錦 16塊二元驅(qū)原油脫水集輸系統(tǒng)研究

白玉斌

(中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

錦 16塊二元驅(qū)原油脫水集輸系統(tǒng)研究

白玉斌

(中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

為確保遼河油田錦 16塊油藏持續(xù)有效開采,已轉(zhuǎn)變開發(fā)方式,開展二元化學(xué)驅(qū)三次采油工藝試驗(yàn)。轉(zhuǎn)變開發(fā)方式后,原油物性發(fā)生變化,原地面集輸系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)新的開采模式。通過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,確定出新集輸系統(tǒng)的脫水技術(shù),即二段大罐熱化學(xué)沉降脫水技術(shù)和二段電化學(xué)脫水技術(shù),并確定相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,兩種脫水技術(shù)均可滿足化學(xué)驅(qū)原油脫水工藝需要。同時(shí),提出 3個(gè)原油脫水工藝方案,通過對(duì)比分析,優(yōu)選方案 3為最佳脫水系統(tǒng)。

二元驅(qū);地面集輸系統(tǒng);原油脫水工藝;技術(shù)研究;錦 16塊

1 原油脫水系統(tǒng)現(xiàn)狀

遼河油田錦 16塊油藏于 1979年投入大規(guī)模開發(fā)建設(shè),所產(chǎn)原油為普通稀油,目前綜合含水率為 94.3%[1],含水原油輸往歡三聯(lián)合站處理。歡三聯(lián)合站距錦 16區(qū)塊 3.5 km,承擔(dān)錦州采油廠46%的稠油和錦 16塊稀油脫水任務(wù)。稠油和稀油進(jìn)站后混合,采用兩段熱化學(xué)沉降脫水工藝進(jìn)行脫水。地層中注入高濃度聚合物和表面活性劑后[2],采出液原油黏度增大,乳化程度增高[3],須將錦 16塊化學(xué)驅(qū)原油脫水系統(tǒng)從原有脫水系統(tǒng)中分離出來,實(shí)現(xiàn)分別輸送、分別儲(chǔ)集、分別脫水,以確保歡三聯(lián)合站原油生產(chǎn)系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。

2 油藏概況

錦 16塊油藏歷經(jīng) 30 a開發(fā)建設(shè),累計(jì)采出程度為 43.56%。區(qū)塊共有油井 141口,日產(chǎn)液為 5 726 t/d,日產(chǎn)油為 372 t/d,注水井 67口,日注水量為 7 232 m3/d。目前,該區(qū)塊開采特征為高含水率、高采出程度、高遞減率、低開發(fā)速度。物性參數(shù)見表 1。由于縱向和平面剩余油分布日趨復(fù)雜,挖潛難度加大,常規(guī)方法無(wú)法控制斷塊的含水上升和減緩產(chǎn)量的遞減趨勢(shì)。

表 1 遼河油田錦 16塊原油物性

3 室內(nèi)原油脫水實(shí)驗(yàn)

3.1 二元驅(qū)原油基本設(shè)計(jì)參數(shù)

二元驅(qū)原油采出液中含有一定量高分子聚合物和表面活性劑。據(jù)地質(zhì)研究數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)采出液中聚合物和表面活性劑含量。聚合物年含量高峰值為1 200 mg/L[4];表面活性劑含量為 20～50 mg/L,峰值為 200 mg/L。

3.2 兩段大罐熱化學(xué)沉降脫水工藝

3.2.1 熱化學(xué)脫水工藝原理

含水原油進(jìn)站后,升溫至最佳反應(yīng)溫度,添加一定量預(yù)脫水劑[5],進(jìn)入一段沉降罐,主要脫除原油中的游離水,脫水后原油含水在 30%以下。原油出一段沉降罐后,使用增壓泵提升壓力,進(jìn)入二段原油脫水加熱爐,加熱至最佳二段脫水溫度,加入破乳劑,進(jìn)入二段沉降罐,主要脫除乳化水,脫水后原油含水率達(dá)到 0.5%以下。

理論分析認(rèn)為,原油熱化學(xué)沉降脫水可分為破乳水滴聚結(jié)和水滴沉降 2個(gè)過程[6]。破乳劑首先在體系內(nèi)擴(kuò)散,然后占據(jù)油水界面,削弱乳狀液界面膜的強(qiáng)度,從而使乳狀液破乳,水滴開始聚結(jié)。隨后,由于油水間存在密度差,在重力作用下,水滴下沉,油滴上浮,從而實(shí)現(xiàn)油水分離。因此,選擇高效破乳劑是原油脫水的關(guān)鍵因素。

