南七~南八區(qū)弱堿三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能建設(shè)工程優(yōu)化節(jié)能技術(shù)

王雪松（大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司）

南七-南八區(qū)弱堿三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能建設(shè)工程是大慶油田采油二廠的三元復(fù)合驅(qū)開(kāi)發(fā)區(qū)塊重點(diǎn)項(xiàng)目。該工程基建油水井724口，其中采出井393口，注入井331 口，建成產(chǎn)能21.03×104t/a，分為南七區(qū)西部、南八-杏一區(qū)西部東塊、南八-杏一區(qū)西部西塊三個(gè)產(chǎn)能區(qū)塊，分三期建設(shè)。

1 工程難點(diǎn)

在油田進(jìn)入高含水后期開(kāi)發(fā)階段，水驅(qū)油井采出液含水率高，與水驅(qū)及聚合物驅(qū)相比，三元復(fù)合驅(qū)顯著提高了驅(qū)油效率，是一種有效的提高采收率技術(shù)；但三元采出液攜砂量較大、乳化嚴(yán)重、易結(jié)垢、三元污水處理難度大的特點(diǎn)給地面工程的建設(shè)和管理帶來(lái)了難度。

1.1 產(chǎn)量高、規(guī)模大，建設(shè)方案復(fù)雜

本工程共基建油水井724 口，涉及轉(zhuǎn)油放水站、脫水站、污水站、注水曝氧站、注入站、變電所、中控室及綜合值班室，且井網(wǎng)布局復(fù)雜，既需充分利用已建生產(chǎn)能力，提高已建設(shè)備負(fù)荷率，又需兼顧以后的產(chǎn)能建設(shè)，降低能耗，減少重復(fù)建設(shè)。

1.2 采出液處理工藝難度大

三元復(fù)合驅(qū)采出液成分復(fù)雜，其中含有大量的懸浮固體（泥沙、有機(jī)物，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟等重質(zhì)油類、膠體）、聚合物、表面活性劑、堿。隨著采出液含水量的升高，堿、表面活性劑和聚合物不斷返出，油水乳化嚴(yán)重，導(dǎo)致處理難度加大[1]。三元采出液中分離出的污水因含有大量堿、表面活性劑以及高分子量聚合物，與普通污水相比，黏度高、污水含雜質(zhì)較多，導(dǎo)致污水處理需要較長(zhǎng)的沉降時(shí)間，處理難度增大；同時(shí)酸化、酸洗作業(yè)對(duì)采出液和采出水處理也造成了極大的干擾[2]。

1.3 設(shè)備及管網(wǎng)易結(jié)垢，運(yùn)行能耗升高

三元復(fù)合驅(qū)隨著見(jiàn)劑濃度的升高，集輸工藝淤積結(jié)垢問(wèn)題突出，進(jìn)入見(jiàn)劑高峰期，部分單井管道、計(jì)量間內(nèi)部工藝，站間、站內(nèi)摻水管道淤積結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重；加熱爐煙火管及管路系統(tǒng)結(jié)焦、結(jié)垢，導(dǎo)致加熱爐熱效率降低，能耗加大；三相分離器、游離水脫除器等設(shè)備堵塞嚴(yán)重，最終會(huì)引起外輸指標(biāo)不合格等問(wèn)題[3]。

2 優(yōu)化節(jié)能技術(shù)

2.1 采取系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

2.1.1 地上地下一體化設(shè)計(jì)，錯(cuò)峰規(guī)模建設(shè)

