高含水油田原油脫水節能對策

徐孝軒（中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院）

1 概況

國內多數油田已進入開發中后期，采出液含水高。聯合站原油脫水處理過程中，多數采用加熱工藝，加熱原油含水量高，稠油、特稠油比例越來越大，原油脫水溫度要求高，加熱系統能耗大。降低原油處理站熱力能的消耗，可有效地降低成本，從而提高油田開發整體的經濟效益。勝利油田發現至今已有50年歷史，目前油田年產油量約2700×104t，采出液綜合含水約90%。勝利油田現有原油聯合站（處理站）50座，建成原油脫水能力約4800×104t/a，聯合站投產運行已達18年以上。隨著油田的不斷開發，稠油、特稠油（原油相對密度0.92以上）比例越來越大。由于處于油田開發中后期，所有處理站進站來液含水高達90%以上，最高達到96%。聯合站脫水過程中，多數采用加熱工藝，含水量高，加熱系統能耗大。

原油聯合站站內能耗主要包括燃料的熱能消耗、電能消耗和化學能消耗三個方面，主要是熱力能的消耗，并且所涉及的方面較多，系統復雜。通過現場調研，只對加熱系統熱能消耗進行研究，分析節能潛力，旨在降低生產成本。

2 原油脫水流程節能潛力分析

聯合站原油脫水處理系統能耗大小與被加熱原油含水率高低有關。通常采用三相分離器游離水預脫除技術來降低站內熱能能耗。根據進站原油油品性質及其加熱工藝不同，結合勝利油田原油進站脫水處理實際，將原油脫水處理流程分為四類并分別進行能耗分析。

2.1 流程I類：一級加熱+大罐多級沉降化學脫水

普通稠油（原油相對密度0.92～0.95）、特超稠油（原油相對密度大于0.95）開發比例逐步增加。對于該類進站高含水稠油、特稠油，可采用一級加熱+大罐沉降化學脫水流程進行處理（圖1）。

圖1 樂安聯合站原油脫水系統示意圖

勝利油田采用該流程的聯合站有樂安、義和、埕東、飛雁灘、東三、東四等共27座。盡管各站流程各異，但共同的特點是原油脫水進行一級加熱。從表1可以看出，脫水處理原油相對密度大，加熱水負荷占系統熱負荷的比例較高，高達60%～85%。其中，樂安聯合站站內能耗最大，噸油處理耗能折算成消耗燃料油約12.27 kg，則每天消耗的燃料油高達18.4 t。

2.2 流程II類：二級加熱+大罐多級沉降化學脫水（或加電脫水）

采用三次采油或聚合物驅開發的油田稠油，這類原油共同特點是原油黏度高，油水密度差縮小，原油脫水難度比較大，脫水流程長，原油脫水溫度高。通常采用二級加熱+大罐多級沉降化學脫水流程（圖2），或采用二級分離+二級加熱+大罐多級沉降化學脫水流程。

表1 勝利油田一級加熱流程部分聯合站能耗分析

圖2 濱南稠油首站原油脫水系統示意圖

勝利油田采用這類流程的站有濱南稠油首站、盤二聯、陳莊聯、東一聯（有穩定）、東二聯（有穩定）5座。這類站的共同特點是原油黏度高，油水密度差縮小，原油脫水難度比較大，脫水流程長，脫水溫度高。從表2可以看出，除盤二聯合站外，其他4站均有較大潛力，加熱水負荷占系統熱負荷比例達到50%～84%。其中，東二聯站內能耗最大，噸油處理耗能折算成消耗燃料油高達14.17 kg。

表2 勝利油田二級加熱流程聯合站能耗分析

2.3 流程III類：三相分離器預分水+電脫水+原油穩定

這類流程主要適應于油品密度（原油相對密度低于0.9）較低中質油。進站原油經過三相分離器、大罐沉降預分水后，加熱爐僅僅對電脫水器處理后的低含水原油進行加熱，加熱系統能耗相對較低（圖3）。

勝利油田辛一聯、辛三聯、102聯、臨盤二首站、渤三聯共5座站采用該流程。從表3可以看出，除盤二聯合站外，其他4站均有較大潛力，被加熱油含水率10%～40%，加熱水負荷占系統熱負荷比例8%～28%。除辛一聯、渤三聯外，其余3座聯合站噸油處理耗能折算成消耗燃料油僅為2 kg左右，加熱系統能耗較低。

