稠油熱采平臺(tái)壓力變送器選型及安裝研究

杜 剛，王愛(ài)軍，李 紅，韓 超

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

壓力變送器是目前自動(dòng)化儀表中最重要的一項(xiàng)產(chǎn)品，在海洋石油油氣生產(chǎn)中各種類型的壓力變送器廣泛使用，顯著提高了平臺(tái)自動(dòng)控制水平，并保障平臺(tái)安全生產(chǎn)。而隨著工藝流程越來(lái)越復(fù)雜，尤其是稠油熱采技術(shù)的興起，高溫、高粘介質(zhì)對(duì)壓力變送器的影響越來(lái)越受到重視。

本文基于稠油熱采平臺(tái)蒸汽吞吐工藝及高粘原油特性，對(duì)稠油熱采流程中的高溫、高粘介質(zhì)進(jìn)行分析，并合理選擇壓力變送器的安裝型式，以便壓力變送器測(cè)量更加準(zhǔn)確，選型和安裝更加科學(xué)、合理，提升平臺(tái)自動(dòng)化水平，并保障平臺(tái)安全生產(chǎn)。

1 稠油熱采平臺(tái)介紹

稠油是粘度高、相對(duì)密度大的原油，國(guó)內(nèi)叫“稠油”，國(guó)外叫“重油”，中國(guó)稠油分類標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 稠油分類標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Heavy oil classification standard

中國(guó)的稠油瀝青含量低、膠質(zhì)含量高、金屬含量低，稠油粘度偏高、相對(duì)密度則較低。由于稠油與常規(guī)原油的性質(zhì)存在很大差別，使其采油工藝也有很大區(qū)別。

稠油與常規(guī)輕質(zhì)原油相比，主要有以下特點(diǎn)：

1）粘度高、密度大、流動(dòng)性差。它不僅增加了開(kāi)采難度和成本，而且使油田的最終采收率非常低。稠油開(kāi)采的關(guān)鍵是提高其在油層、井筒及集輸管線中的流動(dòng)能力。

2）稠油中輕質(zhì)組分含量低，而膠質(zhì)、瀝青含量高。

3）稠油粘度對(duì)溫度敏感。隨著稠油溫度的降低其粘度顯著增大，這是稠油熱采的主要機(jī)理。

稠油油藏一般采用熱力開(kāi)采方法，對(duì)油層加熱的方式可分為兩類。一是把熱流體注入油層，如注熱水、蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)動(dòng)等；另一類是在油層內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，稱就地（層內(nèi)）燃燒或火燒油層（火驅(qū)法）。

本文結(jié)合渤海某稠油熱采項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用蒸汽吞吐采油工藝。蒸汽吞吐是先向油井注入一定量的蒸汽，關(guān)井一段時(shí)間，待蒸汽的熱能向油層擴(kuò)散后，再開(kāi)井生產(chǎn)的一種開(kāi)采稠油的增產(chǎn)方法。蒸汽吞吐作業(yè)的過(guò)程可分為3個(gè)階段，即注汽、燜井及回采。

該項(xiàng)目設(shè)置兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口溫度可達(dá)400℃，壓力達(dá)到20 MPa。

蒸汽吞吐采油工藝流程如圖1所示。

圖1 蒸汽熱采采油工藝流程圖Fig.1 Flow chart of steam thermal recovery

該項(xiàng)目稠油熱采平臺(tái)采用蒸汽吞吐技術(shù)，注入井口蒸汽溫度可達(dá)400 ℃，壓力可以達(dá)到20 MPa。項(xiàng)目井底原油物性見(jiàn)表2。

表2 原油物性表Table 2 Physical properties of crude oil

從表2中可以看出，該項(xiàng)目介質(zhì)原油密度大、粘度大、凝點(diǎn)高、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，屬于超稠油。

由于井底原油物性屬于超稠油，首先在工藝流程中設(shè)置加熱器提高介質(zhì)溫度，并將水源井水、生產(chǎn)水回?fù)剑ㄟ^(guò)提高介質(zhì)含水率等方式降低工藝流程中原油粘度，提升原油流動(dòng)性。

不同溫度及含水率下原油粘度見(jiàn)表3及圖2所示。

圖2 原油粘溫特性曲線Fig.2 Viscosity temperature characteristic curve of crude oil

從表3中可以看出，稠油粘度對(duì)溫度及含水率敏感。隨著稠油溫度的降低及含水量的增大，其粘度顯著增大。

表3 原油粘溫特性表Table 3 Viscosity temperature characteristics of crude oil

該項(xiàng)目將水源井及生產(chǎn)水混摻后，通過(guò)含水率分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以控制油中含水率在40%左右。同時(shí)設(shè)置生產(chǎn)加熱器，提高介質(zhì)操作溫度達(dá)到80℃，以便降低生產(chǎn)工藝流程中的粘度。但此時(shí)降低后的粘度仍高達(dá)6019 cP，極易堵塞壓力變送器檢測(cè)元件，影響壓力變送器的正常計(jì)量使用。因此，針對(duì)稠油熱采平臺(tái)的高溫、高粘工況，需要對(duì)壓力變送器選型安裝進(jìn)行研究分析。