3.2.2 破乳劑復(fù)配

對(duì)遼河油區(qū)各類型破乳劑進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)對(duì)比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)稀油破乳劑和稠油破乳劑對(duì)化學(xué)驅(qū)采出液的脫水效果均不理想,主要表現(xiàn)在脫后中間層偏厚或脫出污水水色污濁。為進(jìn)一步提高脫水效果,進(jìn)行破乳劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)。

3.2.3 工藝參數(shù)優(yōu)選

(1)一段熱化學(xué)沉降脫水工藝最佳破乳劑選型為 JHQ-28、JHQ-30,最佳加藥量為 50～60 mg/L,最佳脫水溫度為 45～50℃。脫水后含水量小于 30%,最佳沉降時(shí)間為 4～6 h。

(2)二段熱化學(xué)沉降脫水工藝最佳破乳劑選型為 JHQ-28、JHQ-30,最佳加藥量為 250～300 mg/L,最佳脫水溫度為 60～65℃。脫水后原油含水 0.5%以下,最佳沉降時(shí)間為不小于 48 h。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相同聚合物含量條件下,表面活性劑含量越高,脫出污水水質(zhì)越差;相同表活劑含量下,聚合物含量越大,污水含油量越大。當(dāng)聚合物含量低于 600 mg/L時(shí),污水中懸浮物含量隨聚合物含量的增大而減少;高于 600 mg/L時(shí),污水中懸浮物含量隨聚合物含量增大而增加。污水含油量和懸浮物含量 2項(xiàng)指標(biāo)平均在 3 000 mg/L以下。

3.3 電化學(xué)脫水工藝

3.3.1 電化學(xué)脫水工藝原理

國(guó)內(nèi)采用化學(xué)驅(qū)開發(fā)的油田,原油脫水工藝以電化學(xué)脫水為主[7]。電脫水器脫水工藝流程分為2個(gè)階段。原油進(jìn)站升溫后,向其中添加一定量預(yù)脫水劑,原油流經(jīng)分離器內(nèi)置分離原件,實(shí)現(xiàn)油水初步分離[8-9]。脫水后原油含水率為 15% ～25%。低含水原油進(jìn)入二段原油脫水加熱爐,升溫后加入破乳劑,進(jìn)入二段電脫水器。在電場(chǎng)作用下,實(shí)現(xiàn)油水深度分離。處理后,原油含水指標(biāo)達(dá)到 0.5%以下。

3.3.2 電化學(xué)脫水實(shí)驗(yàn)

分別在 50、60、70℃的溫度梯度下,進(jìn)行電化學(xué)脫水實(shí)驗(yàn)。破乳劑加入量為 100 mg/L,電場(chǎng)強(qiáng)度為 0.2～1.2 kV/cm,原油含水率為 5%～30%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)原油含水率為 15%、20%、30%時(shí),在 0.6～1.2 kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度下無(wú)法建立穩(wěn)定電場(chǎng),0.2～0.5 kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度下可建立穩(wěn)定電場(chǎng);當(dāng)原油含水量為 10%時(shí),0.9～1.2 kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度下無(wú)法建立穩(wěn)定電場(chǎng),0.2～0.8 kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度可建立穩(wěn)定電場(chǎng);當(dāng)原油含水量為 5%時(shí), 0.2～1.2 kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度可建立穩(wěn)定電場(chǎng)。

一般情況下,電脫水器進(jìn)口原油的含水量為15%～30%,因此確定采用 2級(jí)電場(chǎng)脫水。初級(jí)采用 0.4 kV/cm低壓電場(chǎng)脫水,待含水率降至 10%以下時(shí),改換 0.6～0.8 kV/cm高壓電場(chǎng)脫水。最終原油含水率可達(dá) 0.5%以下。確定基本脫水參數(shù)后,通過正交實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)一步優(yōu)化脫水工藝。正交實(shí)驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)參數(shù)見表 2。實(shí)驗(yàn)不考慮弱電場(chǎng)的變化影響,強(qiáng)電場(chǎng)作用時(shí)間為 20、30、40 min,沉降時(shí)間為 10 min。

表 2 正交實(shí)驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表 3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析(表 4)。

由表 4可以看出,水平平均值為 3時(shí)脫水效果最好,水平平均值為 1時(shí)脫水效果最差;極差大小順序?yàn)槊撍疁囟?、破乳劑含量、電?chǎng)強(qiáng)度、脫水時(shí)間。脫水溫度影響最大,破乳劑含量、強(qiáng)度影響效果很相近,脫水時(shí)間影響最小。

表 4 正交實(shí)驗(yàn)直觀分析

綜上所述,確定最佳電化學(xué)脫水工藝參數(shù)。

(1)一段分離器壓力沉降脫水工藝最佳破乳劑為 JHQ-28或 JHQ-30,最佳加藥量為 50～60 mg/L,最佳脫水溫度為 45～55℃,沉降時(shí)間為 45 min以上。

