塔河油田超稠油摻輕油降粘可行性研究

羅立新

(中國石化河南石油勘探局勘察設(shè)計研究院,河南南陽473132)

塔河油田超稠油摻輕油降粘可行性研究

羅立新

(中國石化河南石油勘探局勘察設(shè)計研究院,河南南陽473132)

塔河油田超稠油的開采與集輸主要采用摻稀油工藝,由于超稠油產(chǎn)量逐漸增加,稀油資源量已不能滿足生產(chǎn)需要,而化學(xué)降粘等工藝因不能解決后續(xù)脫水和外輸問題而不能大規(guī)模采用。因此,研究了采用本油田輕烴回收裝置生產(chǎn)的輕油作為稀釋劑進行超稠油降粘的可行性,并對經(jīng)濟實用性進行了分析,結(jié)果認為輕油可以代替摻稀油生產(chǎn)工藝。

塔河油田;超稠油;降粘;開采工藝;可行性

塔河油田西北部絕大部分產(chǎn)油為超稠油,其粘度遠遠高于我國稠油分類標(biāo)準(zhǔn)中超稠油的起點粘度(50 000mPa·s),多數(shù)油井原油密度大于1g/cm3。這種原油的井筒舉升和地面集輸(包括脫水)都存在很大困難,常規(guī)的加熱、摻水、乳化降粘等工藝或者應(yīng)用效果差,或者能耗和運行成本高。為了保證正常生產(chǎn),目前塔河油田10區(qū)、12區(qū)等主力超稠油區(qū)塊和其它區(qū)塊的超稠油油井普遍采用摻稀油降粘開采和集輸工藝。由于塔河油田自身稀油產(chǎn)量有限,而超稠油產(chǎn)量則逐年上升,稀油量已難以滿足該工藝需要,急需尋找其它的替代方案。本文分析了幾種工藝的優(yōu)缺點和對該油田的適應(yīng)性,并研究了采用輕烴回收裝置生產(chǎn)的輕質(zhì)油對超稠油進行稀釋降粘,實現(xiàn)較低溫度下舉升、集輸和脫水的可行性。

1 塔河油田超稠油基本組分和物性特征

表1是塔河油田西北部幾口代表性油井稠油組分和物性數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)顯示該油田稠油具有以下特點:

(1)含蠟量低,膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高。

(2)密度高,多數(shù)油井油樣密度大于1g/cm3。

表1 塔河油田西北部超稠油組分和物性數(shù)據(jù)

(3)粘度大,粘度范圍寬。粘度分布上既有普通稠油,也有90℃粘度達數(shù)百萬mPa·s的特超稠油。但多數(shù)為90℃粘度數(shù)萬mPa·s的典型超稠油。

(4)凝固點高。這一點與普通稠油和稀油有很大區(qū)別。由于油樣在凝固點測定儀工作溫度范圍內(nèi)粘度都很大,難以觀測到明確的傾點,但實際上油樣并沒有真正凝固,這使得凝固點測定按照現(xiàn)有方法無法準(zhǔn)確進行,使得報告數(shù)據(jù)均為大于50℃。

上述特點使得降粘技術(shù)成為該油田原油開采和地面集輸、處理系統(tǒng)的最大難點之一。

2 超稠油集輸技術(shù)現(xiàn)狀分析

我國的超稠油主要集中在遼河、克拉瑪依和塔河等油田,勝利、河南等油田也有分布。開發(fā)較早、規(guī)模較大、粘度較高且工藝較成熟的是遼河油田。國外目前開采的超稠油主要集中在加拿大、委內(nèi)瑞拉、阿曼等國家。國內(nèi)外超稠油開發(fā)采用的集輸降粘工藝主要有加熱、摻水、摻稀油、化學(xué)降粘等幾種。

2.1 加熱集輸工藝

加熱集輸工藝是通過提高產(chǎn)出液溫度來降低其粘度,達到輸送目的。加熱方式主要有摻蒸氣、摻熱水、雙管伴熱(蒸氣、熱水或?qū)嵊?、電伴熱(伴熱帶或集膚效應(yīng)加熱)以及井口加熱等。加熱集輸工藝技術(shù)成熟,簡單易行,因而應(yīng)用普遍,在稀油油田和普通稠油、特稠油油田均廣泛采用[1],特別是油田低含水開發(fā)期更為適用。其缺點是能耗較高,特別是對于超稠油,由于輸送所需溫度很高,熱損失更大,因而不宜直接采用。根據(jù)塔河油田超稠油粘溫曲線,許多生產(chǎn)井要正常輸送,需要加熱到100℃以上,有些甚至150℃仍難以輸送。另外,直接加熱法和伴熱法都難以延伸到油井井筒,不能解決井筒舉升問題。因此,加熱集輸工藝對塔河油田多數(shù)超稠油油井是不適合的。

