稠油處理系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)工藝措施

李佳勝利油田河口采油廠，山東東營(yíng) 257200

稠油處理系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)工藝措施

李佳
勝利油田河口采油廠，山東東營(yíng) 257200

稠油處理的高能耗問(wèn)題是油田開(kāi)發(fā)中后期集輸系統(tǒng)所面臨的重點(diǎn)課題，結(jié)合勝利油田河口采油廠稠油處理情況，對(duì)高能耗原因進(jìn)行分析，結(jié)果表明工藝流程長(zhǎng)、前端處理效果差和脫水溫度高是造成稠油處理系統(tǒng)能耗大的主要原因，提出了優(yōu)化分離器處理工藝、應(yīng)用自控系統(tǒng)和污水余熱回收利用等措施，各項(xiàng)措施在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用提升了油水分離效果，降低了加熱負(fù)荷，有效降低了脫水系統(tǒng)能耗。并指出稠油處理的下一步節(jié)能工作重點(diǎn)應(yīng)放在如何利用高效設(shè)備降低處理溫度上，以進(jìn)一步降低稠油處理成本。

稠油處理；節(jié)能降耗；油氣集輸

1　概述

隨著油田開(kāi)采進(jìn)入中后期和采油技術(shù)的不斷更新，一些稠油、超稠油等區(qū)塊的開(kāi)采程度正在逐漸加深，各油區(qū)稠油采出比例不斷增加［1-2］。以勝利油田河口采油廠為例，2014年稠油產(chǎn)量為80.4萬(wàn)t，占全年總產(chǎn)量的30.6%。稠油處理中存在脫水溫度高、工藝流程長(zhǎng)等問(wèn)題，加劇了聯(lián)合站的能耗成本。因此，通過(guò)采取合理的工藝優(yōu)化措施，降低系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)降本增效，是今后油田生產(chǎn)需要解決的重要課題。近年來(lái)，河口采油廠針對(duì)各集輸站庫(kù)稠油處理量、油品性質(zhì)的不同，因地制宜，采取了一些行之有效的工藝優(yōu)化和技術(shù)更新措施，有效地降低了稠油處理能耗。

2　稠油處理現(xiàn)狀

河口采油廠目前共有4座聯(lián)合站承擔(dān)著稠油處理任務(wù)，各聯(lián)合站稠油處理量、油品性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1　　各聯(lián)合站稠油處理情況

從表1可以看出，4座聯(lián)合站中有2座為稠油站庫(kù)，1座為特稠油站庫(kù)，1座為超稠油站庫(kù)，且綜合含水率均在90%以上。

目前，各稠油站庫(kù)所采用的處理工藝主要為兩段式熱化學(xué)處理工藝，其中一段為“三相分離器+加熱爐”工藝，二段為“破乳劑+大罐沉降”工藝，每段中根據(jù)實(shí)際情況處理級(jí)數(shù)有所區(qū)別。另外，2座特（超）稠油站庫(kù)還有摻稀油處理工藝，用于原油的降黏和降密度處理，便于進(jìn)一步的脫水處理。

3　稠油處理中高能耗問(wèn)題分析

要解決稠油處理過(guò)程中存在的高能耗問(wèn)題，需要結(jié)合能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)參數(shù)等綜合分析，確定出能耗高的原因和工藝節(jié)點(diǎn)，才能有針對(duì)性地提出優(yōu)化方案。目前，集輸站庫(kù)的主要能源消耗為電能和燃?xì)猓ㄓ停┑?，以河口采油廠為例，對(duì)稠油處理聯(lián)合站的能耗點(diǎn)及高能耗原因進(jìn)行分析。

3.1工藝流程長(zhǎng)，壓力損失大

在油田開(kāi)發(fā)前中期時(shí)，井排來(lái)液含水率并不高（約50%～70%），進(jìn)站液量較少。因此，在以往的工藝流程中，為了提高分水器處理稠油的運(yùn)行效果，常采用增加一段工藝設(shè)備級(jí)數(shù)的方式。

例如，在河口采油廠陳莊站原采用的一段工藝為“兩級(jí)三相分離器、兩級(jí)加熱爐”，工藝流程為：井排來(lái)液→一級(jí)分離器→一級(jí)加熱爐→二級(jí)分離器→二級(jí)加熱爐→臥式緩沖罐→二段工藝。

