熱電復(fù)合高效油水處理橇現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究

李忠芳 胡成勇 馬 全 張小偉

中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司北京分公司 北京市

一、概述

隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)，低滲透小斷塊油田、偏遠(yuǎn)油井的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視。由于小斷塊、偏遠(yuǎn)油田遠(yuǎn)離原油管輸系統(tǒng)，大多采用罐車(chē)?yán)偷姆绞?。進(jìn)入開(kāi)采后期，原油含水越來(lái)越高，如果不進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，則拉油就變成拉水，運(yùn)行成本大大增加。另外在油田開(kāi)發(fā)晚期，含水不斷增加，采出液乳化強(qiáng)度不斷加大，海洋平臺(tái)設(shè)備處理負(fù)荷越來(lái)越大，有限的空間對(duì)處理工藝及設(shè)備提出了更高的要求。雖然現(xiàn)有的重力式三相分離器技術(shù)比較完善，但其主要是針對(duì)油田初中期采出液。如用于處理深度乳化、高含水三次采油聚驅(qū)采出液，油水分離達(dá)不到指標(biāo)。

針對(duì)上述情況，將“熱化學(xué)沉降技術(shù)”和“電脫水技術(shù)”有機(jī)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)展熱電復(fù)合高效油水處理工藝設(shè)備研究，通過(guò)研制和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)形成了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱電復(fù)合高效油水處理設(shè)備[1]，并形成陸地油田和海上平臺(tái)油水處理橇裝化成套設(shè)備（圖1）。

圖1 工作原理流程圖

熱電復(fù)合原油處理器由火筒、煙囪及附件、殼體、全自動(dòng)燃燒器、防爆門(mén)、高效換熱元件、氣體預(yù)分離器、捕霧器、高效聚結(jié)器、全阻抗防爆變流電源、高壓電引入棒、組合式電脫水電極板、現(xiàn)場(chǎng)防爆操作盤(pán)、水沖洗設(shè)施、浮子液位調(diào)節(jié)器、油水界面調(diào)節(jié)器、水洗室、人孔、液位計(jì)、在線加水裝置、排砂系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x表、安全附件等組成（圖 2、3）。

圖2 功能區(qū)塊單線圖

圖3 熱電復(fù)合原油處理器剖視圖

二、應(yīng)用研究

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外聚驅(qū)采出液處理技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀分析，結(jié)合新疆聚驅(qū)采出液物性情況，深度挖掘超重力場(chǎng)、重力場(chǎng)、熱化學(xué)沉降分離技術(shù)及電脫水技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)研制了一套新型高度復(fù)合的處理工藝及設(shè)備（圖4），主要參數(shù)見(jiàn)表1。進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究[2]，具體研究?jī)?nèi)容：熱電復(fù)合原油處理器的油水分離性能；超重力分離裝置使用效果分析；化學(xué)藥劑加注量對(duì)原油脫水效果的影響；處理溫度對(duì)處理效果的影響分析；電脫電壓對(duì)處理效果影響分析。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

表1 熱電復(fù)合原油處理橇主要參數(shù)

三、試驗(yàn)過(guò)程及研究結(jié)論

1.試驗(yàn)過(guò)程

熱電復(fù)合原油處理橇在新疆油田七東1區(qū)聚合物驅(qū)工業(yè)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)油藏工程試驗(yàn)，為檢驗(yàn)預(yù)定的設(shè)計(jì)參數(shù)和目標(biāo)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的熱電復(fù)合原油處理器進(jìn)行多種指標(biāo)的測(cè)試，以確定裝置設(shè)計(jì)功能是否滿足要求，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)橇裝設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。

