井口分水裝置的研制及應(yīng)用

◇中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院 胡長(zhǎng)朝

隨著油田開發(fā)進(jìn)入高含水期，采出液長(zhǎng)距離輸送至聯(lián)合站進(jìn)行集中加熱脫水處理、處理合格的采出水長(zhǎng)距離返輸至注水站進(jìn)行注水開發(fā)的集中處理模式，存在能耗高、部分站場(chǎng)超負(fù)荷運(yùn)行等問題，難以有效適應(yīng)高含水開發(fā)階段以水為主的處理需求，急需在井下或者井口、叢式井臺(tái)、計(jì)量站等站場(chǎng)實(shí)施就地分水，提前把大部分采出水分離出來，并就地處理達(dá)標(biāo)后就地回注[1-3]。

井下分水，一般采用井下旋流分離器使油井混合液加速旋轉(zhuǎn)，利用密度差和重力分離原理將油水分離，低含水油舉升至地面，低含油采出水（含油約300 mg/L）回注到注入層，在同一井筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)注入、采出同步進(jìn)行，一井兩用。目前該技術(shù)已被業(yè)界采用，且有成功實(shí)例，但尚不成熟，存在對(duì)井身結(jié)構(gòu)要求高、井下油水分離效果難以監(jiān)測(cè)、設(shè)備費(fèi)用高等問題，限制了其推廣應(yīng)用[4-6]。

國(guó)內(nèi)外各高含水油田目前一般采用三相分離器、旋流分離器、斜管預(yù)分水器、末端分相管等設(shè)備在接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站實(shí)施預(yù)分水。這些設(shè)備出水水質(zhì)含油高（300-1000 mg/L），后端需配建除油罐、沉降罐、氣浮裝置等大型采出水處理設(shè)施，工藝流程復(fù)雜、投資高、占地面積大、處理效率低、產(chǎn)泥量大、處理成本高，難以滿足井口采出液就地分水需求。

為滿足高含水期油田井口、叢式井場(chǎng)、計(jì)量站等處理量小、用地緊張站場(chǎng)就地分水需求，本文研制出了流程短、占地小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本低的井口分水裝置，并通過現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)，對(duì)其分水凈化效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)其產(chǎn)生的效益進(jìn)行了分析，以期促進(jìn)該裝置的規(guī)模化推廣應(yīng)用。

1 井口分水裝置的研制

1.1 裝置組成

井口分水裝置由殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的縱向板件、設(shè)置在殼體末端的多根收油管、底橇及配套儀表、自動(dòng)控制、計(jì)量系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)等組成，裝置示意圖見圖1。高含水采出液進(jìn)入裝置后，在縱向板件的引導(dǎo)下，小油滴經(jīng)碰撞聚結(jié)和濕潤(rùn)聚結(jié)，聚集成大油滴，進(jìn)而形成油膜，在浮力作用下上浮，實(shí)現(xiàn)分水和采出水的凈化。

圖1 井口分水裝置示意圖

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

殼體規(guī)格：φ250mm×12000mm；處理規(guī)模：120 m3/d；最大分水量：60m3/d；出水水質(zhì)：含油≤50 mg/L、含懸浮固體≤50 mg/L；工作溫度：≤80 ℃；氣液比：≤50；設(shè)計(jì)壓力：1.0MPa。

1.3 裝置制造

殼體材質(zhì)：Q245R；殼體壁厚：10 mm；縱向板件材質(zhì)：316L不銹鋼；管線：20#無縫鋼管；內(nèi)防腐：環(huán)氧樹脂涂料；外部保溫層：80 mm復(fù)合硅酸鹽板，外包0.6mm的灰色彩涂鋼板。

井口分水裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖見圖2。

圖2 井口分水裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

2 裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

自2019年9月起，井口分水裝置在中石化某中轉(zhuǎn)站投入現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)，通過改變進(jìn)液量、分出水量等參數(shù)，評(píng)價(jià)了裝置在不同工況條件下的分水凈化效果，探索出了井口分水裝置的最佳運(yùn)行工況。

2.1 儀器設(shè)備及材料

（1）儀器設(shè)備：井口分水裝置見圖2，含油、含懸浮固體指標(biāo)分別通過美國(guó)TD-500D便攜式水中油份濃度測(cè)定儀（熒光法）和HBD5-MLSS4210便攜式水質(zhì)懸浮固體分析儀（散射法）測(cè)定。運(yùn)行過程中，通過設(shè)置在井口分水裝置各子單元進(jìn)出口位置處的取樣口取樣化驗(yàn)水質(zhì)，溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)通過設(shè)置在裝置上的溫度計(jì)、壓力表、流量計(jì)等讀取。

