羅煥 趙昕銘 夏敏敏 陳忻 張文棟

（1.大港油田公司采油工藝研究院；2.大港油田公司第二采油廠）

為了提高大港油田稠油以及特稠油油藏的采收率，二氧化碳吞吐開(kāi)發(fā)應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，但隨之帶來(lái)的地面系統(tǒng)問(wèn)題日益顯著。稠油具有密度大、黏度高的特點(diǎn)，集輸過(guò)程中黏滯阻力較大[1]，因此稠油乃至特稠油的集輸是地面關(guān)鍵的難點(diǎn)技術(shù)之一。另外隨著二氧化碳吞吐的實(shí)施，因二氧化碳具有較強(qiáng)的腐蝕性，二氧化碳吞吐腐蝕防控也是亟需解決的又一地面關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

因此，針對(duì)大港某油田特稠油集輸以及二氧化碳吞吐腐蝕防控技術(shù)開(kāi)展研究，以相關(guān)油田區(qū)塊原油黏溫物性化驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行不同集輸工藝和腐蝕防控對(duì)策綜合分析，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)適用的地面配套工藝技術(shù)。

1 特稠油原油物性化驗(yàn)分析

溫度在50℃時(shí)，動(dòng)力黏度大于400 mPa·s，且溫度為20℃時(shí)，密度大于0.916 1 g/cm3的原油屬于稠油。稠油按黏度大小可分為普通稠油、特稠油、超稠油3類，其中動(dòng)力黏度大于10 000 mPa·s，且小于或等于50 000 mPa·s時(shí)，屬于特稠油。

1.1 特稠油黏溫物性化驗(yàn)分析

在大港某油田區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)提取了油井產(chǎn)出物進(jìn)行原油黏溫物性化驗(yàn)，根據(jù)室內(nèi)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，該區(qū)塊混合原油50℃黏度為10 220 mPa·s，20℃時(shí)密度為0.984 7 g/cm3，屬于特稠油范疇。從原油黏溫曲線可以看出，隨著溫度的升高，原油黏度逐漸降低，當(dāng)溫度80℃以上時(shí)，原油黏度降至1 000 mPa·s以內(nèi)；隨著含水率的上升，特稠油原油黏度不斷升高，當(dāng)含水率為73%時(shí)黏度最高，達(dá)到轉(zhuǎn)相點(diǎn)，與常規(guī)原油相比，該區(qū)塊特稠油轉(zhuǎn)相點(diǎn)相對(duì)較高，而達(dá)到轉(zhuǎn)相點(diǎn)之后，原油黏度則大幅度下降，含水80%時(shí)原油黏度降至100 m Pa·s左右。大港某油田特稠油原油黏溫曲線見(jiàn)圖1。

圖1 大港某油田特稠油原油黏溫曲線Fig.1 Viscosity-temperature curves of extra-viscous oil in Dagang oilfield

1.2 特稠油降黏篩選化驗(yàn)分析

為了研究特稠油加劑降黏集輸工藝，針對(duì)特稠油進(jìn)行降黏劑篩選試驗(yàn)分析，根據(jù)原油的黏溫曲線化驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇在含水73%、溫度70℃條件下進(jìn)行降黏劑的篩選。通過(guò)篩選試驗(yàn)結(jié)果可知，降黏劑DGDV-61的降黏率最大，所以確定該藥劑為最佳降黏劑。降黏劑篩選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 降黏劑篩選試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of viscosity reducer screening

在降黏劑篩選基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同加藥量下的降黏效果試驗(yàn)，降黏劑的降黏效果受含水率、溫度和加藥量等多種因素影響。分別選取兩個(gè)工況下的油品進(jìn)行試驗(yàn)，油品1：含水73%、溫度70℃，該工況為原油轉(zhuǎn)相點(diǎn)，黏度最大；油品2：含水40%、溫度70℃，該工況為油井實(shí)際綜合含水率和輸送溫度條件。

根據(jù)降黏試驗(yàn)結(jié)果可知，油品1在加藥量為1 000 mg/L時(shí)，降黏率超過(guò)了90%；當(dāng)加藥量超過(guò)1 000 mg/L時(shí)，降黏率繼續(xù)增加，但是增加幅度減慢，從藥劑成本和降黏效果綜合考慮，油品1最佳加藥量為1 000 mg/L。依據(jù)相同的規(guī)律，油品2最佳加藥量為500 mg/L。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，需從油品特性、藥劑成本、降黏效果等綜合考慮確定最佳加藥量。油品1、2不同加藥量降黏試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 油品1、2不同加藥量降黏試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of viscosity reduction with different dosage