由于一段工藝流程長(zhǎng)，采用設(shè)備均為壓力容器，其中加熱爐由于換熱效率的需要和內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制，壓力損失常常超過(guò)0.1 MPa。“兩級(jí)分離、兩級(jí)加熱”的工藝使得井排回壓超過(guò)0.55 MPa，增加了上游接轉(zhuǎn)站、井口的動(dòng)力設(shè)備負(fù)荷，增加了電能消耗。同時(shí)，隨著管道運(yùn)行年限的增加，其強(qiáng)度不斷降低，過(guò)高的運(yùn)行壓力也增加了管道穿孔的隱患，易造成環(huán)境污染等。

3.2前端處理效果差，加熱負(fù)荷重

隨著稠油區(qū)塊的不斷開(kāi)發(fā)，來(lái)液含水量不斷升高（目前綜合含水已經(jīng)超過(guò)90%），來(lái)液量不斷增大，分離器的處理效果已經(jīng)大幅下降。

以陳莊站為例，原有的兩級(jí)分離器中的一級(jí)分離器已經(jīng)超過(guò)其最大處理能力，分離效果變差，一級(jí)分離器出油含水超過(guò)70%。由于水的比熱容幾乎是原油比熱容的2倍，高含水原油進(jìn)入加熱爐后，大幅增加了加熱爐的負(fù)荷，加熱爐出口溫度難以控制，導(dǎo)致大量的燃料損失。

以義和站為例，雖然分離器處理量能夠滿足需要，但由于油品性質(zhì)差，運(yùn)行溫度低于50℃，原油流動(dòng)性較差，分離器出油含水量居高不下（70%～75%），同樣加劇了加熱爐的負(fù)荷，造成大量燃料損失。

因此，目前情況下，分離器的主要作用已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x來(lái)液中的游離水和天然氣，其脫水功能已經(jīng)完全弱化，作用不明顯。

3.3脫水溫度高，熱量損失大

由于稠油油品性質(zhì)的特點(diǎn)，其黏溫曲線拐點(diǎn)溫度更高。因此，根據(jù)水滴在原油中的沉降經(jīng)驗(yàn)公式——斯托克斯公式（式（1））可知，原油脫水的速度與原油黏度成反比，即黏度越低，脫水速度越快。

式中：Vd為水滴沉降速度，m/s；為水滴直徑，m；ρw為水密度，kg/m3；ρo為油密度，kg/m3；μ為油黏度，Pa·s。

為此，原油的降黏方式主要有兩種，一種為摻稀油改性，一種為升溫降黏。目前，河口采油廠的現(xiàn)狀顯示稀油量逐漸下降且黏度也在逐年升高，因此，摻稀油改性的效果受到一定的制約。而稠油站庫(kù)的脫水溫度已普遍高于80℃，部分站庫(kù)（陳莊站、陳南站）甚至接近90℃。較高的脫水溫度不僅增加了加熱爐的燃料消耗，而且在沉降罐中形成的大量高溫污水直接進(jìn)入污水站（污水站處理溫度50℃即可），不僅造成大量熱能資源浪費(fèi)，也加劇了污水處理設(shè)備的腐蝕。

4　稠油處理工藝優(yōu)化措施及效果

通過(guò)對(duì)稠油處理站庫(kù)的工藝流程和生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其能耗點(diǎn)主要在一段流程上，其造成的壓力損失（間接產(chǎn)生電能損失）、熱能損失，使稠油站庫(kù)的處理成本長(zhǎng)期處于較高水平。因此，應(yīng)對(duì)一段工藝進(jìn)行優(yōu)化，降低系統(tǒng)壓力，減少熱能損失，提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

4.1簡(jiǎn)化前端流程，降低系統(tǒng)壓力

以陳莊站為例，針對(duì)分水器超負(fù)荷運(yùn)行和井排壓力超高問(wèn)題，對(duì)前端工藝進(jìn)行改進(jìn)，將現(xiàn)有的“二級(jí)分離、二級(jí)加熱”流程改為“一級(jí)分離、一級(jí)加熱”流程，將所有分水器和加熱爐分別并聯(lián)運(yùn)行，并對(duì)井排來(lái)液進(jìn)行合理分配，提高分水器處理能力，降低加熱爐阻力損耗。

