高含水油井采出液余熱的規(guī)模利用

薛李強(qiáng) 苗彥平 冶維青 葛玉嬌 馬文娟 陳振亞 杜航

1中國(guó)石油華北油田分公司第三采油廠

2中國(guó)石油青海油田分公司采油四廠質(zhì)量安全環(huán)保辦公室

留北油田位于冀中坳陷饒陽(yáng)凹陷中部，介于河北省河間市和獻(xiàn)縣交界處，共包括6 個(gè)開(kāi)發(fā)單元：留北潛山、留23、路3、路15、路27 和路30 斷塊，含油層系為薊縣系霧迷山組、上第三系館陶組、明化鎮(zhèn)組。共有油井124口，開(kāi)井89口；高含水油井9口（主要分布在留北潛山），開(kāi)井5口，日產(chǎn)液4 281 t，日產(chǎn)油229.8 t，綜合含水率94%；注水井27口，開(kāi)井11口，日注水4 052 m3。目前運(yùn)行聯(lián)合站1 座（留一聯(lián)合站）、接轉(zhuǎn)站3 座（路15 接轉(zhuǎn)站、路27 接轉(zhuǎn)站、路三接轉(zhuǎn)站）、計(jì)量站8 座。集油工藝以三管伴熱為主，生產(chǎn)用熱主要由燃油加熱爐供應(yīng)，4座供熱站場(chǎng)共有加熱爐11臺(tái)，年消耗燃油2 000 t。5口高含水油井日產(chǎn)液3 800 m3，井口溫度107 ℃，余熱資源豐富；因此，充分利用特高含水老井余熱供留北油田開(kāi)發(fā)使用至關(guān)重要[1-2]，對(duì)于替代加熱爐供熱、降低能耗及碳排放意義重大。

1 余熱利用工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.1 規(guī)模替代

前期將高含水油井采出液集中至余熱站，一部分采出液通過(guò)高效換熱器給生產(chǎn)伴熱水換熱升溫，供89 口油井集油、4 座站場(chǎng)維溫?fù)Q熱及生活區(qū)采暖，充分利用原供熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)留北油田區(qū)域內(nèi)地面系統(tǒng)加熱爐全替代。同時(shí)依托余熱站新建油管修復(fù)廠、污油污泥凈化點(diǎn)，一部分采出液直接去油管修復(fù)廠清洗油管、卸油點(diǎn)化油，為全廠油管修復(fù)、油泥無(wú)害化處理提供熱能。然后采出液通過(guò)注水系統(tǒng)回注地層，保持開(kāi)發(fā)能量。前期高含水油井采出液余熱利用工藝流程見(jiàn)圖1、站外集油維溫干線示意圖見(jiàn)圖2。

圖1 前期高含水油井采出液余熱利用工藝流程Fig.1 Process flow of waste heat utilization of produced fluid in high water-cut wells in the early stage

圖2 前期實(shí)施后站外集油、維溫干線Fig.2 Oil gathering and heating lines outside the station after early implementation

前期工作開(kāi)展后，雖然實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)加熱爐全替代，但由于單井集油采用三管伴熱工藝、地面系統(tǒng)維溫采用換熱器間接供熱，因此依然存在系統(tǒng)熱負(fù)荷高、余熱利用效率低的問(wèn)題，從而使高含水油井采出液需求量居高不下，注采成本高，需進(jìn)一步優(yōu)化工藝降低熱能需求。

1.2 集油工藝

1.2.1 工藝優(yōu)化

對(duì)于站外89 口油井，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分布情況，按照充分利用舊管線、壓縮新建管線投資的原則，集油管線通過(guò)簡(jiǎn)短串接[3]，使高產(chǎn)液井帶低產(chǎn)液井、高含水油井帶低含水油井、井口溫度較高井帶井口溫度較低井，提高串接井組整體液量、含水率和溫度，降低集油過(guò)程中沿程摩阻。同時(shí)，對(duì)高液量、高含水串接首端井應(yīng)用保溫油管[4]，減少井筒舉升過(guò)程中的熱能損失，充分利用地層熱能進(jìn)一步提高集油溫度，使區(qū)域內(nèi)4座站場(chǎng)所轄的油井全部實(shí)現(xiàn)單管不加熱集油，8座計(jì)量站簡(jiǎn)化為閥組間，減少單井集油系統(tǒng)熱負(fù)荷。路三接轉(zhuǎn)站、路27 接轉(zhuǎn)站、路15-1計(jì)量站實(shí)施情況見(jiàn)表1、表2、表3。

