 一級(jí)三相分離器

根據(jù)《原油熱化學(xué)沉降脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》，游離水的分離停留時(shí)間設(shè)為10min，氣相停留時(shí)間設(shè)為3min，一級(jí)分離器計(jì)算容積為709.5m3。為方便運(yùn)行，設(shè)置6臺(tái)分離器，設(shè)備規(guī)格為Φ3400mm×13600mm，單臺(tái)有效容積為128.92 m3，設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，材質(zhì)選用Q245R（正火）。

4.2 二級(jí)三相分離器

考慮一級(jí)分離器后的產(chǎn)出液含水為10%，按照最大油量10600t·d-1，沉降時(shí)間設(shè)為35min，所需設(shè)備的液相有效容積為371.2m3。為方便運(yùn)行，設(shè)置6臺(tái)分離器，規(guī)格為Φ3200mm×12800mm，單臺(tái)設(shè)備的液相有效容積為69.80m3。

4.3 換熱器

按進(jìn)站原油溫度為51℃，最大來(lái)油量為10600t·d-1，含水率為10%，計(jì)算得到熱負(fù)荷為7130kW。為方便運(yùn)行，設(shè)置6臺(tái)換熱器。換熱器選用管殼式換熱器，熱源為穩(wěn)定原油，單臺(tái)換熱器的負(fù)荷為1200kW，換熱面積為195m2。主要設(shè)備見(jiàn)表4。

表4 原油脫水部分設(shè)備一覽表

5 結(jié)論

針對(duì)某區(qū)塊的高含水原油，對(duì)“兩級(jí)熱化學(xué)沉降脫水工藝”和“熱化學(xué)沉降+電化學(xué)沉降脫水工藝”進(jìn)行優(yōu)選對(duì)比后，確定了采用兩級(jí)熱化學(xué)沉降脫水工藝進(jìn)行原油脫水，并對(duì)工藝流程和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算。