圖3 辛一聯合站原油脫水系統示意圖

表3 勝利油田預分水熱流程聯合站能耗分析

2.4 流程IV類（脫水站）： 一次加熱+大罐沉降化學脫水

進站原油油品相對密度較小，站內將含水油進行加熱沉降后，輸送到聯合站處理，不直接外輸合格原油（圖4）。

圖4 永一聯合站原油脫水系統示意圖

勝利油田這類站較少，代表性的是永一聯。從表4可以看出，永一聯被加熱油含水率為5%～20%，噸油處理耗能折算成消耗燃料油僅為1.49 kg，加熱系統能耗較低。

表4 簡單脫水站節能潛力分析

綜合來看，隨著稠油油田開采及三次采油、注聚合物等影響，普通稠油、超稠原油相對密度大、黏度高，站內原油脫水溫度要求高，加熱水負荷（超過60%以上）比例大，原油脫水系統能耗大。根據對勝利、中原、河南等油田現場調研，噸油處理耗能折算耗油平均高達8～14 kg，有很大的節能潛力（第I、II類流程）。

對于相對密度較小、黏度略低的原油，直接采用三相分離器預分水后，進行加熱脫水處理，系統能耗較低（第III類流程），噸油處理耗能折算耗油平均為2～4 kg，節能潛力不大。對于處理原油相對密度低的脫水站（第IV類流程），站內噸油處理耗能折算耗油平均為1 kg左右，系統能耗低，基本沒有節能潛力。

3 設備不保溫熱能能耗分析

設備、管道的散熱是熱力系統中熱量損失的重要組成部分，選擇性價比較為合理的保溫材料對降低熱能損失，提高效益非常重要。通常，站內油氣處理系統的管線及處理設備多數進行了保溫。現場調研發現，部分油田儲油罐沒有進行保溫。每個罐由于原油的停留時間不同，溫降是不同的，最高溫降達12℃，存在一定的熱能損耗。

對于站內油罐具體保溫工程，須根據不同的氣候及站內工藝流程及參數進行大罐傳熱計算、節能分析、合理選擇保溫材料及厚度，進行經濟效益分析比較。當其他條件相同時，沉降罐的罐容越大，則每經過一次沉降過程，節約的原油就愈多，節能效果越明顯；而當其他條件相同時，氣候條件越惡劣，則保溫的效益就越好。通常，在計算其經濟效益時，影響因素較多，如罐的外型尺寸、罐的充滿程度、進罐溫度、停留時間、保溫形式等。

經過測算，對勝利油田采油廠聯合站等大罐及脫水器進行保溫措施，預計可以減少散熱損耗折算原油0.6 t/d。

4 站內原油脫水系統節能對策

低油價條件下，中國石化緊緊圍繞經濟效益這個中心，地面工程節能減排、降本增效任重道遠。中國石化老油田開發進入中后期，隨著稠油油田開采及三次采油、注聚合物等影響，稠油或超稠原油相對密度（0.90以上）大、黏度高，脫水溫度要求高，站內加熱能耗大。因此，這類站（I類、II類流程）原油脫水處理能耗節能潛力很大，是油田聯合站脫水系統節能改造的重點。

4.1 積極推廣預分水技術

中國石化勘探開發研究院地面所目前已經成功研制出國內首套一體化預分水裝置（圖5），預分水的分水比達到50%，大大降低加熱負荷。在原油處理站采用先脫水后加熱流程，降低加熱原油的含水率，實施節能改造。

圖5 中國石化勘探院地面所一體化預分水裝置

4.2 優化控制加熱爐運行

近些年，最新的傳熱、換熱和燃燒技術在加熱爐制造中得以應用，新產品主要有真空加熱爐、常壓高效節能水套加熱爐、分體相變加熱爐等，設計效率最高可達到90%。勝利油田孤四聯合站應用了2臺分體式相變爐，用于含水油的加熱升溫，在實際使用過程中取得了較好的效果。通過測試，熱效率達到約89%，高于此前在用水套爐13個百分點。

4.3 加強站內流程換熱改造，提升熱能利用效率

在聯合站原油穩定后凈化油直接外輸。通常,原油穩定塔出口原油穩定高達90℃以上，在原油外輸之前使其與進加熱爐的含水原油進行換熱，又能提高加熱爐的進油溫度，減少了燃油量。例如，勝利油田辛一聯合站將穩定塔出口熱油（90～95℃）經換熱器換熱后外輸，站內能耗明顯下降，節能效果顯著。

4.4 加強稠油、特稠油脫水專項技術研究

勝利孤東等許多老油田的原油綜合含水高達90%以上，注聚合物開發使液體性質變差，油水分離效果差，原料油進加熱爐含水高，消耗掉大量燃料。

稠油、高含水含聚合物原油和含鹽原油等所占的比例越來越大，需要地面工程進一步創新原油處理技術。如何提高稠油、特稠油處理站的分水率還應開展一系列破乳、分水專項技術研究工作，節能潛力巨大。