表1 路三接轉(zhuǎn)站單井集油工藝優(yōu)化實(shí)施情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of the implementation of single well oil gathering process optimization at Lu 3 Block Station

表2 路27接轉(zhuǎn)站單井集油工藝優(yōu)化實(shí)施情況統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of the implementation of single well oil gathering process optimization at Lu 27 Block Station

表3 路15-1計(jì)量站單井集油工藝優(yōu)化實(shí)施情況統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of the implementation of single well oil gathering process optimization at Lu 15-1 Metering Station

1.2.2 干線摻水防腐蝕防垢的評(píng)價(jià)與實(shí)施

高含水油井采出液直接回?fù)浇愚D(zhuǎn)站集油干線需進(jìn)行室內(nèi)配伍性試驗(yàn)，首先進(jìn)行余熱站采出液及各站混合液水質(zhì)分析。由分析數(shù)據(jù)（表4）得出：余熱水中SO42-的質(zhì)量濃度為142.5 mg/L，該水質(zhì)與富含Ba2+水質(zhì)容易發(fā)生BaSO4沉積結(jié)垢；Ca2+、HCO3-含量較高，在溫度較高、壓力較低時(shí)容易發(fā)生CaCO3沉積結(jié)垢；同時(shí)水質(zhì)偏酸性，礦化度和游離CO2質(zhì)量濃度分別為4 944 mg/L和163.9 mg/L，表明該水質(zhì)存在一定的腐蝕性，F(xiàn)e2+的質(zhì)量濃度為1.36 mg/L，也間接反映出存在腐蝕性。

表4 留北油田各站取樣點(diǎn)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)Tab.4 Water quality analysis data of sampling points in each station of Liubei Oilfield

將余熱水分別與3座接轉(zhuǎn)站混合液按不同比例混合做結(jié)垢配伍性試驗(yàn)。從試驗(yàn)分析結(jié)果（圖3、圖4、圖5）看出，溫度在40～60 ℃時(shí)，混合樣CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)隨溫度的升高而升高，結(jié)垢量隨摻入余熱水比例的增加而增加。

圖3 路三接轉(zhuǎn)站混合液與余熱水配伍后CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)Fig.3 Scaling trend of CaCO3 after mixing liquid and waste heat water in Lu 3 Block Station

圖4 路15接轉(zhuǎn)站混合液與余熱水配伍后CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)Fig.4 Scaling trend of CaCO3 after mixing liquid and waste heat water in LU 15 Block station

圖5 路27接轉(zhuǎn)站混合液與余熱水配伍后CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)Fig.5 Scaling trend of CaCO3 after mixing liquid and waste heat water in Lu 27 Block Station

從BaSO4結(jié)垢配伍性室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果（表5）看出，余熱水按不同比例分別與路三接轉(zhuǎn)站、路15接轉(zhuǎn)站、路27 接轉(zhuǎn)站混合液配伍后，均未檢測(cè)出BaSO4結(jié)垢沉積。

表5 配伍后室內(nèi)BaSO4結(jié)垢趨勢(shì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.5 Data of indoor BaSO4scaling tendency test after compatibility

綜合上述室內(nèi)配伍試驗(yàn)結(jié)果，采出液直接摻至集油干線，需對(duì)利舊管線進(jìn)行防垢防腐蝕處理?，F(xiàn)場(chǎng)采用了HCC 纖維增強(qiáng)復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)[5-7]，涂層與鋼材之間的附著力大于12 MPa，耐溫大于120 ℃，拉伸強(qiáng)度大于40 MPa，達(dá)巴氏硬度40，斷裂延伸率大于2%；且涂層致密光滑，防垢性能較好，有效防止了腐蝕結(jié)垢給摻水、集油干線帶來(lái)的危害?，F(xiàn)場(chǎng)施工包括噴砂除銹、內(nèi)涂層涂敷、管道機(jī)器人檢測(cè)等步驟（圖6）。

圖6 噴砂除銹前后圖及內(nèi)涂后管道機(jī)器人檢測(cè)圖Fig.6 Diagram before and after sandblasting and inspection diagram of pipeline robot after internal coating