本工程地面建設(shè)分期實(shí)施，在建設(shè)方案上，通過(guò)地上服從地下，地下兼顧地上，地上地下相互結(jié)合，優(yōu)化調(diào)整開(kāi)發(fā)方案，使不同區(qū)塊化學(xué)劑注入時(shí)間錯(cuò)峰安排，提高了生產(chǎn)設(shè)施的利用率，延長(zhǎng)了二元調(diào)配站的服役周期。為了保證地面方案的可實(shí)施性，地面與開(kāi)發(fā)、鉆井相結(jié)合，在開(kāi)發(fā)布井階段即進(jìn)行地面管廊帶的規(guī)劃，為新建站場(chǎng)、供電線路、管廊帶提預(yù)留地面建設(shè)空間[4-5]。大規(guī)模應(yīng)用叢式井布井技術(shù)，叢式井井組數(shù)量占總井?dāng)?shù)的44.2%。地上地下一體化設(shè)計(jì)大規(guī)模地減少了地面征地及動(dòng)遷工作量，可節(jié)省地面建設(shè)投資約5 324萬(wàn)元。

2.1.2 多方案比選，優(yōu)化地面總體布局

本工程對(duì)該區(qū)域內(nèi)已建站場(chǎng)的規(guī)模和現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)核實(shí)，針對(duì)核實(shí)結(jié)果制定了兩個(gè)方案。方案一為南七區(qū)西部和南八區(qū)西部產(chǎn)能統(tǒng)一布局、集中建大站，新建1座轉(zhuǎn)油放水站，并分兩期建設(shè)；方案二為各區(qū)塊分散建站，南七區(qū)西部和南八區(qū)西部各建1座轉(zhuǎn)油放水站。

兩個(gè)方案的工程量、能耗及投資對(duì)比見(jiàn)表1。按照少建站、建大站的原則，通過(guò)總體布局優(yōu)化，本工程選擇方案一，將南七區(qū)西部和南八區(qū)西部產(chǎn)能統(tǒng)一考慮，進(jìn)行總體規(guī)劃、分期實(shí)施，共少建轉(zhuǎn)油放水站1座，并與污水站、二元站合崗設(shè)計(jì)、集中監(jiān)控。與方案二相比，方案一年耗氣節(jié)約37×104m3/a，年耗電節(jié)約41×104kWh/a，節(jié)省建設(shè)投資1 684.5萬(wàn)元，節(jié)省年運(yùn)行費(fèi)用285.3萬(wàn)元，投資及10年運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值節(jié)約3 296.4萬(wàn)元。

表1 兩方案工程量、能耗及投資對(duì)比

2.1.3 采用三元集輸管道清防垢配套工藝

三元復(fù)合驅(qū)集輸系統(tǒng)的管道淤積結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重，每年至少需進(jìn)行2次以上的除垢作業(yè)。而在實(shí)際生產(chǎn)中，除垢作業(yè)存在計(jì)量間內(nèi)工藝管網(wǎng)彎頭多，難以實(shí)施除垢操作且清垢不徹底，站外管道進(jìn)行清垢作業(yè)需長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)等問(wèn)題[6-8]。

本次產(chǎn)能建設(shè)應(yīng)用了站間管道清淤除垢快速連接裝置、滑動(dòng)伸縮式測(cè)溫管、計(jì)量間除垢工藝閥組等新型工藝裝置，形成了一套適用于三元復(fù)合驅(qū)的除垢工藝設(shè)備。該設(shè)備清垢工作快捷，效率高。使用站間管道清淤除垢快速連接裝置，可在不停產(chǎn)放空、不進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)的前提下，完成站間管道空穴射流除垢工作，提高現(xiàn)場(chǎng)操作的安全性。計(jì)量間采用三元除垢閥組，取消計(jì)量間內(nèi)S形彎管，增加可伸縮式測(cè)溫管，可在不損壞溫度計(jì)等儀器的情況下，在計(jì)量間內(nèi)實(shí)施射流除垢操作，提高生產(chǎn)效率。

同時(shí)，采油井場(chǎng)采用三元井口組合裝置。該裝置具有免拆卸、可通球的功能，增大了流通口徑，減少了油液在閥體內(nèi)流通的距離?；赜土鞯澜?jīng)合金固化處理后，具備耐腐蝕、防結(jié)垢的特性。所有功能閥均可拆卸、清洗、更換，所有流道無(wú)盲端并設(shè)有清洗絲堵，便于清垢、維護(hù)，適于三元復(fù)合驅(qū)集輸工藝要求。

