原油含砂治理技術(shù)研究

賴 勇

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

某油田油井因井下套管穿孔，導(dǎo)致產(chǎn)層上部泥質(zhì)進(jìn)入井筒及下游生產(chǎn)流程，不但加重了堵塞問題，而且給分離器內(nèi)的油水分離處理帶來很大的難度。部分泥沙跟隨生產(chǎn)分離器的濕油進(jìn)入電脫器，致使下游換熱器、蒸汽加熱器堵塞嚴(yán)重。電脫器內(nèi)的乳化層增多，油水界面層不斷加厚，水中含有泥質(zhì)和懸浮物，電脫器的脫水脫鹽效果下降。通過提高電場電壓，以及加入破乳劑等常規(guī)處理工藝很難達(dá)到較好的效果，油品質(zhì)量受到影響。需定期將電脫器內(nèi)的乳化物排放到污油艙，致使老化油艙存總量增加。對(duì)于艙內(nèi)的老化油，工藝流程無法實(shí)現(xiàn)在線處理。針對(duì)以上存在的問題，開展井液中含泥沙問題的專項(xiàng)研究，尋求解決此問題的方法。

1 原油泥砂的危害分析

油井出砂是砂巖等油藏開采中比較常見的問題，砂主要成分是二氧化硅，硬度較高，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重磨損，同時(shí)容易造成各種閥門和泵密封損壞、點(diǎn)蝕、堵塞、沖蝕等危害，增加設(shè)備的檢修頻次，導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高。出砂破壞了地層的架構(gòu)，會(huì)改變油藏的油水剖面，對(duì)地層造成破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起地層坍塌，促使油藏環(huán)境復(fù)雜化，污染地質(zhì)油藏環(huán)境。影響油井井下設(shè)備如電潛泵及傳感器的正常運(yùn)行，影響油井產(chǎn)量和生產(chǎn)時(shí)率。對(duì)地面油水處理工藝設(shè)備的正常運(yùn)行更是很大的挑戰(zhàn)，加大了設(shè)備的故障率。

在某田生產(chǎn)工藝處理流程中，泥砂的存在對(duì)管道、泵體、閥門、等流程設(shè)施產(chǎn)生腐蝕。原油中的泥沙具有很強(qiáng)的吸油吸水性，這樣在油水中就促進(jìn)了乳化層的形成，增加了原油破乳難度，影響分離器和電脫器的分離效果，并對(duì)下艙干油和外排水質(zhì)產(chǎn)生影響。泥砂的存在，導(dǎo)致了板式換熱器和蒸汽加熱器油垢與硬鈣垢的板結(jié)，造成換熱器效率降低、檢修周期縮短及維修費(fèi)用升高。油田存在的這些問題，都直接或間接和原油中含的泥沙有關(guān)。要解決這些問題，一是解決油井井下出砂問題，如修復(fù)穿孔套管，但作業(yè)成本高，作業(yè)難度大；二是研究除砂工藝技術(shù)，去除地面工藝流程原油中的泥沙。

2 原油除砂設(shè)備及流程設(shè)計(jì)

2.1 原油除砂方法選擇

傳統(tǒng)分離方法主要有濾網(wǎng)過濾、沉降分離、靜態(tài)旋流器、離心機(jī)離心分離。傳統(tǒng)方法除砂效果不佳，濾網(wǎng)過濾阻力大，且分離程度受限。靜態(tài)旋流器離心強(qiáng)度較小，分離能力受限。離心機(jī)是靠原動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)來提供離心力，容易堵塞，清洗難度大。結(jié)合離心機(jī)和旋流器技術(shù)，產(chǎn)生一種新的分離方法，即采用動(dòng)態(tài)旋流器，其特點(diǎn)在于離心強(qiáng)度大，無壓力損失，適宜處理黏度大的介質(zhì)，除砂率高，處理量大。

2.2 動(dòng)態(tài)旋流器的基本原理

如圖1所示，帶有泥砂的原油由上部進(jìn)入旋流器，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)下使得原油獲得離心力從而不斷旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)工況及處理需要進(jìn)行調(diào)整，從而使旋流器處于最佳工況。泥砂的密度大于原油，原油由中心管匯上方管口向下進(jìn)入油出口，密度較大的泥砂由旋流器底部流出到下方的洗砂罐，從而實(shí)現(xiàn)原油中泥砂的分離。由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)作用，會(huì)使原油的動(dòng)能增加，這樣進(jìn)出口壓差非常小，處理過程中幾乎無壓力能損失。且底部的排砂口通暢，可以帶壓排砂，不易堵塞，從保證設(shè)備的連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 動(dòng)態(tài)旋流器原理圖