1.2.3 采出液直接回?fù)郊透删€

單井集油工藝優(yōu)化[8-9]、管線防腐修復(fù)后，將高含水油井采出液集中至余熱站，然后泵送至3座接轉(zhuǎn)站直接摻入集油干線[10]，提高轉(zhuǎn)油站混合液流量、含水率及溫度，保障系統(tǒng)正常集輸，實(shí)現(xiàn)采出液余熱直接利用；同時(shí)配套數(shù)字化儀器儀表，實(shí)現(xiàn)干線摻水自動(dòng)控制，形成區(qū)域內(nèi)油井串聯(lián)單管集油、干線摻余熱水的集輸工藝，取代了間接換熱維溫的三管伴熱集油工藝，從而提高了余熱利用效率。留一聯(lián)合站系統(tǒng)、油管修復(fù)廠、油泥凈化點(diǎn)、生活采暖供熱方式不變，參數(shù)優(yōu)化后高含水油井采出液需求量下降至1 300 m3/d，系統(tǒng)熱負(fù)荷得以進(jìn)一步下降。實(shí)施后站外工藝管網(wǎng)示意圖見(jiàn)圖7，站內(nèi)余熱利用工藝見(jiàn)圖8。

圖7 實(shí)施后站外工藝管網(wǎng)示意圖Fig.7 Diagram of process pipe network outside station after implementation

圖8 實(shí)施后站內(nèi)余熱利用工藝示意圖Fig.8 Diagram of waste heat utilization in station after implementation

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

前期工作完成后，利用5口高含水油井的采出液余熱替代了整個(gè)留北油田生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的加熱爐供熱，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，年規(guī)模利用余熱量為9.5×1013J，停用加熱爐11 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)燃油零消耗，年節(jié)約燃油2 000 t（表6），折合標(biāo)煤約2 800 t，年可減少碳排放6.73×104t，取消加熱爐崗4 個(gè)，減少用工16人。

表6 實(shí)施前后加熱爐數(shù)量及燃料消耗對(duì)比Tab.6 Comparison of heating furnace quantity and fuel consumption before and after implementation

后期工藝進(jìn)一步優(yōu)化后，集輸、供熱系統(tǒng)簡(jiǎn)化，8座計(jì)量站降級(jí)為閥組間，高含水油井采出液量由3 200 m3/d下降至1 300 m3/d，采出液注采耗電下降59.37%，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能耗進(jìn)一步下降。下步計(jì)劃將該區(qū)域豐富的余熱水調(diào)至周邊其他油田進(jìn)行利用，進(jìn)一步擴(kuò)大余熱利用范圍。

3 結(jié)論

（1）將老油田高含水油井采出液集中，與原加熱爐供熱系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，充分利用原有熱力系統(tǒng)設(shè)備及配套工藝，通過(guò)高效換熱的方式供油田生產(chǎn)、生活系統(tǒng)用熱，實(shí)現(xiàn)了采出液余熱區(qū)域內(nèi)全覆蓋，使高含水油井采出液余熱得到了規(guī)模利用，取代了全部燃油加熱爐，達(dá)到了節(jié)能降耗、清潔環(huán)保的目的。

（2）在留北油田區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)由采出液余熱供熱后，進(jìn)一步探索了降低熱負(fù)荷、提高余熱利用效率的方法，通過(guò)優(yōu)化集油工藝、變間接換熱為直接摻水等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用熱與采出液需求量雙下降。

隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，尤其是地處京津冀地區(qū)的華北油田，加熱爐燃燒原油、天然氣等一次能源的供熱方式已不能滿足油田節(jié)能低碳、清潔環(huán)保的要求，尋求更加節(jié)能高效、清潔環(huán)保的地面供熱模式對(duì)于油田效益開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。留北油田充分依托已建熱力系統(tǒng)及集輸工藝管網(wǎng)，通過(guò)不斷的工藝優(yōu)化、配套技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高含水老井采出液余熱的規(guī)模利用，代替了區(qū)域內(nèi)加熱爐供熱，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益十分明顯；同時(shí)也為老油田高含油水井、特高含水油井采出液的規(guī)模利用提供了借鑒模式，為老油田區(qū)域性利用清潔的地層熱能提供了新思路、新方法。