高含水原油脫水工藝的優(yōu)選與設計

魏林偉

（北京石大東方工程設計有限公司，山東 東營257500）

聯(lián)合站外輸原油的含水率不達標，不僅會影響生產，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行優(yōu)選和設計，以期對后續(xù)裝置的設計提供依據。

1 基礎數據及相關指標要求

進入原油脫水裝置的油水混合物脫水后的相關指標要求見表1。

表1 油水混合物的相關參數

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、熱化學法、粗?；?、電脫水以及電化學脫水等[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沉降脫水、電化學脫水等工藝，或不同工藝的組合。為此，我們進行了相關原油脫水的實驗研究。從實驗結果可知，在相同的條件下，溫度越高，原油脫水的效果越好。從原油集輸的模擬計算可知，原油的進站溫度不低于50℃，且后續(xù)原油可與穩(wěn)定原油進行換熱，因此僅對高于50℃的原油脫水的實驗結果進行分析。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系

從圖1的實驗數據分析可知，一級脫水無法滿足原油的含水指標要求（含水≤0.5%），因此要采用兩級脫水工藝，為此，設計了2個方案。方案一：兩級熱化學沉降脫水工藝；方案二：熱化學沉降脫水+電化學脫水工藝。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，“原油熱化學沉降脫水+電化學脫水工藝”的配套設備多，管理難度大，電脫水器運行能耗高。兩級熱化學沉降脫水工藝的流程相對簡單，處理效率高，工藝技術成熟，運行穩(wěn)定，管理方便，后期維護容易，已在國內外油田得到廣泛應用，因此本文選擇兩級熱化學沉降脫水工藝。

3 工藝流程設計

站外閥組來液進站加入破乳劑后，進入一級三相分離器，對原油和伴生氣進行分離，同時分離游離水（液相停留10min）。伴生氣的采出水分別進入天然氣處理裝置區(qū)和采出水處理區(qū)進行處理。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、采出水分別進入天然氣處理裝置區(qū)和采出水處理區(qū)進行處理，分離出的原油（含水≤0.5%）進入原油穩(wěn)定裝置進行原油穩(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 設備選型與計算

4.1 一級三相分離器

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

4.2 二級三相分離器

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

4.3 換熱器

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

表4 原油脫水部分設備一覽表

5 結論

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