2 特稠油降黏集輸技術(shù)研究

由于稠油的特殊性質(zhì)，解決稠油集輸問(wèn)題主要就是進(jìn)行稠油降黏，目前國(guó)內(nèi)外采用的稠油降黏集輸方法主要有加熱降黏法、化學(xué)降黏法[1-2]、摻水降黏法、摻稀降黏法等。

根據(jù)大港某油田區(qū)塊產(chǎn)能指標(biāo)預(yù)測(cè)，最大產(chǎn)油量為300 t/d，單井采出液在井場(chǎng)匯合集中后輸至7.5 km外的聯(lián)合站進(jìn)行處理，為了解決該區(qū)塊特稠油管輸問(wèn)題，采用PIPEPHASE多相流軟件進(jìn)行多種集輸工藝模擬計(jì)算。以原油物性（密度、黏度）和產(chǎn)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以末點(diǎn)進(jìn)站壓力和起點(diǎn)外輸溫度為邊界條件，以沿程壓損和流速為控制指標(biāo)建立集輸管道計(jì)算模型，分別針對(duì)特稠油加熱降黏集輸、加劑降黏集輸、摻水降黏集輸和摻稀油降黏集輸進(jìn)行模擬計(jì)算對(duì)比研究。

2.1 加熱降黏集輸

稠油加熱降黏集輸方法主要是通過(guò)加熱提高稠油的溫度，降低稠油黏度，從而降低輸送阻力提高稠油輸送的流動(dòng)性。加熱降黏應(yīng)用范圍比較廣、方式多樣，包括電加熱、熱源伴熱、加熱爐集中加熱等，其缺點(diǎn)是能量消耗大[3-4]。

根據(jù)研究區(qū)塊油品黏溫?cái)?shù)據(jù)和產(chǎn)能指標(biāo)情況，首先進(jìn)行加熱集輸模擬計(jì)算，吞吐前期綜合含水約為40%，因此工藝參數(shù)按油量300 t/d，含水40%，選取兩種不同規(guī)格管徑進(jìn)行模擬計(jì)算。當(dāng)起點(diǎn)溫度加熱到90℃時(shí)候，管道沿程壓損超過(guò)10 MPa，目前油田通常應(yīng)用的集輸管道設(shè)計(jì)壓力為4 MPa，根據(jù)井場(chǎng)出口壓力，需選用的管道設(shè)計(jì)壓力和輸油泵壓力超高，不經(jīng)濟(jì)，因此加熱方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)該區(qū)塊特稠油集輸。加熱集輸模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 加熱集輸模擬計(jì)算結(jié)果Tab.3 Results of heating gathering simulation

2.2 加劑降黏集輸

加劑降黏法主要是在稠油中加入一些化學(xué)試劑來(lái)改變稠油的性質(zhì)，達(dá)到降黏的目的，從而改善輸送效率，提升管道輸送量[5]。

針對(duì)研究區(qū)塊特稠油進(jìn)行了加劑降黏集輸模擬，根據(jù)前述降黏試驗(yàn)結(jié)果選擇含水40%、溫度70℃條件進(jìn)行計(jì)算，該條件下稠油黏度由7 210 mPa·s降至940 m Pa·s，以此黏度作為基礎(chǔ)物性參數(shù)，輸量和管道規(guī)格選擇與加熱降黏計(jì)算相同，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，降黏集輸沿程壓損也超過(guò)4 MPa，在目前選擇的降黏劑情況下降黏方法也無(wú)法滿足研究區(qū)塊特稠油的集輸需求。加降黏劑集輸模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 加降黏劑集輸模擬計(jì)算結(jié)果Tab.4 Results of viscosity-reducing gathering simulation

2.3 摻水降黏集輸

摻水集輸是一種針對(duì)高黏度、高凝點(diǎn)、高含蠟油品而采用的一種集輸工藝技術(shù)，在稠油中摻入大量的常溫水、熱水或者活性水后水一起混輸，起到降低輸送油品黏度并保證管道輸送溫度從而提高稠油流動(dòng)性的作用[6]。