2.3 泥砂治理設(shè)計(jì)方案與技術(shù)

經(jīng)過對(duì)比分析，確定了除砂器的最優(yōu)安裝位置及處理工藝，如圖2所示。將除砂設(shè)備安裝在三相分離器濕油出口與下游蒸汽加熱器之間，在這個(gè)工藝點(diǎn)實(shí)現(xiàn)原油泥砂脫除，可以減輕和預(yù)防加熱器、換熱器的結(jié)垢，有效防止蒸汽加熱器的堵塞，保障蒸汽管式加熱器的原油通過率，以及下游電脫器內(nèi)原油的清潔度，使電脫器內(nèi)的油水分離良好，預(yù)減少老化油與黑水的形成，降低入艙原油的含水率。

在此工藝設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)分離器的含砂濕油進(jìn)入旋流器，實(shí)現(xiàn)固液分離。分離后的濕油進(jìn)入管式加熱器加熱，然后進(jìn)入電脫器進(jìn)行深度油水分離。旋流器出來的含油泥砂進(jìn)入調(diào)質(zhì)洗砂罐，經(jīng)過洗油處理后，進(jìn)入固液離心機(jī)，對(duì)固相泥砂進(jìn)行壓濾制成泥餅外運(yùn)。固液離心機(jī)分離出的液相，進(jìn)入生產(chǎn)分離器再處理，從而實(shí)現(xiàn)工藝處理無次生污染，提高處理效率。

圖2 除砂設(shè)備的安裝設(shè)計(jì)

由于泥砂的吸油吸水性，對(duì)含油泥砂不能直接進(jìn)行機(jī)械脫水操作，必須通過技術(shù)方式進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)。固液分離過程實(shí)際上是固體懸浮粒子群和液相相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程，而污泥的調(diào)質(zhì)則是通過加化學(xué)法來調(diào)整粒子群的性狀和排列狀態(tài)，使之適合不同脫水條件的預(yù)處理操作。污泥調(diào)質(zhì)能顯著改善固液分離效果，提高機(jī)械脫水性能。這里使用的化學(xué)法是往洗砂罐中加入混凝劑、洗砂劑、破乳劑等化學(xué)藥劑對(duì)含油污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)。洗砂劑、破乳劑對(duì)油水乳液進(jìn)行破乳，絮凝劑對(duì)懸浮固體顆粒進(jìn)行絮凝聚結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)油、水、泥砂的分離。從洗砂罐分離出的泥砂再通過固液離心機(jī)分離，形成純凈泥砂再壓制成泥餅外運(yùn)。

2.4 流程處理效果

某油田設(shè)施上兩臺(tái)三相分離器濕油實(shí)際總量為12 000桶/d。對(duì)生產(chǎn)分離器的濕油進(jìn)行取樣離心，在離心管底部有0.4%的沉淀物。實(shí)驗(yàn)室獲得原油在50℃時(shí)的黏度為106cP，60℃時(shí)的黏度為53cP。通過三相分離器處理后的濕油屬于高比重、高黏度、低含硫、低含蠟、低凝固、低溶解氣油比的重質(zhì)原油。濕油中的含砂粒徑中值為50μm，小于10μm比例為5%，小于32μm比例33%，小于100μm比例為70%，最大粒徑為500μm。通過工藝實(shí)驗(yàn)證明，通過除砂器的處理，原油中粒徑為100μm砂的去除率為98%；粒徑為 80μm砂的去除率為95%；粒徑為 50μm砂的去除率為82%；粒徑為 30μm砂的去除率為75%；粒徑為 20μm砂的去除率為60%；粒徑為10μm砂的分離效率在50%，除砂效果良好。

3 結(jié)論

海上油井出砂，改變了原油成分，其中針對(duì)泥砂對(duì)下游工藝流程的處理操作以及對(duì)設(shè)備結(jié)垢堵塞從而降低設(shè)備工況效率等典型問題，提出的原油泥砂治理設(shè)計(jì)方案有效。采用除砂器等設(shè)備來脫除原油中的泥砂，動(dòng)態(tài)旋流器結(jié)合了傳統(tǒng)靜態(tài)旋流器和離心機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢，幾乎無壓力損失，適宜處理黏度大的介質(zhì)，除砂率高，處理量大。整體的除砂效果良好，再通過化學(xué)法進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)，顯著改善了固液分離效果，提高泥砂的機(jī)械脫水性能。