高效分離器油室出口含水率偏高問(wèn)題分析及處理

李海波，張笑龍，劉政偉，徐 航，張俊杰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

0 引 言

某海上試采平臺(tái)具有試采、修井、油氣處理、原油儲(chǔ)存外輸?shù)榷囗?xiàng)功能，由于其本身結(jié)構(gòu)小、流程較短，隨著油井產(chǎn)能測(cè)試作業(yè)的需要，油井產(chǎn)液量波動(dòng)較大，處理系統(tǒng)的負(fù)荷變化較大，處理相對(duì)困難，使化學(xué)藥劑的用量不斷提高，盡管如此，高效分離器油室出口含水率依然偏高。高效三相分離器在原油系統(tǒng)中是極為重要的環(huán)節(jié)，是油氣水分離的主要裝置，由于加大了下游電脫水器等設(shè)備的處理壓力，造成了電力資源等的浪費(fèi)，并增加了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作量及設(shè)備日常操作的風(fēng)險(xiǎn)性。為達(dá)到設(shè)備管理操作要求，必須確定影響高效分離器油室出口含水率的主要原因，針對(duì)原因提出具體解決措施，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 高效分離器工作原理

本平臺(tái)高效分離器為臥式油、水、氣三相分離器，分為沉降加熱室、電極室和原油緩存室共3 個(gè)腔室。來(lái)液從油氣入口直接進(jìn)入該裝 ，在分氣包(旋風(fēng)分離器)進(jìn)行氣液分離，分出的氣體通過(guò)分氣管進(jìn)入裝罝 ，經(jīng)捕霧器二次捕霧后輸出。含水油從分氣包進(jìn)入到沉降加熱段進(jìn)行沉降脫水，沉降后的含水油通過(guò)換熱盤(pán)管加熱后經(jīng)過(guò)堰板進(jìn)入電脫水段，再經(jīng)過(guò)變頻脈沖脫水電場(chǎng)脫水，進(jìn)一步降低油中含水率，低含水油通過(guò)堰板進(jìn)入油緩沖段，經(jīng)緩沖后從油出口排出，輸至脫水泵。采用堰板式溢油法可使沉降加熱段及電脫水段在運(yùn)行中液位保持恒定，不受來(lái)液及出液波動(dòng)的影響。沉降加熱段和電脫水段脫出的污水分別由各段的水出口排出，進(jìn)入污水艙，由各段油水界面儀和調(diào)節(jié)閥聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油水界面的調(diào)節(jié)，使油水界面保持穩(wěn)定。油井伴生氣經(jīng)該裝 處理后從氣出口排出，進(jìn)入火炬放空總管。高效分離器的液相上部均有互通的氣相空間，為油氣分離提供了足夠的氣相空間，高效分離器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 高效三相分離器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of high efficiency three-phase separator

1.2 現(xiàn)場(chǎng)使用情況

2017 年5 月至2017 年7 月在某油田臨時(shí)生產(chǎn)期間，上游來(lái)液經(jīng)過(guò)WHPD 平臺(tái)預(yù)處理，運(yùn)行中存在間斷性明水的情況，在該條件下，高效分離器油室出口含水率波動(dòng)明顯，下游電脫水器運(yùn)行電流亦隨之波動(dòng)，使電脫水器運(yùn)行負(fù)荷增大。2017 年10 月至2018 年4 月在另一油田試采作業(yè)期間，因井下作業(yè)較多，油井產(chǎn)出液成分變化較大，高效分離器油室出口含水率也出現(xiàn)明顯波動(dòng)。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 高效分離器處理液量與油相出口含水率Tab.1 Treatment capacity of high efficiency separator and water content at oil phase outlet

2 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析及處理措施

2.1 油水界面的影響

根據(jù)油田采出油品的特性不同，對(duì)油水指標(biāo)要求也不同，處理液量不同，因此要及時(shí)分析、調(diào)整合理的油水界面。在三相分離器運(yùn)行中，合理的油水界面是高效發(fā)揮三相分離作用的必要條件。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)罐體各附屬管線及閥門(mén)進(jìn)行檢查，確認(rèn)管線無(wú)堵塞，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作靈敏，壓力/溫度參數(shù)正常。但是罐體液位計(jì)出現(xiàn)異常，顯示不準(zhǔn)，導(dǎo)致中控不能準(zhǔn)確判斷該分離器的真實(shí)液位，進(jìn)而影響調(diào)節(jié)閥正常調(diào)節(jié)控制液位，造成原油中含水升高。

油水界面高度LI-2005 由LT-2005 射頻導(dǎo)納液位變送器回饋。該試采平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)模式?jīng)Q定了它將會(huì)服務(wù)于不同的油田，而由于每個(gè)油田的油品性質(zhì)不同，及時(shí)對(duì)LT-2005 進(jìn)行標(biāo)定是得到準(zhǔn)確油水界面的前提。為了便于用單一介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定，避免乳化液影響，利用U 型管的原理，在高效分離器的液位計(jì)底部穿入一根呈豎直狀的1 in(25.4 mm)硬管，通過(guò)此硬管將罐內(nèi)上部的油引入液位計(jì)，有效提高了標(biāo)定的精準(zhǔn)性。改造后在各工況參數(shù)不變的情況下，現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)員加密取樣化驗(yàn)油室出口含水率并記錄，含水率明顯降低，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 改造后高效分離器油室出口含水率Tab.2 Water content at outlet of oil chamber of high efficiency separator after reconstruction