標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量間酸洗除垢作業(yè)總費(fèi)用為43.06 萬(wàn)元/次（包括除垢費(fèi)用和影響產(chǎn)量），除垢工藝閥組計(jì)量間人工清垢總費(fèi)用為24.75 萬(wàn)元/次（包括除垢費(fèi)用和影響產(chǎn)量）。按照三元復(fù)合驅(qū)開(kāi)發(fā)全過(guò)程共需清垢10 次計(jì)算，單座計(jì)量間除垢費(fèi)用合計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益共183.1 萬(wàn)元，本工程中20 座計(jì)量站共計(jì)3 662萬(wàn)元。

2.2 應(yīng)用節(jié)能新設(shè)備

2.2.1 高效加熱緩沖裝置

與常規(guī)加熱緩沖裝置相比，高效加熱緩沖裝置采用了微正壓粗煙管的換熱結(jié)構(gòu)形式，以此來(lái)提高熱效率。該結(jié)構(gòu)增加了煙火管長(zhǎng)度及加換熱面積，使高效加熱緩沖裝置熱效率達(dá)到90.38%，降低燃料氣消耗，年節(jié)氣55×104m3。同時(shí)，為了解決三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊加熱爐易結(jié)垢、燒損的問(wèn)題，高效加熱緩沖裝置增設(shè)了在線除垢裝置。該裝置安裝在火管易損壞的部位，能自動(dòng)定期清掃火管上的雜質(zhì)，防止火管結(jié)垢、燒損，實(shí)現(xiàn)在線清淤除垢，保證加熱爐長(zhǎng)期高效運(yùn)行。

2.2.2 節(jié)能提效加熱緩沖裝置

節(jié)能提效加熱緩沖裝置將常規(guī)加熱緩沖裝置中的雙火筒、粗煙管結(jié)構(gòu)，改為換熱效果更好的單火筒、粗煙管結(jié)構(gòu)，且在煙箱尾部增加余熱利用節(jié)能提效裝置。工藝流程中的被加熱介質(zhì)首先進(jìn)入余熱利用節(jié)能提效裝置中的管程，與殼程中的高溫?zé)煔獬浞謸Q熱，待提升一定溫度后再進(jìn)入裝置的殼體內(nèi)，對(duì)被加熱介質(zhì)進(jìn)行二次升溫。通過(guò)一系列結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，節(jié)能提效加熱緩沖裝置熱效率可超過(guò)93%，節(jié)省燃料氣10%以上。加熱爐高溫?zé)煔饨?jīng)余熱利用節(jié)能提效裝置冷凝換熱處理后，杜絕了將高溫?zé)煔庵苯优湃氪髿獾那闆r，對(duì)加熱爐煙氣排放進(jìn)行“消白”（即消除鍋爐煙囪排出的白氣），減少了對(duì)環(huán)境的污染[9]。

2.2.3 可再生填料三相分離器

由于三元復(fù)合驅(qū)采出液的油水乳化程度大，在多元化學(xué)劑的作用下，采出液乳化強(qiáng)度更大，界面性質(zhì)更加復(fù)雜，而且高黏性流體中攜帶大量泥砂和巖石碎屑，采出液中機(jī)械雜質(zhì)和成垢物質(zhì)增多，極易造成游離水聚結(jié)，填料容易堵塞[10]。針對(duì)游離水脫除過(guò)程中存在的問(wèn)題，本工程采用適合三元復(fù)合驅(qū)的三相分離器，并使用具有可再生功能的聚結(jié)填料，可以充分降低處理后油的含水率，避免高含水乳狀液對(duì)電脫水器的沖擊；可以實(shí)現(xiàn)聚結(jié)填料的原位再生，解決了因淤積堵塞而更換填料的問(wèn)題，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，脫水效率比常規(guī)三相分離器高出20%。通過(guò)應(yīng)用該設(shè)備，本工程減少新建三相分離器2 臺(tái)，節(jié)省一次建設(shè)投資264.32 萬(wàn)元，年減少更換填料費(fèi)25.4 萬(wàn)元，總投資+10 年運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值節(jié)省518.32萬(wàn)元。