2 高溫工況壓力變送器選型及安裝型式

稠油熱采蒸汽高溫可達(dá)400 ℃，壓力可以達(dá)到20 MPa，對(duì)于高溫、高壓蒸汽計(jì)量，需要設(shè)置壓力變送器進(jìn)行壓力計(jì)量。由于蒸汽的工作壓力和工作溫度較高，而常規(guī)壓力變送器的檢測(cè)原件耐溫一般在70 ℃上下，因而壓力變送器選型方案建議采用如下兩種：

1）選用法蘭隔膜式，同時(shí)帶有毛細(xì)管遠(yuǎn)程安裝的壓力變送器

隔膜式壓力變送器是由膜片隔離裝置和配用壓力變送器兩大部分組成。廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、食品、造紙等行業(yè)，可測(cè)量具有強(qiáng)腐蝕性、高粘度、易結(jié)晶及含有固體顆粒的液體/氣體介質(zhì)壓力。由于蒸汽設(shè)計(jì)溫度為400 ℃，工作溫度為350 ℃，故毛細(xì)管填充硅油需選用耐高溫硅油。

高溫蒸汽法蘭隔膜及毛細(xì)管式壓力變送器安裝示意圖如圖3所示。

圖3 法蘭隔膜及毛細(xì)管式壓力變送器安裝圖Fig.3 Installation drawing of flange diaphragm and capillary pressure transmitter

圖3中壓力變送器毛細(xì)管內(nèi)硅油采用高溫型硅油，以防止高溫蒸汽損壞壓力變送器。

2）選用常規(guī)壓力變送器，遠(yuǎn)程安裝，同時(shí)帶有冷凝罐

對(duì)于高溫、高壓蒸汽，為了保障壓力變送器正常工作，壓力變送器一般需要遠(yuǎn)程安裝，同時(shí)安裝有冷凝罐。冷凝罐作為保證冷凝液液位平衡和穩(wěn)定的器件。

冷凝罐樣式如圖4所示。

圖4 冷凝罐示意圖Fig.4 Schematic diagram of condensing tank

冷凝器左側(cè)面的接口與管線取壓孔連接，下面接口通過(guò)導(dǎo)壓管與變送器連接，右側(cè)面的接口為排放口，上面接口為注液口。當(dāng)冬天不注熱時(shí)，需要及時(shí)排放掉冷凝罐里的液體，以防止冬天凍結(jié)。

高溫蒸汽在冷凝罐中因?yàn)榕c環(huán)境換熱而不斷冷卻，當(dāng)蒸汽冷卻后的溫度低于飽和蒸汽壓下的飽和溫度時(shí)，就會(huì)有一部分蒸汽冷凝成水析出。于是，冷凝罐中的冷凝水位不斷抬高，一直達(dá)到與傳感器連接的水平接口處，繼續(xù)冷凝的冷凝水會(huì)通過(guò)與傳感器連接的水平導(dǎo)壓管返回蒸汽管道，冷凝罐中的冷凝水液位保持穩(wěn)定不變。或者在蒸汽計(jì)量之前，通過(guò)冷凝罐上方的注入孔注入水，并將液位達(dá)到與傳感器連接的水平接口處。這樣高溫蒸汽就不會(huì)與壓力變送器檢測(cè)元件直接接觸，損壞變送器。

高溫蒸汽壓力變送器（帶冷凝罐）安裝方式如圖5所示，其中074為冷凝罐。

圖5 高溫壓力變送器安裝圖（帶冷凝罐）Fig.5 Installation drawing of high temperature pressure transmitter(with condensing tank)

3 高粘工況壓力變送器選型及安裝型式

由于介質(zhì)粘度＞6000 cP，為防止高粘介質(zhì)堵塞檢測(cè)元件，需要增加檢測(cè)元件接觸面積，降低堵塞風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目選用法蘭隔膜式壓力變送器，并安裝沖洗環(huán)，當(dāng)介質(zhì)黏附在膜片上時(shí)，通過(guò)沖洗口，使用淡水對(duì)膜片進(jìn)行沖洗，提高了壓力變送器精度及使用壽命。

法蘭隔膜式壓力變送器安裝方式如圖6所示。

圖6 法蘭隔膜式變送器安裝圖（帶沖洗環(huán)）Fig.6 Installation drawing of flange diaphragm transmitter (with flushing ring)

4 高溫高粘工況儀表選型及安裝型式

當(dāng)介質(zhì)操作溫度高于120 ℃，介質(zhì)粘度≥500 cP，采用法蘭隔膜及毛細(xì)管式壓力變送器，同時(shí)毛細(xì)管中填充硅油需要滿足工藝介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度需求。安裝方式如圖3所示。

5 結(jié)論

綜上所述，壓力變送器的選型及安裝需要結(jié)合實(shí)際工藝條件及被測(cè)介質(zhì)的物理特性等多方面因素。雖然壓力變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)應(yīng)用成熟，但在項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中是工藝流程中必不可少的一部分。只有結(jié)合實(shí)際工況，優(yōu)化選型和安裝才能保證儀表的良好使用。

本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，針對(duì)稠油熱采平臺(tái)工藝流程中高溫、高粘及高溫高粘工況下的各介質(zhì)特性，對(duì)壓力變送器的選型安裝進(jìn)行詳細(xì)分析，并附上安裝方式，滿足了特殊工況中壓力監(jiān)測(cè)計(jì)量的需求，有效提高了壓力變送器的精度及使用壽命。