現(xiàn)場(chǎng)在設(shè)備上設(shè)置了16個(gè)溫測(cè)點(diǎn)，判斷原油的升溫情況；燃料氣流量測(cè)點(diǎn)1個(gè)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控其流量，判斷電機(jī)功率；取樣點(diǎn)20個(gè)，用于檢測(cè)油水界面以及檢測(cè)油中含水指標(biāo)和水中含油指標(biāo)，間隔取樣進(jìn)行分析。試驗(yàn)方案采用穩(wěn)定流量和加熱溫度狀態(tài)下控制化學(xué)藥劑加入量和電脫區(qū)加電壓，分別對(duì)超重力分離、熱化學(xué)沉降和電脫水功能模塊處理性能進(jìn)行測(cè)試，然后再進(jìn)行功能復(fù)合測(cè)試，分析處理撬多功能的綜合性能。通過(guò)20天的連續(xù)測(cè)試，部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 熱電復(fù)合橇試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

從5月14日到17日，設(shè)備在保持入口采出液體流量320～750m3/d，原油含水80%～95%，僅使用低倍數(shù)超重力發(fā)生器來(lái)進(jìn)行油水分離（專利號(hào)：ZL 200720190259.2，低倍數(shù)超重力場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)調(diào)節(jié)是通過(guò)是靠調(diào)節(jié)氣相管線上的壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，即是改變進(jìn)出口的壓差來(lái)控制超重力場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離，避免油水乳化加強(qiáng)），試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明超分離裝置實(shí)現(xiàn)了出口原油含水量從80%以上降低到5%，但出口水中含油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值。

從5月18日到22日，電脫區(qū)域加電壓至1.9MV，記錄數(shù)據(jù)顯示出口原油含水降低至3%，但出口水中含油量指標(biāo)未發(fā)生明顯變化，這表明電脫只針對(duì)油層發(fā)生作用，設(shè)備區(qū)域功能穩(wěn)定。

從5月24至6月3日，在熱化學(xué)沉降區(qū)域加入破乳劑，加注量為50×10-6，電脫區(qū)域電壓保持穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)上看出原油出口含水量降低至2%以下，水中含油量降低到1000mg/L以下，長(zhǎng)期保持在500mg/L，試驗(yàn)表明破乳劑效果明顯，在熱化學(xué)區(qū)域破乳效果好，使得后端電脫區(qū)域脫水效果增強(qiáng)。

2.試驗(yàn)結(jié)論

（1）低倍數(shù)超重力發(fā)生器的油水分離功能發(fā)揮較大的作用，含水率從80%左右的進(jìn)口原油經(jīng)過(guò)低倍數(shù)超重力發(fā)生器后含水率可降低為55%左右，其含水率的大小與低倍數(shù)超重力發(fā)生器的超重力場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小有關(guān)，其超重力場(chǎng)的壓差控制到15kPa最為適宜，其分離效果最佳，低于這個(gè)值，其超重力的強(qiáng)度偏低，分離后的含水率偏高，如果超過(guò)15kPa值，其超重力的強(qiáng)度偏高，水中含油指標(biāo)較好，但是含水率偏高，而控制其壓差為15kPa最為適宜，分離效果最佳。

（2）油井采出液的加熱溫度，對(duì)聚驅(qū)采出液破乳和沉降分離效果有很大的影響，一般情況下，加熱溫度越高，其油水分離的效果越好；而現(xiàn)場(chǎng)采出液的水中含油量及油中含水量并沒(méi)有隨采出液的加熱溫度升高而降低，溫度的變化對(duì)聚驅(qū)采出液的水中含水指標(biāo)及油中含水指標(biāo)都影響不大，這與往常的經(jīng)驗(yàn)完全不同，是什么原因?qū)崿F(xiàn)了低溫破乳脫水，有待進(jìn)一步的觀察。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著電脫電壓的升高，油水分離效果比較明顯，當(dāng)電脫電壓超過(guò)2.4MV的時(shí)候，出口采集樣本分析發(fā)現(xiàn)油中含水指標(biāo)和水中含油指標(biāo)高于規(guī)定值，且處理效果不再明顯提高，故電脫電壓最佳值為2.4MV。