2.3 充分挖掘已建站場(chǎng)潛力

本工程充分利用剩余能力，有效盤(pán)活已建資產(chǎn)。本工程配注系統(tǒng)的注水、曝氧全部利用已建注水站和曝氧站能力，南七區(qū)西部利用已建注水能力0.91×104m3/d，利用已建曝氧能力0.75×104m3/d，比新建站節(jié)約投資1 628.4萬(wàn)元。南八-杏一區(qū)利用已建注水能力0.70×104m3/d，利用已建曝氧能力0.41×104m3/d，比新建站節(jié)約投資1 350 萬(wàn)元。三元注入站利用已建聚驅(qū)注入站的站場(chǎng)設(shè)施，利用已建聚合物母液管道，減少新增占地及新建泵房、道路、供熱、通信、供電等設(shè)施工程量；南八-杏一區(qū)西部利用舊泵房建筑3 000 m2，利用母液管道83%，減少新增占地11 000 m2，節(jié)約投資561.7萬(wàn)元。注水系統(tǒng)利用已建南五聯(lián)的剩余能力，不僅提高負(fù)荷率，而且提高系統(tǒng)效率，注水泵平均效率由75.2%提高到80.5%，年均節(jié)電86.13×104kWh，年均節(jié)電費(fèi)用54.9萬(wàn)元。

2.4 采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，站場(chǎng)集中監(jiān)控

本工程小型站場(chǎng)全部采用標(biāo)準(zhǔn)化和橇裝化設(shè)計(jì)，其中標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)732座，橇裝化設(shè)計(jì)16座，縮短工期30%以上；大規(guī)模站場(chǎng)采用模塊化設(shè)計(jì)，并對(duì)油氣集輸站場(chǎng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，應(yīng)用三相分離器模塊、加熱爐模塊和進(jìn)站閥組模塊等，進(jìn)行工廠化預(yù)制，縮短工期50 天，實(shí)現(xiàn)當(dāng)年建設(shè)、當(dāng)年投產(chǎn)，促進(jìn)油田提質(zhì)增效，新井貢獻(xiàn)率由35%提高到42%。

本工程采用“大型站場(chǎng)，少人值守、小型站場(chǎng)，無(wú)人值守”模式，新建轉(zhuǎn)油放水站、污水站、二元站聯(lián)合布置，采用集中監(jiān)控模式，與已建聯(lián)合站集中監(jiān)控，新建中心控制室1座，作為區(qū)域集中監(jiān)控中心。新建注入站、變電所采用無(wú)人值守的管理模式建設(shè)，信號(hào)進(jìn)入中心控制室。由此實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)合集中監(jiān)控，達(dá)到提高油田生產(chǎn)自動(dòng)化及生產(chǎn)管理水平、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、優(yōu)化人力資源配置、降低油田生產(chǎn)成本的目的，共核減定員45人。

3 結(jié)論

在南七-南八區(qū)弱堿三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)產(chǎn)能區(qū)塊建設(shè)特點(diǎn)，通過(guò)積極創(chuàng)新和應(yīng)用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，大力實(shí)施系統(tǒng)工藝流程和站場(chǎng)布局的簡(jiǎn)化優(yōu)化，堅(jiān)持安全、環(huán)保、節(jié)能優(yōu)先的設(shè)計(jì)原則，采用三元集輸管道清防垢配套工藝、選用新型加熱緩沖裝置和可再生填料三相分離器；同時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，站場(chǎng)集中監(jiān)控。通過(guò)采取以上優(yōu)化節(jié)能舉措，既節(jié)省了建設(shè)投資，又降低了能耗和運(yùn)行成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。