2.2 介質(zhì)溫度的影響

高效分離器加熱室加熱盤(pán)管可能結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致加熱效果差，造成原油脫水效果差，油室出口含水率升高?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，高效分離器設(shè)有溫度控制設(shè)備，根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)時(shí)溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)熱介質(zhì)油流量實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，在生產(chǎn)期間溫度控制無(wú)異常，高效分離器內(nèi)部液體溫度達(dá)到設(shè)定值，證明加熱效果良好。在停產(chǎn)期間，對(duì)高效分離器進(jìn)行開(kāi)罐檢修，發(fā)現(xiàn)加熱盤(pán)管結(jié)垢并不嚴(yán)重，不影響加熱效果。

2.3 電場(chǎng)強(qiáng)度的影響

高效分離器變壓器供電不穩(wěn)定，電壓、頻率等波動(dòng)將會(huì)造成脫水效果波動(dòng)、油室出口含水率波動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，高效分離器變壓器在平臺(tái)MCC 設(shè)有專(zhuān)用控制柜，可實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的調(diào)整與監(jiān)測(cè)，瞬時(shí)電流值可直接讀取。在生產(chǎn)期間，巡檢發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行穩(wěn)定，在油室出口含水率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，變壓器運(yùn)行仍然處于正常狀態(tài)，未見(jiàn)異常。

2.4 設(shè)備腐蝕穿孔影響

高效分離器內(nèi)部附件損壞(如堰板腐蝕、穿孔等)，可能造成分離后的油水互竄，出口原油含水率升高?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該平臺(tái)建成投產(chǎn)時(shí)間較短，平臺(tái)設(shè)備均屬于經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的新設(shè)備，高效分離器內(nèi)部加裝防腐鋅塊，有效降低設(shè)備的腐蝕速率，并且在停產(chǎn)期間對(duì)其開(kāi)罐檢修，對(duì)防腐鋅塊進(jìn)行更換，對(duì)內(nèi)部附件進(jìn)行清潔、檢查，各內(nèi)部附件未見(jiàn)明顯腐蝕，均處于良好狀態(tài)。

2.5 破乳劑注入濃度的影響

根據(jù)藥劑作用機(jī)理，藥劑濃度過(guò)高或過(guò)低，都不利于藥劑與原油充分進(jìn)行反應(yīng)，只有當(dāng)藥劑濃度最佳時(shí)效果較好。但是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，工藝流程來(lái)液量存在波動(dòng)以及流體性質(zhì)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，在藥劑加入之后，沒(méi)有足夠的作用促進(jìn)脫水，破乳效果不夠理想，一直存在乳化層，所以通過(guò)精細(xì)化管理，針對(duì)實(shí)際流體性質(zhì)，考慮篩選破乳劑最佳加入濃度，來(lái)達(dá)到促進(jìn)脫水效果的目的，見(jiàn)表3。

表3 破乳劑濃度試驗(yàn)表Tab.3 Demulsifier concentration test table

根據(jù)藥劑濃度調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果，之前做的短期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果破乳劑濃度為18 g/L 時(shí)效果最佳。2018年2月5 日開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原油系統(tǒng)處理流程劑濃度調(diào)整長(zhǎng)期試驗(yàn)，在此期間現(xiàn)場(chǎng)操作人員密切關(guān)注藥劑泵沖程及下藥量的情況，并對(duì)藥劑注入點(diǎn)進(jìn)行改造。根據(jù)藥劑注入點(diǎn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果及查閱高效分離器完工資料，影響高效分離器脫水性能的因素中第4 條為化學(xué)藥劑：一般來(lái)說(shuō)化學(xué)藥劑對(duì)旋流器的分離沒(méi)有直接的關(guān)系，但可以采用在旋流器的上游通過(guò)添加藥劑來(lái)增大油滴粒徑或消除乳化，提高旋流器的分離效果(其他因素如油滴粒徑、顆粒、自由溶解氣等因素均不可控)。據(jù)此，在高效分離器入口處旋風(fēng)分離器前增加破乳劑注入點(diǎn)。

3 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)策的有效實(shí)施，在確保原油處理系統(tǒng)穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)的前提下，高效分離器油室脫水效果有了明顯的改善，高校分離器油室出口含水率由最初的3.5%降至0.5%以下，降低了下游設(shè)備電脫水器的處理壓力，進(jìn)一步減少了人工時(shí)。同時(shí)由于優(yōu)化破乳劑注入點(diǎn)，破乳劑每日加藥濃度由28 mg/L 調(diào)整為18 mg/L 后，既減少了現(xiàn)場(chǎng)加藥頻率，又減少了藥劑的消耗量，表明以上對(duì)策的實(shí)施是行之有效的。通過(guò)以上分析得出，液位計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)確、破乳劑加藥濃度不合適，二者是影響該試采平臺(tái)高效分離器油室出口含水率偏高的主要原因。而往往在實(shí)際生產(chǎn)中，影響高效分離器油室出口含水率的因素有很多種，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理中，可參考以上分析及采取的措施，進(jìn)行逐條核對(duì)，找出問(wèn)題的結(jié)癥所在，以合理的措施完成處理。