同時(shí)，對(duì)分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將原伴熱盤(pán)管拆除、將入口迷宮板改為波紋板整流板填料，以提高分離器的有效容積，提升分離器運(yùn)行平穩(wěn)性和處理效果。分離器內(nèi)部構(gòu)造改進(jìn)如圖1所示。

圖1　分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造

改造后，陳莊站分離器運(yùn)行壓力由0.5 MPa降至0.32 MPa，井排壓力由0.55 MPa降至0.39 MPa，使整個(gè)系統(tǒng)壓力下降超過(guò)0.15 MPa，以陳莊站日處理總液量19 000 m3計(jì)算，一年可節(jié)約動(dòng)力設(shè)備的電力消耗47.5萬(wàn)kW·h。

同時(shí)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，分水器流程改造后一級(jí)分離器平均出油含水比改造前降低了20%。陳莊站改造前，一、二級(jí)出油含水分別為65%和30%，一級(jí)從50℃加熱至70℃，二級(jí)從68℃加熱至90℃。改造后，出油含水45%（該含水已經(jīng)低于沉降罐進(jìn)液含水要求的50%，不會(huì)影響后端處理效果），由50℃加熱至90℃。經(jīng)過(guò)計(jì)算，加熱爐年節(jié)省天然氣124.36萬(wàn)m3（壓力101.325 kPa，溫度0℃），經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4.2應(yīng)用自控系統(tǒng)，精確控制參數(shù)

要保證各項(xiàng)工藝優(yōu)化措施在最優(yōu)參數(shù)情況下運(yùn)行，需要加強(qiáng)分離器設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)控制精度，通過(guò)精確的運(yùn)行調(diào)節(jié)，可以保證運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定，使節(jié)能效果最大化。因此，河口采油廠對(duì)大部分集輸站庫(kù)的分離器運(yùn)行進(jìn)行了自動(dòng)化控制改造，變?nèi)斯ふ{(diào)節(jié)為計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證調(diào)節(jié)的及時(shí)性和精確性。

分離器的自動(dòng)化控制是通過(guò)在沉降段安裝射頻導(dǎo)納油水界面儀、在油室安裝差壓式液位計(jì)、在分離器出氣處安裝壓力變送器，分別檢測(cè)分離器的運(yùn)行界面、油液位和壓力等參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。將檢測(cè)到的運(yùn)行參數(shù)信號(hào)傳遞至PLC中進(jìn)行處理，PLC根據(jù)上位機(jī)所設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)安裝在分離器出水、出油和出氣線上的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，保證分離器各參數(shù)能夠精確地處于所設(shè)置位置，實(shí)現(xiàn)分離器運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。分離器自動(dòng)控制原理如圖2所示。

通過(guò)自控設(shè)備的應(yīng)用，大幅提高了聯(lián)合站運(yùn)行參數(shù)控制的精確度，使節(jié)能降耗措施能夠最大程度地發(fā)揮作用，進(jìn)一步提高了節(jié)能降耗水平。

圖2　　分離器自動(dòng)控制原理示意

4.3污水余熱利用，降低加熱負(fù)荷

以義和站生產(chǎn)運(yùn)行情況為例，對(duì)其井排來(lái)油進(jìn)行黏溫實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)溫度由50℃升高至60℃時(shí)，其黏度可降低50%。同時(shí)對(duì)其作沉降脫水實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2可以看出，溫度從50℃升高至60℃時(shí)，脫水率提高10%。

表2　　義和站稠油脫水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

因此，可將沉降罐中底部出水（80℃）利用起來(lái)，回?fù)街辆艁?lái)液中，提高井排來(lái)液的溫度。在實(shí)際運(yùn)行中，回?fù)搅康拇_定原則是在不超過(guò)分離器運(yùn)行負(fù)荷的前提下，盡量提高來(lái)液溫度。由于目前井排來(lái)液的綜合含水率已超過(guò)90%，摻入游離水對(duì)于來(lái)液的乳化程度影響不大，該方案具有較好的可操作性。