2.2 摻水集輸工藝

摻水集輸工藝一般是將脫出的采出水回摻到井口,使集輸管線內(nèi)油水混合物的含水率超過其轉(zhuǎn)相點。此時管線中出現(xiàn)大量游離水,原油處于漂浮狀態(tài),隨水流動(這時并沒有形成真正的水包油型乳狀液),因而輸送阻力降低。該方法要求輸送溫度下,油相有一定的流動性,因而有時需要對摻水進行加熱。該工藝在遼河[2]、河南等普通稠油油田應(yīng)用較為成功。但對于超稠油而言,由于所需加熱溫度過高,該方法也不適用。

2.3 摻稀油降粘工藝

摻稀油降粘工藝是將一定比例的低粘度、高流動性的稀原油摻入稠油中,使混合油粘度達到輸送要求。該工藝的優(yōu)點是適用范圍廣(適合任何類型的稠油),效果可靠且易于實施。缺點是受到稀油量限制,且需要建設(shè)專門的摻稀管網(wǎng),投資較高。塔河油田超稠油目前主要采取這種方式。但由于稠油產(chǎn)量增長幅度高于稀油的增長,稀油很快將不能滿足摻稀開采需要,必須研究選擇其它降粘方案。

2.4 化學(xué)降粘技術(shù)

化學(xué)降粘技術(shù)是通過加入化學(xué)添加劑,使油或油水混合物的粘度或流動阻力降低。它分為兩種。一種稱為油溶性降粘劑,它加入到不含水或低含水的稠油中,能夠降低油的粘度。目前這種方法不僅加藥量大,并且降粘幅度有限。對超稠油,特別是部分特超稠油,即使降粘率達到90%,離正常輸送要求仍很遠,因而應(yīng)用范圍很小。另一種是乳化降粘,也稱為摻活性水降粘。它是通過乳化分散劑將油相分散于水相中,形成水包油的粗分散體系(不能形成真正乳化液,否則會造成脫水困難),從而使得表觀粘度大幅度降低,接近于水的流動性,因而在較低溫度下實現(xiàn)油水混合物的輸送。該方法在遼河、河南、勝利等油田都有成功應(yīng)用[3]。該方法的特點是油水混合物進入設(shè)備,流速降低后,油水即迅速分離,油相會恢復(fù)到其原來的粘度。因此,它只能解決超稠油從油井到處理站的輸送問題,無法解決脫水和外輸問題。這樣,對塔河油田而言,如果采用乳化降粘工藝的比例過大,聯(lián)合站混合油將難以脫水和外輸。并且為了保證輸送過程中的穩(wěn)定分散,在轉(zhuǎn)油站等中間環(huán)節(jié)還要采取特別的工藝措施。因此,在塔河油田全面或大規(guī)模推廣這項工藝也是不可行的。

綜上所述,目前塔河油田的超稠油開采還必須以摻稀油工藝為主。只有這種工藝才能有效降低油的真實粘度,保證超稠油的整個集輸、處理和外輸過程的正常運行。在稀油資源不足的形勢下如何尋找替代方法成為亟待解決的問題。

3 超稠油摻輕油降粘試驗

廈門大學(xué)柴靜等根據(jù)相似相容原理,研究了甲苯和汽油稀釋對新疆超稠油的降粘效果[4]。雖然降粘效果好,但由于甲苯和汽油價格高,不適合用于油田的產(chǎn)出液集輸。本研究采用油田原油穩(wěn)定和輕烴回收裝置回收的輕質(zhì)油為稀釋劑對超稠油進行降粘,并與摻稀油降粘進行對比,認為在稀油資源不足時,摻輕油降粘是一種可選的方案。

3.1 試驗樣品來源和性質(zhì)

本試驗所用輕油來自河南油田江河聯(lián)合站輕烴回收裝置,其組分構(gòu)成見表2。其它理化性能數(shù)據(jù):10%餾出溫度62℃;90%餾出溫度133℃;干點163 ℃;密度0.682g/cm3。

表2 輕油組分

對比試驗所用稀油為塔河油田摻稀生產(chǎn)所用稀油,50 ℃時粘度28.8mPa·s。

超稠油油樣為直接取自塔河油田的單井純稠油油樣(試油時取樣,未加藥或摻稀油)。

3.2 試驗方法

由于試驗所用輕油輕組分含量較高,如果將超稠油油樣加熱融化后摻入輕油,輕油會大量揮發(fā),導(dǎo)致試驗誤差。本試驗采取的方法是將室溫下的超稠油油樣切成片狀,慢慢加入輕油里進行攪拌、溶化。溶化均勻后用旋轉(zhuǎn)粘度計測定混合樣的粘度,必要時測試粘溫曲線。

