王昱培

新疆油田公司陸梁作業(yè)區(qū)

近10 年來，國內(nèi)外致密油的勘探均取得了重要進(jìn)展，且其資源潛力較大，特別是新疆油田的環(huán)瑪湖等油田[1-2]；致密油積壓裂[2]的開發(fā)方式給后續(xù)生產(chǎn)帶來一定難度，壓裂液含有胍膠、交聯(lián)劑、聚合物等各種添加劑，具有高穩(wěn)定性、高黏度、高懸浮物含量等特點，給油水乳化和破乳造成一定影響[3]；難以達(dá)到處理后原油含水率≤0.5%的規(guī)范要求[4]。因此，針對新疆某區(qū)塊致密油進(jìn)行了專門研究。

1 原油物性

1.1 原油性質(zhì)

該井區(qū)原油性質(zhì)見表1。由表1 可知，50 ℃時黏度差異大，在55.2～317.85 mPa·s 之間；個別井含蠟量較高，達(dá)21.86%；個別井凝固點高達(dá)32 ℃，需要井口加熱；固體懸浮物質(zhì)量濃度 高 達(dá)1 275 mg/L（以下簡稱濃度）?；旌显?0 ℃黏度為150 mPa·s，單井投運也含有少量壓裂返排液，30～45 ℃時原油難脫水。

表1 某井區(qū)原油物性Tab.1 Physical properties of crude oil in a certain well area

1.2 返排液胍膠

返排液含有胍膠、交聯(lián)劑，且都是穩(wěn)定劑，對原油脫水有一定影響，返排液胍膠濃度在55～517 mg/L 之間，判別胍膠性質(zhì)見圖1。

圖1 壓裂返排液胍膠與羥丙基胍膠紅外對比Fig.1 Infrared comparison of fracturing backflow fluid guar gum and hydroxypropyl guar gum

由圖1 可知，壓裂返排液中的胍膠和羥丙基胍膠的主要官能團(tuán)及波數(shù)區(qū)的峰型基本一致，因此可以判定該壓裂返排液中使用的主要是羥丙基胍膠。

2 室內(nèi)原油脫水實驗

原油脫水關(guān)鍵因素：高效的破乳劑、原油含水率、經(jīng)濟(jì)合理破乳溫度及高效處理設(shè)備等。

2.1 破乳劑初選

將單井混合采出液除去游離水，制備了含水率為17.2%的油樣，選新疆油田應(yīng)用效果最佳的6 種破乳劑在60 ℃下分別測試加藥濃度為50、75、100及200 mg/L 和脫水時間為15、30、45、60、90 及120min 的熱化學(xué)脫水效果，結(jié)果見表2。

表2 60 ℃條件下不同破乳劑在不同脫水時間的脫水效果Tab.2 Dehydration effect of different demulsifiers at different dehydration times at 60 ℃

由表2 可知，加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，熱化學(xué)脫水60 min，油中含水率為4.68%，進(jìn)入電脫水15 min 后，原油含水未檢出。

2.2 不同含水熱化學(xué)脫水效果

隨著開發(fā)階段的不同，原油含水逐步升高，破乳劑常有變化，脫水溫度也常有不同變化，且決定原油脫水成本。

2.2.1 低含水率

將單井混合采出液除去游離水，制備低含水率24.3%的油樣，加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，在不同溫度下進(jìn)行熱化學(xué)沉降脫水，實驗結(jié)果見表3。

由表3 可知，60 ℃下加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，熱化學(xué)脫水60 min，原油含水率為3.4%，進(jìn)入電脫水15 min，原油含水率未檢出。

2.2.2 中含水率

將單井混合采出液除去游離水，制備含水率為36.0%～40.9%的油樣，4#藥劑在不同溫度下進(jìn)行熱化學(xué)沉降脫水，實驗結(jié)果見表4。

由表4 可知，55 ℃下加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，熱化學(xué)脫水60 min，原油含水率為9.05%，電脫水15 min 后，原油含水率未檢出。

2.2.3 高含水率

考慮到不同地層不同開發(fā)階段產(chǎn)出液在三相分離器出口端含水率的變化情況，制備了55.7%的高含水油樣，開展4#藥劑破乳試驗，結(jié)果見表5。

表5 不同溫度下高含水率原油熱化學(xué)脫水效果Tab.5 Thermochemical dehydration effect of high water content crude oil at different temperatures

由表5 可知，50 ℃下，加入濃度為75 mg/L 的4#藥劑，熱化學(xué)脫水60 min，油中含水率4.5%，電脫水15 min 后原油含水率未檢出。

2.3 不同條件下不同破乳劑脫水效果對比

不同破乳劑、脫水溫度、含水率條件下電脫效果對比詳見表6。

表6 不同條件下電脫效果對比Tab.6 Comparison of electric dehydration effects under different conditions

由表6 可知，原油不同含水率時，投加濃度為75～100 mg/L 的4#藥劑，電脫水出口原油含水率都可保證≤0.5%。

2.4 試驗結(jié)論

（1）按含水率將原油分類為低含水率（24.3%）、中含含水率（30%～40%）及高含水率（＞50%）三類，加入濃度為75～100 mg/L 的4#藥劑，在55～60 ℃下熱化學(xué)脫水1 h 后，電脫水15 min，原油含水率未檢出。

