高含水油田預(yù)分水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

楊 蕾 宋 奇 郭 鵬 羅江濤 錢國全

中國石化江蘇油田分公司工程技術(shù)研究院, 江蘇 揚(yáng)州 225009

0 前言

1 高含水采出液生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 污水無效加熱能耗大

圖1 含水率與加熱能耗關(guān)系

1.2 加重個別聯(lián)合站設(shè)備處理負(fù)荷

當(dāng)高含水采出液輸送至聯(lián)合站后,造成個別聯(lián)合站系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行,同時來液量過高時,三相分離器來不及處理,部分原油直接進(jìn)入污水處理系統(tǒng),導(dǎo)致污水中含固相顆粒、含油偏高,部分污水水質(zhì)不達(dá)標(biāo),從而影響整個注水系統(tǒng)效率,但改造擴(kuò)大聯(lián)合站處理系統(tǒng)不僅受空間位置限制,而且投資成本高。

1.3 浪費(fèi)大量的清水資源

一些偏遠(yuǎn)區(qū)塊,由于無污水回注系統(tǒng),地層能量嚴(yán)重不足,只能以附近河水作為注入水源,不僅浪費(fèi)了大量的清水資源,而且該區(qū)塊的產(chǎn)出水拉運(yùn)至聯(lián)合站集中處理,還增加了拉液費(fèi)用和污水處理成本,同時若地層與清水不配伍,還極易引起地層水敏傷害、微粒運(yùn)移,造成地層滲透率下降。

1.4 加劇聯(lián)合站污水剩余

部分聯(lián)合站產(chǎn)水本來就有剩余,以CZ聯(lián)合站為例,實(shí)際處理量1 450 m3/d,回注量1 310 m3/d,140 m3/d 產(chǎn)水過剩,而C 7拉油點(diǎn)的采出液拉運(yùn)至CZ站,無疑加劇了該聯(lián)合站污水剩余,前期將其多余水直接進(jìn)入原油儲罐,影響了站庫原油外銷,2017年7月17日將3#罐600 m3底水切入2#罐,雖然解決了污水剩余問題,但非長久之計(jì)。

1.5 原油乳化增加,集輸動力消耗高

因此,在低油價的新形勢、新常態(tài)下,隨著高含水期產(chǎn)液量逐年增大,實(shí)施預(yù)分水技術(shù),盡早將污水分離出來,減少污水流動環(huán)節(jié),可有效降低后端油水處理系統(tǒng)負(fù)荷、能耗及運(yùn)行成本,預(yù)分水技術(shù)思路見圖2。

圖2 預(yù)分水技術(shù)思路

2 預(yù)分水技術(shù)研究

針對高含水采出液給油田生產(chǎn)帶來的危害,各大油田采取的措施是在采出液進(jìn)入三相分離器前端,設(shè)置1臺預(yù)分水裝置,提前將大部分污水分離出來,或是在井場、分壓泵站、中轉(zhuǎn)站進(jìn)行低溫預(yù)分水,分出的污水再進(jìn)入小型的污水處理裝置,處理達(dá)標(biāo)后直接回注地層,而低含水原油輸送至聯(lián)合站進(jìn)行集中處理。從目前調(diào)研情況看,常用的預(yù)分水技術(shù)有仰角式油水分離技術(shù)、串聯(lián)式水力旋流器分離技術(shù)、高效三相分離技術(shù)及低溫破乳技術(shù)[1-4]。

2.1 仰角式油水分離技術(shù)

仰角式油水分離器的工作原理是高含水油水混合物進(jìn)入設(shè)備后,首先在密度差的作用下,油相聚集于容器的上段,水相聚集在容器的下段;而后油相聚集段的水滴在重力的作用下,不斷從油連續(xù)相中沉降下來,脫除油相中的水;而水相聚集段的油滴在浮力的作用下,不斷從水連續(xù)相中浮升上來,除去水相中的油。俄羅斯和歐美國家已廣泛推廣應(yīng)用[5-7]。