（4）加藥對(duì)采出液的處理效果還是有較大影響，在未加藥的時(shí)，油水指標(biāo)都不合格，在加藥和增加電脫功能時(shí)，油水指標(biāo)全部合格；同時(shí)一級(jí)加藥還有可調(diào)余量，如果再進(jìn)行二級(jí)加藥，電脫的處理能力可以進(jìn)一步提高，整個(gè)處理工藝及設(shè)備具有較大的操作彈性。

（5）熱電復(fù)合原油處理設(shè)備綜合性能良好，成功將油井采出液進(jìn)行了高效處理，處理后原油含水指標(biāo)≤0.5%～5%,出口污水含油≤2000mg/L，滿足試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)要求。

四、試驗(yàn)研究評(píng)價(jià)

該試驗(yàn)裝置的成功投產(chǎn)，真正意義上將“熱化學(xué)沉降技術(shù)”和“電脫水技術(shù)”有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型熱電復(fù)合高效油水處理工藝和撬裝化裝置，解決了高含水油田聚驅(qū)采出液脫水難、運(yùn)行成本高的這個(gè)技術(shù)難題，讓現(xiàn)有的密閉流程適應(yīng)現(xiàn)階段油田開(kāi)發(fā)的要求。該新型熱電復(fù)合高效油水處理撬裝設(shè)備填補(bǔ)了聚驅(qū)采出液一站式脫水設(shè)備的空白，不僅適用于深度乳化、高含水的聚驅(qū)采出液，同樣適用于油品性質(zhì)較好、含水率較低的采出液的脫水，以及低滲透、小斷塊油田的開(kāi)發(fā)，及海洋石油的開(kāi)發(fā)，該技術(shù)的使用，將縮小液體停留時(shí)間，減小設(shè)備體積和占地面積。

在對(duì)國(guó)內(nèi)外聚驅(qū)采用液處理設(shè)備的相關(guān)資料進(jìn)行了大量的調(diào)研后，新型熱電復(fù)合高效油水處理設(shè)備在處理高含水、深乳化的聚驅(qū)采出液性能良好，處理后的油氣水指標(biāo)達(dá)到生產(chǎn)要求，標(biāo)志著原油脫水分離性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。橇裝化成套設(shè)備可使聚驅(qū)油田開(kāi)采能耗降低5%，運(yùn)行成本降低10%。按照年生產(chǎn)能力為100萬(wàn)噸油田，年節(jié)約成本約4400萬(wàn)元[3]。

該技術(shù)的推廣和應(yīng)用，將提高我國(guó)高難度采收油井的油氣集輸技術(shù)水平，提高老區(qū)塊油田綜合經(jīng)濟(jì)效益。

五、技術(shù)展望

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究過(guò)程中，除了成功驗(yàn)證本套裝置綜合性能外，還取得3個(gè)重要認(rèn)識(shí)，由這3個(gè)新認(rèn)識(shí)引出3個(gè)研究方向：一是油、水、泥分離技術(shù)的研究，二是利用溫度梯度增大操作彈性的研究，三是注聚采出液低溫脫水技術(shù)的研究。這些技術(shù)研究突破將使目前的油氣集輸處理技術(shù)水平和認(rèn)知獲得跨越式的提高，增加設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，降低能耗水平提高效益。廣大油氣處理設(shè)備的研究人員開(kāi)展這3個(gè)方向的研究工作，共同提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平。

1 王予新.專利名稱：熱電復(fù)合原油處理器；專利號(hào)：200810222513.1

2 宋鵬，舍莉.國(guó)內(nèi)首座熱電復(fù)合原油處理器投用新疆油田.中國(guó)石油報(bào).2008.06

3 王予新.高含水油田地面工程調(diào)整改造新技術(shù)研究.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科技項(xiàng)目技術(shù)研究報(bào)告.2009.09