根據(jù)研究區(qū)塊原油黏溫化驗(yàn)結(jié)果，選擇摻水80%輸送，按最大油量300 t/d、起點(diǎn)輸送溫度70℃、選擇不同規(guī)格管道進(jìn)行模擬計(jì)算。通過(guò)對(duì)比?114×5 mm規(guī)格管道經(jīng)計(jì)算壓降和流速偏大，不符合集輸需求；?219×7 mm管線流速較低、管徑較大不經(jīng)濟(jì)；綜合考慮，選擇?159×6 mm集輸管線，壓降和流速都滿足輸送需求。因此，摻水降黏方式可以實(shí)現(xiàn)該區(qū)塊特稠油集輸。摻水集輸模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 摻水集輸模擬計(jì)算結(jié)果Tab.5 Results of watermixing gathering simulation

2.4 摻稀油降黏集輸

摻稀油集輸是指在稠油中摻入黏度較低的稀油進(jìn)行稀釋，根據(jù)相似相溶原理，使得混合后稠油的黏度大幅度降低，從而減小流動(dòng)阻力，提高流動(dòng)性。稠油摻稀輸送的主要影響因素是稀油黏度和摻稀比例，稀油黏度越低，混合后降黏率越高；摻稀比例越大，降黏效果越顯著[7]。在實(shí)際生產(chǎn)中，若是稠油區(qū)塊附近可利用的輕質(zhì)油來(lái)源方便并且充足時(shí)，摻稀集輸也是一種比較有效的降黏方法。

針對(duì)研究區(qū)塊特稠油開(kāi)展了摻稀降黏試驗(yàn)，選用稀油密度（20℃）為873.9 kg/m3，黏度17.17 m Pa·s（50℃）和13.19 m Pa·s（60℃），稀油與稠油同比例進(jìn)行原油黏溫化驗(yàn)分析。根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果可知，摻稀比例1∶1和0.8∶1時(shí)特稠油降黏率可達(dá)98%；摻稀比例0.6∶1和0.5∶1時(shí)降黏率可達(dá)93%。不同摻稀比例特稠油黏度化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，不同摻稀比例降黏率曲線見(jiàn)圖2。

表6 不同摻稀比例特稠油黏度化驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Viscosity test results of different mixing ratio

圖2 不同摻稀比例降黏率曲線Fig.2 Viscosity reduction curves of different mixing ratio

研究區(qū)塊最大產(chǎn)油量300 t/d，該區(qū)塊附近可利用的稀油比例為0.8∶1，按綜合含水40%、起點(diǎn)溫度70℃進(jìn)行模擬，管徑分別選取三種規(guī)格。根據(jù)計(jì)算結(jié)果綜合對(duì)比?159×6 mm集輸管線滿足輸送需求，摻稀降黏方式也可以實(shí)現(xiàn)該區(qū)塊特稠油集輸。摻稀集輸模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 摻稀集輸模擬計(jì)算結(jié)果Tab.7 Results of thin oilmixing gathering simulation

通過(guò)上述4種降黏集輸方式模擬計(jì)算，大港某油田區(qū)塊摻水集輸和摻稀油集輸可以解決特稠油地面集輸問(wèn)題，將這兩種工藝進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，集輸工藝對(duì)比見(jiàn)表8。摻稀油集輸需要單獨(dú)敷設(shè)稀油管線至稠油區(qū)塊，施工量較大、工程投資較高，并且可利用的稀油量隨著油田的開(kāi)發(fā)具有不確定性，會(huì)影響摻稀降黏效果。而摻水集輸工藝較為成熟，在油田應(yīng)用較多，工程量少、投資低，綜合分析大港某油田特稠油區(qū)塊優(yōu)選摻水集輸工藝。

表8 集輸工藝對(duì)比Tab.8 Comparison of gathering technology

3 二氧化碳吞吐腐蝕防控技術(shù)研究

隨著二氧化碳吞吐技術(shù)的應(yīng)用，在油井生產(chǎn)過(guò)程中起到了原油增產(chǎn)、稠油降黏的作用[8-9]，但是二氧化碳溶于水后具有較強(qiáng)的腐蝕性，二氧化碳采油諸多環(huán)節(jié)存在腐蝕工況，體現(xiàn)出“腐蝕鏈”的特征，對(duì)于地面集輸系統(tǒng)和處理系統(tǒng)的腐蝕影響也是逐漸加劇，因此針對(duì)二氧化碳吞吐開(kāi)展腐蝕防控對(duì)策研究。