相比于傳統(tǒng)重力分離裝置,該裝置與水平面呈一定角度,增加了油滴的浮升面積,增大了排水口和油水界面的距離,減少了沉降時間。仰角式油水分離器見圖3。

圖3 仰角式油水分離器

國外先后開發(fā)出了兩種規(guī)格(直徑1.372 m×18.3 m和直徑0.9 m×18.3 m)的仰角式油水分離器,目前Genesis、Canoxy、卡克斯特等公司先后在世界各地推廣應(yīng)用了50多套仰角式分離器,仰角式油水分離器現(xiàn)場應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)見表1。從表1中可知,仰角式油水分離器脫水后水中含油量最低75 mg/L,可滿足高滲透油田回注要求。仰角式油水分離器先后在大慶、大港等油田得到推廣應(yīng)用,但分水效果不理想,且出水含油量在1 000 mg/L以上。

表1仰角式油水分離器現(xiàn)場應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

公司相對密度進(jìn)液量/(m3·d-1)脫前含水率/(%)出水量/(m3·d-1)脫后水含油量/(mg·L-1)氣量/(m3·d-1)Genesis0.825 15 500984 0007556 640Canoxy(也門)0.855 011 000907 750175-Alberta Energy0.972 54 470903 4801007 100Canoxy(卡克斯特)0.965 94 600902 300150-Canoxy(溫特那斯)0.979 23 800983 100300-Cabre0.855 02 400901 70075<1 416Dege0.849 82 129901 60075<1 416Lyse0.825 1994959471005 664Talisman0.934 0685713761504 729Wiser0.892 747375294125<1 416

優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡單、占地空間小、安裝靈活;投資成本僅為臥式分離器1/2到1/6。

缺點(diǎn):入口分液管處的速度分布不均勻,存在不同程度的旋流,易造成油水兩相在分界面處的摻混;出水含油量高。

2.2 串聯(lián)式水力旋流器分離技術(shù)

圖4 串聯(lián)式水力旋流器預(yù)分水流程

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單緊湊,占地面積小,投資少,采出液在裝置內(nèi)停留時間短,分離效率高,易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作及自動控制等,常應(yīng)用在海上油田。

缺點(diǎn):動力消耗大、設(shè)備易磨損,尤其在進(jìn)液口處,且出水波動大;分流比、流量及油珠粒徑對預(yù)分水效果影響較大。

2.3 高效三相分離技術(shù)

圖5 一體化預(yù)分水裝置實(shí)體圖

優(yōu)點(diǎn):處理效率高、運(yùn)行工況穩(wěn)定、管理方便、自動化程度高、整體吊裝。

缺點(diǎn):裝置整體造價高、占地和運(yùn)行費(fèi)用高。

2.4 低溫破乳技術(shù)

化學(xué)破乳雖然是最方便、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一,但目前已開發(fā)的低溫破乳種類少,且適應(yīng)性差,同時加入的破乳劑也可能導(dǎo)致后續(xù)污水處理難度加大,如何趨利避害有待進(jìn)一步深入研究。

3 結(jié)論

目前，各油田采用的預(yù)分水技術(shù)雖然在一定程度上起到了預(yù)分水的效果,但這些技術(shù)主要控制指標(biāo)是原油含水,對分離出的污水含油限制較少,造成了污水含油量在500～1 000 mg/L,而且常用的預(yù)分水裝置體積大、造價高、安裝不方便、分離效率低等,因此認(rèn)為預(yù)分水技術(shù)未來可能在以下幾個方向發(fā)展:

1)在研制高效預(yù)分水設(shè)備的基礎(chǔ)上,更加注重降低分出污水含油指標(biāo)的研究,使其脫出的污水滿足水質(zhì)要求,直接回注地層。

2)預(yù)分水裝置會逐漸向各技術(shù)的一體化、小型化、低投資和低成本等方向發(fā)展,如前端低溫破乳,后端旋流、氣浮、沉降、聚結(jié)等優(yōu)化集成,將預(yù)分水與污水除油合二為一,從而擴(kuò)寬技術(shù)的適用范圍,提高預(yù)分水設(shè)備的穩(wěn)定性和處理效率。