(2)二段電化學(xué)脫水工藝最佳破乳劑為 JHQ-30,最佳破乳劑的加入量為80～100 mg/L,最佳脫水溫度為 60～70℃。電場(chǎng)形式為交流電場(chǎng),一級(jí)電場(chǎng)強(qiáng)度為 0.4 kV/cm,加電場(chǎng)作用時(shí)間為 10 min;二級(jí)電場(chǎng)強(qiáng)度為 0.7～0.8 kV/cm,加電場(chǎng)作用時(shí)間為 30～40 min。最佳沉降時(shí)間為 10 min以上。

4 原油脫水集輸方案

4.1 方案設(shè)計(jì)優(yōu)選

(1)方案 1:利用錦一聯(lián)已建工藝設(shè)備,改造脫水工藝流程。在原流程基礎(chǔ)上,分離出獨(dú)立的脫水系統(tǒng),采用兩段大罐熱化學(xué)沉降脫水工藝進(jìn)行脫水。處理后原油一部分用于錦一聯(lián)附近稠油區(qū)塊摻稀油生產(chǎn),剩余原油輸往歡三聯(lián),用于錦州采油廠南部稠油區(qū)塊摻稀油。

(2)方案 2:就地新建錦 16塊原油脫水和污水處理站,采用一段分離器壓力沉降脫水、二段電化學(xué)脫水工藝進(jìn)行脫水。處理后原油輸往歡三聯(lián),進(jìn)入歡三聯(lián)摻稀油系統(tǒng)。

(3)方案 3:新建化學(xué)驅(qū)原油脫水站和污水處理站,處理后原油進(jìn)入歡三聯(lián)摻稀油系統(tǒng)。

經(jīng)過技術(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),方案 1投資最少,但不能準(zhǔn)確衡量二元化學(xué)驅(qū)最佳操作參數(shù)和效果,無(wú)法達(dá)到先導(dǎo)試驗(yàn)所確定的目標(biāo);方案 2可較好地實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)試驗(yàn)?zāi)康?確定適合二元化學(xué)驅(qū)原油脫水的最佳操作參數(shù)和耗能指標(biāo),但投資較高;方案 3充分利用已建歡三聯(lián)附屬設(shè)施和場(chǎng)地,投資額居其他 2方案之間,既滿足化學(xué)驅(qū)原油獨(dú)立脫水的生產(chǎn)目標(biāo),又可實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)試驗(yàn)?zāi)康?因此推薦采用方案 3。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

根據(jù)方案 3所確定的技術(shù)路線,設(shè)計(jì) 10× 104t/a規(guī)模的原油脫水站 1座,投資為 1 151×104元。采用增量經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法,按照中石油經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)注,原油價(jià)格按照 40美元/桶計(jì)算,預(yù)計(jì)財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率可達(dá)到 24.77%,預(yù)計(jì)投資回收期為 4.64 a,符合中石油投資評(píng)價(jià)目標(biāo)要求。對(duì)財(cái)務(wù)敏感性進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,目標(biāo)財(cái)務(wù)收益率為 12%時(shí),原油價(jià)格承受指標(biāo)為 31.62美元/桶,投資和成本承受指標(biāo)為 20%,項(xiàng)目計(jì)算投資回收期為 5.51 a。由此可知,該項(xiàng)目的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益良好。

5 結(jié) 論

(1)錦 16塊開發(fā)方式由注水開發(fā)轉(zhuǎn)換為化學(xué)驅(qū)開發(fā)后,需建設(shè)獨(dú)立的原油脫水和污水處理系統(tǒng)。

(2)兩段大罐熱化學(xué)沉降脫水和電化學(xué)脫水這 2種脫水工藝均可滿足化學(xué)驅(qū)原油脫水要求。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,推薦采用電化學(xué)脫水工藝。

(3)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,以往在遼河油區(qū)常用的優(yōu)質(zhì)稀油破乳劑和稠油破乳劑對(duì)化學(xué)驅(qū)采出液的脫水效果均不理想,主要表現(xiàn)為脫水后中間層厚或脫出污水水色差。

(4)針對(duì)錦 16塊化學(xué)驅(qū)原油復(fù)配的破乳劑JHQ-28和 JHQ-30脫水效果較好,脫水后中間層較薄,污水水色好。

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編輯 周丹妮

TE868

A

1006-6535(2010)05-0090-03

20100112;改回日期:20100610

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大開發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目“遼河錦 16塊二元復(fù)合驅(qū)開發(fā)試驗(yàn)”(石油計(jì)字〔2009〕428)

白玉斌 (1960-),男,高級(jí)工程師,碩士,1983年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),現(xiàn)從事油氣田開發(fā)地面工程科研、設(shè)計(jì)工作。