（2）綜合實驗結(jié)果，本工程原油處理確定采用三相分離+熱化學(xué)脫水+電化學(xué)脫水工藝流程。三相分離先脫出游離水，降低能耗；熱化學(xué)脫水選擇120 min；電化學(xué)脫水選擇45 min；集油區(qū)已進(jìn)行端點加藥，處理站內(nèi)可補充部分破乳劑，加藥濃度100 mg/L。

3 工藝設(shè)計

目前國內(nèi)原油地面開發(fā)持續(xù)推進(jìn)一體化集成裝置研發(fā)與規(guī)模推廣[5]，原油脫水最常用的還是傳統(tǒng)且發(fā)展最為完備的熱化學(xué)法和電化學(xué)法[6]。雖然采用多功能（一體化）“加熱緩沖段+油水室+電脫段”[7]、“油氣分離、加熱及熱脫+電脫”[8]、“三相分離+熱化學(xué)+緩沖+電脫”[9-10]、“熱脫+緩沖+電脫”[11]已有報道，但該設(shè)計功能組合處理致密油采出液還未有研究。

3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

為節(jié)省能耗不加熱游離水，該一體化裝置只將加熱、熱化學(xué)脫水、原油緩沖及電脫水處理功能集成在裝置內(nèi)，設(shè)計壓力為0.6 MPa、工作壓力為0.4 MPa，設(shè)計溫度為100 ℃、工作溫度為90 ℃。一體化原油脫水裝置詳見圖2。

圖2 一體化原油脫水裝置Fig.2 Integrated crude oil dehydration device

油區(qū)來液（30～60 m3/h、20～25 ℃、設(shè)計壓力為≤0.6 MPa）先進(jìn)集油管匯，投加濃度為100 mg/L破乳劑后進(jìn)一體化裝置加熱段，加熱2 h，加熱段為火桶加熱爐，來液溫度、進(jìn)熱化學(xué)脫水段溫度閉環(huán)控制燃燒器進(jìn)氣量及風(fēng)量，保證進(jìn)化學(xué)脫水段溫度≥55 ℃；加熱爐后上部引液進(jìn)熱化學(xué)脫水段前端中下部進(jìn)液及布液，停留1 h 后，在線檢測脫水原油含水率≤15%，從堰板進(jìn)入緩沖段；緩沖0.5 h 從前端下部進(jìn)電脫水段，下部均勻布液，中上部橫豎掛相間布置脫水電極，采用高頻導(dǎo)電極方式供電，防止電極結(jié)垢，電脫水段后端上部出液，上部出合格原油。

加熱、熱化學(xué)脫水、原油緩沖及電脫水四段隔板均設(shè)有連通壓力平衡孔，頂部氣回收進(jìn)低壓天然氣系統(tǒng)，底部設(shè)有放水閥；加熱段設(shè)置安全放空系統(tǒng)，加熱段、緩沖段設(shè)有液位計，加熱、熱化學(xué)脫水底部設(shè)有排泥系統(tǒng)。

3.2 設(shè)計參數(shù)

（1）加熱段。處理量1 200 m3/d；停留時間120 min；來液溫度20～25 ℃；出液溫度60 ℃。

（2）熱化學(xué)脫水段。處理量1 200 m3/d；停留時間60 min；出油含水率≤15%；污水含油濃度≤1 000 mg/L。

（3）緩沖段。處理量1 200 m3/d；停留時間15～30 min。

（4）電化學(xué)脫水段。處理量1 000 m3/d；停留時間45～60 min；出油含水率≤0.5%；污水含油濃度≤1 000 mg/L。

3.3 對比

一體化裝置與常規(guī)設(shè)備設(shè)計對比見表7。

表7 一體化裝置與常規(guī)設(shè)備對比Tab.7 Comparison between integrated devices and conventional equipment

對比常規(guī)設(shè)備，一體化裝置省去了設(shè)備間連接管匯、閥門及安全泄放系統(tǒng)，減少了現(xiàn)場施工工程量，提高了工程質(zhì)量；統(tǒng)計后可以簡化流程、工廠化預(yù)制，縮短工程及建設(shè)工期及投資20%以上。

4 現(xiàn)場運行

2021 年10 月底投運，來液量為820～955 m3/d，含水率67.5%～78.6%；一體化裝置正常投運時加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，55 ℃進(jìn)入電脫水，出口含水率及污水含油濃度見圖3。

圖3 一體化裝置出口含水率及污水含油濃度Fig.3 Integrated device outlet water content and sewage oil concentration

由圖3 可知，一體化裝置出口含水率0.185%～0.348%，污水含油濃度為148～347 mg/L，達(dá)到GB 50350—2015《油田油氣集輸設(shè)計規(guī)范》要求。

5 結(jié)論

（1）該壓裂返排液中使用的主要成分是羥丙基胍膠。

（2）常溫（30～45 ℃）條件下，原油脫水處理不達(dá)標(biāo)，選6 種破乳劑在60 ℃下分別測試50、75、100 及200 mg/L 投加量和脫水時間15、30、45、60、90 及120 min 熱化學(xué)脫水效果，加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑脫水可達(dá)標(biāo)。

（3）設(shè)計了集加熱、熱化學(xué)脫水、原油緩沖及電化學(xué)脫水一體化原油脫水裝置，該裝置出油含水率達(dá)到了≤0.5%。

（4）一體化原油脫水裝置可以簡化流程、工廠化預(yù)制，縮短工程及建設(shè)工期及投資20%以上。