通過(guò)在義和站實(shí)施污水回?fù)焦に?，稠油分離器的運(yùn)行溫度由50℃提高至60℃，分離器出油含水率也得到了較好提升，出油含水由之前的70%左右降低至55%，年節(jié)約加熱爐燃?xì)饬?7萬(wàn)m3（壓力101.325 kPa，溫度0℃）。

5　下一步改進(jìn)重點(diǎn)

通過(guò)上述工藝改進(jìn)措施，已能夠降低部分能源浪費(fèi)。但目前稠油站庫(kù)的脫水溫度仍然居高不下，過(guò)高的脫水溫度對(duì)能源的消耗量影響重大，下一步的研究重點(diǎn)應(yīng)該是如何降低稠油的脫水溫度，使其能夠在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)較好的脫水效果，進(jìn)一步降低燃料消耗。

在河口采油廠進(jìn)行過(guò)高效電脫水設(shè)備實(shí)驗(yàn)，該類設(shè)備與傳統(tǒng)電脫水原理相似，為交流電場(chǎng)振蕩聚結(jié)方式。由于特殊設(shè)計(jì)的電源設(shè)備提高了電場(chǎng)的頻率，形成了高頻電磁聚結(jié)電場(chǎng)，突破了傳統(tǒng)電脫水器對(duì)于進(jìn)液含水率的限制。同時(shí)，對(duì)處理油品的黏度要求不高，動(dòng)力黏度低于1 400 mPa·s即可。從高頻電聚結(jié)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，其處理效果良好，可替代至少兩級(jí)沉降罐，既減少了原油處理時(shí)間，同時(shí)原油脫水溫度也可進(jìn)一步下調(diào)。

在下一步節(jié)能措施中，可探索高頻電磁聚結(jié)設(shè)備的應(yīng)用，進(jìn)一步合理優(yōu)化處理工藝，在保證處理指標(biāo)的情況下，降低脫水溫度，實(shí)現(xiàn)能耗的進(jìn)一步降低。

6　結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)目前勝利油田河口采油廠稠油集輸處理過(guò)程中所遇到的高能耗問(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)稠油站庫(kù)處理過(guò)程中的主要節(jié)能潛力點(diǎn)在一段流程上。通過(guò)采取優(yōu)化前端工藝，應(yīng)用自控設(shè)備和污水余熱利用等技術(shù)手段，有效降低了稠油集輸系統(tǒng)的電力和燃料消耗，各項(xiàng)措施在油田稠油地面集輸處理工藝中均有較高的推廣價(jià)值。同時(shí)，本文也提出稠油處理中下一步節(jié)能降耗的重點(diǎn)是應(yīng)用新處理設(shè)備降低處理溫度，該措施能夠進(jìn)一步降低稠油處理成本，符合油田開(kāi)發(fā)后期的降本增效要求。

［1］馮叔初.油氣集輸與礦場(chǎng)加工 ［M］.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006.

［2］侯進(jìn)才，李慶國(guó)，魏立新，等.特高含水期脫水站簡(jiǎn)化優(yōu)化改造的實(shí)踐與分析［J］.節(jié)能，2010（3）：57-59.

Energy-saving Improvements ofHeavyOilProcessing System

LIJia
Hekou OilProduction Plant of ShengliOilfield，Dongying 257200，China

High energy consumption in heavy oil processing is an important problem of gathering and transportation system in the middle or late period of oilfield development.The analysis on the reasons of high energy consumption of heavy oil processing in Hekou Oil Production Plant of Shengli Oilfield is conducted.The results show that the main reasons are long process flow，low performance of the front-end processing and high temperature in dehydration.The measures of optimizing separator process，applying auto-controlsystem and reusing waste water heat are proposed to solve the problems. The field application of these measures increases oil-water separation efficiency，reduces heating load and gets a good energy-saving effect.In the meantime，the next key point of energy-saving in heavy oil processing is pointed out，that is how to utilize high efficiency equipment to reduce treatment temperature，which can further reduce processing costs.

heavy oilprocessing；energy saving and consumption reducing；oiland gas gathering and transportation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.018

李佳（1987-），男，陜西藍(lán)田人，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事油氣集輸工作。

Email：hkjslj@163.com

2015-04-10；

2015-11-08