（2）試驗(yàn)材料：分析化驗(yàn)用鹽酸、正己烷等材料為市售，分析純。

2.2 工藝流程

井口分水工藝流程為：生產(chǎn)匯管來液→井口分水裝置→出水。生產(chǎn)匯管來液直接進(jìn)井口分水裝置進(jìn)行分水和采出水處理，分出的低含水原油及伴生氣進(jìn)原油外輸系統(tǒng)，分出并經(jīng)凈化處理的采出水，水質(zhì)達(dá)到過濾器進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過濾器過濾后就地回注。

2.3 工作介質(zhì)

工作介質(zhì)為高含水原油采出液及其伴生氣，參數(shù)如下：原油密度：0.88 g/cm3；進(jìn)站溫度：40℃；含水率：～94%；采出液平均粘度（50℃下）：1 mm2/s；采出水PH值：7.0～7.3；采出水礦化度：～40000 mg/L。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

經(jīng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證，井口分水裝置處理能力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)液量波動(dòng)狀況，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高?，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)表顯示（部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1），在平均進(jìn)液量120 m3/d、進(jìn)液平均含水94.7%、工作壓力0.25MPa現(xiàn)場(chǎng)工況下，井口分水裝置可在0.5小時(shí)內(nèi)分出高含水原油采出液中58.5%的采出水；未投加凈水劑、未過濾，裝置出水平均含油12.5 mg/L、平均含懸浮固體8 mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，能夠滿足井口、叢式井場(chǎng)、計(jì)量站等狹小站場(chǎng)就地分水、就地處理、就地回注需求。進(jìn)液與裝置不同階段出水對(duì)比見圖3。

表1 井口分水裝置應(yīng)用效果

圖3 進(jìn)液與井口分水裝置不同階段出水對(duì)比

2.5 效益分析

（1）資源效益：采用井口分水裝置實(shí)施就地分水回用，高含水油田可在不大規(guī)模擴(kuò)建地面集輸及處理系統(tǒng)的前提下，實(shí)施提液增產(chǎn)措施，提高原油產(chǎn)量。

（2）經(jīng)濟(jì)效益：應(yīng)用井口分水裝置，提前把大部分采出水分離出來，可避免集輸管道及聯(lián)合站的大規(guī)模擴(kuò)建，節(jié)約大量投資；井口分水裝置具有流程短、占地小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，經(jīng)測(cè)算，投資、占地、運(yùn)行成本分別僅為常規(guī)三相分離器工藝的30%、10%、30%。單臺(tái)井口分水裝置按處理液量規(guī)模120 m3/d、分出采出水60 m3/d計(jì)算，每年可為用戶節(jié)約天然氣、用電費(fèi)用、藥劑費(fèi)用、污泥處理費(fèi)用等成本約50萬(wàn)元。

（3）環(huán)境效益：通過采用井口分水裝置在井口、叢式井場(chǎng)等狹小站場(chǎng)實(shí)施就地分水、就地處理、就地回注，可避免對(duì)大量采出水無效加熱和長(zhǎng)距離往返輸送，節(jié)約大量天然氣及電耗，減少了碳排放；不加藥，節(jié)省藥劑成本的同時(shí)，從源頭降低了含油污泥的產(chǎn)量；采出水實(shí)現(xiàn)了就地回用，單臺(tái)裝置每年節(jié)約水量超過20000 m3。

3 結(jié)論

（1）研制出了處理規(guī)模120 m3/d的集分水和采出水凈化功能于一體化的井口分水裝置。

（2）開展了長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)，井口分水裝置能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)液量波動(dòng)狀況，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高；可在0.5小時(shí)內(nèi)分出高含水原油采出液中58.5%的采出水，出水平均含油12.5 mg/L、平均含懸浮固體8 mg/L，滿足高含水期油田井口、叢式井場(chǎng)、計(jì)量站等處理量小、用地緊張站場(chǎng)就地分水需求。

（3）井口分水裝置為橇裝裝置，具有流程短、占地小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，同等規(guī)模條件下，投資、占地、運(yùn)行成本分別僅為常規(guī)三相分離器工藝的30%、10%、30%，適合在高含水油田推廣應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、降本增效。