為保證可對比性,摻稀油也采用同樣的方法進行。

3.3 試驗結(jié)果

TK1229和TK1242是塔河油田西北部兩口有代表性的油井,表3至表6是對這兩口井的降粘試驗結(jié)果。數(shù)據(jù)表明,摻輕油對塔河油田的代表性超稠油油樣有很好的降粘效果,且遠優(yōu)于摻稀油的效果。以 TK1242井油樣為例,若以粘度2 000mPa·s做為正常管輸必要的粘度參考值(經(jīng)驗值),1t輕油能在50℃溫度下輸送2.5t以上的稠油,而1噸稀油要輸送同樣量的稠油,需將輸送溫度提高到80℃。

試驗還發(fā)現(xiàn),輕油對不同油井的油樣降粘率有較大差別,這可能與油樣中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的分子量分布等性質(zhì)有關(guān),它們影響了這些成分在輕油中的溶解度。比如 TK1059井油樣,采用輕油稀釋時,粘度測定結(jié)果很不穩(wěn)定,變化范圍很寬,觀察發(fā)現(xiàn)混合油中有大小不一的塊狀、粒狀物,說明溶解不均勻。該井油樣常溫下基本為固體,外觀枯樹根狀,屬特超稠油,類似的還有AD15井等。但這類井在塔河油田西北部也是少數(shù)。

表3 TK1229井原油摻輕油降粘試驗數(shù)據(jù) mPa·s

表4 TK1229井原油摻輕油粘溫測試數(shù)據(jù) mPa·s

表5 TK1242井原油摻輕油降粘試驗數(shù)據(jù) mPa·s

表6 TK1242井原油摻稀油降粘試驗數(shù)據(jù) mPa·s

總之,摻輕油對超稠油有較為理想的降粘效果,但單井的具體摻入比例需通過試驗確定,以用最少的輕油量輸送最多的稠油。

4 摻輕油降粘的經(jīng)濟實用性分析

一種降粘技術(shù)除了必須技術(shù)上有足夠的降粘效果外,還必須經(jīng)濟上可行,且應(yīng)盡量滿足運行管理方便、環(huán)境友好、符合節(jié)能減排政策等要求。按照這些要求進行分析,我們認為摻輕油降粘有以下優(yōu)點:

(1)降粘效果好,優(yōu)于摻稀油降粘,基本能夠滿足塔河油田各類稠油降粘開采、集輸及后續(xù)處理的需要。

(2)用量省,約為稀油需用量的三分之一。

(3)價格較低。輕油一般為原油穩(wěn)定和輕烴回收裝置的副產(chǎn)品,價格比汽油、柴油等標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品低得多。

(4)輕油可以回收循環(huán)利用,不存在資源量的限制。摻輕油降粘的混合油到達末端后經(jīng)過簡單蒸餾即可回收,循環(huán)使用中消耗的實際上只是蒸餾分離的價值。由于輕油沸點低,分離能耗較小。在分離時,原油中原有的輕烴組分也一起分離出來,輕油量還會增加,補充集輸過程中的損耗。

(5)運行成本低。輕油本身粘度極低,所以泵送能耗很低,且不會因低溫而影響自身的輸送。配送管網(wǎng)基本不需采取保溫、加熱等措施,因而其輸送成本將顯著低于摻稀油方式。

(6)和化學(xué)乳化降粘相比,摻輕油降粘不僅是解決井筒舉升和區(qū)域集輸問題,并且徹底解決后續(xù)脫水處理以及外輸問題,取得一舉多得的效果。

該方法的局限性主要是當(dāng)末端處理廠(一般為煉油廠)距油田較遠時,輕油的運輸成本會升高。這時需要對經(jīng)濟、技術(shù)可行性進行系統(tǒng)的綜合評價。但對于塔河油田而言,由于距煉油廠較近,完全可以采取管輸方式。

5 結(jié)論

通過降粘試驗以及綜合分析,我們認為對塔河油田來講,摻輕油方式開發(fā)超稠油資源是在稀油資源不足的情況下的一種可行的降粘方式。

[1]吳德興.超稠油集輸?shù)陌闊峒夹g(shù)與優(yōu)化[J].油氣田地面工程,2000,19(2):19-20

[2]張春光.超稠油管輸技術(shù)的試驗研究及應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2003,(1):6-8

[3]劉峰.超稠油乳化降粘技術(shù)試驗研究[J].特種油氣藏,2005,12(2):82-84

[4]柴靜,彭雅娟,洪金慶,等.采用摻稀降粘法探索新疆超稠油的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2009,28(1):41-44

[5]蓋平原,趙延茹,沈靜,等.勝利油田稠油熱采工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].石油地質(zhì)與工程,2008,22(5):49-51

編輯:李金華

TE345

A

1673-8217(2010)01-0107-03

2009-09-02

羅立新,高級工程師,1963年生,1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)專業(yè),現(xiàn)從事油田地面工程研究設(shè)計工作。