高含水原油脫水工藝的優(yōu)選與設(shè)計

魏林偉

（北京石大東方工程設(shè)計有限公司，山東 東營257500）

聯(lián)合站外輸原油的含水率不達(dá)標(biāo)，不僅會影響生產(chǎn)，還會影響原油的外銷工作[1]。在油田區(qū)塊開發(fā)的后期，產(chǎn)能的逐年下降以及水含量的逐漸增大，給原油脫水帶來了一定的困難。為此，本文以某一區(qū)塊的原油為研究對象，對高含水原油的脫水工藝進(jìn)行優(yōu)選和設(shè)計，以期對后續(xù)裝置的設(shè)計提供依據(jù)。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)指標(biāo)要求

進(jìn)入原油脫水裝置的油水混合物脫水后的相關(guān)指標(biāo)要求見表1。

表1 油水混合物的相關(guān)參數(shù)

2 原油脫水工藝的優(yōu)選

原油脫水的工藝主要有重力沉降、熱力沉降、熱化學(xué)法、粗粒化、電脫水以及電化學(xué)脫水等[2-7]，各種原油脫水方法的優(yōu)缺點見表2。

表2 不同原油脫水方法優(yōu)缺點對比表

從GB 50350-2015《油田油氣集輸規(guī)范》可知[8]，原油脫水宜采用熱化學(xué)沉降脫水、電化學(xué)脫水等工藝，或不同工藝的組合。為此，我們進(jìn)行了相關(guān)原油脫水的實驗研究。從實驗結(jié)果可知，在相同的條件下，溫度越高，原油脫水的效果越好。從原油集輸?shù)哪M計算可知，原油的進(jìn)站溫度不低于50℃，且后續(xù)原油可與穩(wěn)定原油進(jìn)行換熱，因此僅對高于50℃的原油脫水的實驗結(jié)果進(jìn)行分析。初始含水率分別為30%、50%、70%、90%的原油，在不同加劑濃度下，含水率隨沉降時間的變化情況見圖1。

圖1 初始含水率不同的原油在不同加劑濃度下含水率隨沉降時間的變化關(guān)系

從圖1的實驗數(shù)據(jù)分析可知，一級脫水無法滿足原油的含水指標(biāo)要求（含水≤0.5%），因此要采用兩級脫水工藝，為此，設(shè)計了2個方案。方案一：兩級熱化學(xué)沉降脫水工藝；方案二：熱化學(xué)沉降脫水+電化學(xué)脫水工藝。2種工藝的優(yōu)缺點對比見表3。

表3 2種脫水工藝的優(yōu)缺點對比

由表3可知，“原油熱化學(xué)沉降脫水+電化學(xué)脫水工藝”的配套設(shè)備多，管理難度大，電脫水器運行能耗高。兩級熱化學(xué)沉降脫水工藝的流程相對簡單，處理效率高，工藝技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定，管理方便，后期維護(hù)容易，已在國內(nèi)外油田得到廣泛應(yīng)用，因此本文選擇兩級熱化學(xué)沉降脫水工藝。

3 工藝流程設(shè)計

站外閥組來液進(jìn)站加入破乳劑后，進(jìn)入一級三相分離器，對原油和伴生氣進(jìn)行分離，同時分離游離水（液相停留10min）。伴生氣的采出水分別進(jìn)入天然氣處理裝置區(qū)和采出水處理區(qū)進(jìn)行處理。分離出來的含水原油（含水≤10%）與穩(wěn)定原油換熱后升溫至70℃，進(jìn)入二級三相分離器分離（液相停留時間≥35 min）。伴生氣、采出水分別進(jìn)入天然氣處理裝置區(qū)和采出水處理區(qū)進(jìn)行處理，分離出的原油（含水≤0.5%）進(jìn)入原油穩(wěn)定裝置進(jìn)行原油穩(wěn)定。其中一級三相分離器的處理溫度為50℃，液相停留時間≥5min，原油含水≤10%；二級三相分離器的處理溫度為65℃，液相停留時間≥35min，原油含水≤0.5%。采用HYSYS軟件模擬了原油兩級脫水工藝流程（圖2）。

圖2 原油兩級脫水工藝的模擬流程圖Fig 2 Simulation flow chart of crude oil two-stage dehydration process

4 設(shè)備選型與計算

4.1 一級三相分離器

根據(jù)《原油熱化學(xué)沉降脫水設(shè)計規(guī)范》，游離水的分離停留時間設(shè)為10min，氣相停留時間設(shè)為3min，一級分離器計算容積為709.5m3。為方便運行，設(shè)置6臺分離器，設(shè)備規(guī)格為Φ3400mm×13600mm，單臺有效容積為128.92 m3，設(shè)計壓力為1.6MPa，材質(zhì)選用Q245R（正火）。

4.2 二級三相分離器

考慮一級分離器后的產(chǎn)出液含水為10%，按照最大油量10600t·d-1，沉降時間設(shè)為35min，所需設(shè)備的液相有效容積為371.2m3。為方便運行，設(shè)置6臺分離器，規(guī)格為Φ3200mm×12800mm，單臺設(shè)備的液相有效容積為69.80m3。

4.3 換熱器

按進(jìn)站原油溫度為51℃，最大來油量為10600t·d-1，含水率為10%，計算得到熱負(fù)荷為7130kW。為方便運行，設(shè)置6臺換熱器。換熱器選用管殼式換熱器，熱源為穩(wěn)定原油，單臺換熱器的負(fù)荷為1200kW，換熱面積為195m2。主要設(shè)備見表4。

表4 原油脫水部分設(shè)備一覽表

5 結(jié)論

針對某區(qū)塊的高含水原油，對“兩級熱化學(xué)沉降脫水工藝”和“熱化學(xué)沉降+電化學(xué)沉降脫水工藝”進(jìn)行優(yōu)選對比后，確定了采用兩級熱化學(xué)沉降脫水工藝進(jìn)行原油脫水，并對工藝流程和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計和計算。