3.1 二氧化碳吞吐腐蝕研究

二氧化碳是一種碳氧化物，常溫常壓下是一種無(wú)色無(wú)味氣體，二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不能燃燒也不支持燃燒，但它屬于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，在潮濕環(huán)境下或溶于水后具有極強(qiáng)腐蝕性，主要是由于與水反應(yīng)生成碳酸H2CO3，碳酸發(fā)生電離在鋼表面產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物[8-9]。

二氧化碳腐蝕類型主要有均勻腐蝕和局部腐蝕，發(fā)生均勻腐蝕時(shí)金屬全部（或者大部分）面積均勻受到破壞，均勻腐蝕速率受金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜控制；局部腐蝕的類型主要有點(diǎn)蝕、臺(tái)地狀腐蝕和環(huán)狀腐蝕[10]等，不同的流體環(huán)境會(huì)發(fā)生不同的局部腐蝕。

二氧化碳腐蝕受多種因素的影響，主要有CO2分壓、溫度、介質(zhì)流速以及介質(zhì)中水含量等[11]。在石油行業(yè)對(duì)于二氧化碳腐蝕嚴(yán)重程度采用CO2分壓作為判據(jù)，CO2分壓越高腐蝕越嚴(yán)重；而在相同的分壓下，還受其他多種因素綜合影響，二氧化碳對(duì)系統(tǒng)腐蝕影響程度還需要根據(jù)具體情況具體分析。二氧化碳腐蝕影響因素見(jiàn)表9。

表9 二氧化碳腐蝕影響因素Tab.9 Influence factors of carbon dioxide corrosion

3.2 二氧化碳腐蝕防控對(duì)策

含有二氧化碳的油井采出液對(duì)地面系統(tǒng)具有一定的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，如果腐蝕嚴(yán)重將會(huì)引起油氣泄漏，當(dāng)不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)有可能發(fā)生火災(zāi)爆炸，從而帶來(lái)安全事故和環(huán)境污染。針對(duì)二氧化碳腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，地面系統(tǒng)應(yīng)采取一定的腐蝕防控對(duì)策，保障油田生產(chǎn)、消除安全隱患[12-13]。

針對(duì)二氧化碳吞吐地面工藝系統(tǒng)，主要以材料防腐為主、化學(xué)防腐為輔。目前大港油田二氧化碳吞吐區(qū)塊，對(duì)于新建的地面集輸管道，推薦選用PE碳鋼復(fù)合管或采用具有耐CO2腐蝕與滲透的非金屬管材，不同管材具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)性，需根據(jù)具體的集輸條件和投資概算進(jìn)行綜合選擇。

在材料防腐基礎(chǔ)上或?qū)τ谝呀斚到y(tǒng)，配套緩蝕劑注入裝置，對(duì)地面系統(tǒng)實(shí)施更好的防腐保護(hù)；同時(shí)進(jìn)行腐蝕在線監(jiān)測(cè)跟蹤，及時(shí)了解地面管線腐蝕情況，確保安全生產(chǎn)、平穩(wěn)運(yùn)行。不同防腐管材對(duì)比情況見(jiàn)表10。

表10 不同防腐管材對(duì)比情況Tab.10 Comparison of anti-corrosive pipes

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì)大港某油田區(qū)塊特稠油降黏集輸工藝研究，該區(qū)塊原油屬于特稠油，加熱集輸和加降黏劑集輸不能滿足輸送需求，摻水集輸和摻稀油集輸能夠?qū)崿F(xiàn)該區(qū)塊稠油輸送。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，摻稀降黏效果受稀油量影響不能保證達(dá)到所需的降黏效果，綜合分析，摻水集輸工藝更為成熟，在油田應(yīng)用較多，是該區(qū)塊最為經(jīng)濟(jì)適用的集輸方式。

二氧化碳腐蝕也是地面工藝系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，對(duì)于新建集輸管線和處理設(shè)備，應(yīng)選擇耐腐蝕材質(zhì)，并配套腐蝕在線監(jiān)測(cè)裝置跟蹤監(jiān)測(cè)腐蝕情況，同時(shí)配套緩蝕劑注入系統(tǒng)降低腐蝕影響，保障油田正常生產(chǎn)。

通過(guò)對(duì)特稠油二氧化碳吞吐地面配套關(guān)鍵技術(shù)的研究，有效解決了特稠油管道集輸問(wèn)題和二氧化碳吞吐采出液腐蝕防控問(wèn)題，為油田安全平穩(wěn)生產(chǎn)運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支撐。