一體化預分水裝置在稠油油田的現場試驗*

黨偉

中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院

隨著開發時間的延長,國內稠油油田已進入高含水開發期,采出液含水率普遍上升到50%以上,有的油田甚至達到80%以上[1-2].含水率的上升使得采出液總量增大,增加了地面集輸系統的運行負荷和處理難度;采出液中水的存在增加了燃料的消耗,特別是對于含水較多的原油,采出液規模的增加會導致燃料消耗的成倍增長,增加采出水往返輸送的動力消耗.因此,有必要在高含水期油田實施預分水[3-4],即在集輸系統前端將部分污水分離出來并進行處理后回注,剩余低含水油進入原集輸系統進行處理,以降低地面集輸系統的運行負荷,減少加熱能耗和動力消耗,降低油田開采成本.

稠油污水具有油水密度差小、懸浮固體含量高、污水處理困難的特點.目前采用的"三相分離器+三級沉降"處理工藝流程長,占地面積大,添加藥劑多,投資和運行成本高,不適用于油田預分水.為此,研發了多種高含水稠油的分水技術,如袁良秀[5]在遼河油田采用管道式油水分離技術處理稠油采出液工業試驗取得成功,脫水率達到40%~45%,脫后污水水質優于沉降罐放水水質;袁良秀[6]在某普通稠油采出液的聯合站進行超重力旋流聚結脫水現場試驗,確定稠油污水最佳溢流比、加藥比等參數,為稠油采出液高效脫水、降低能耗提供了解決思路;馬猛等[7]開發了導葉型軸向入口式分離器,并通過數值模擬研究了稠油黏度對分離性能的影響.

本文借鑒胡長朝等[8-9]采用一體化預分水除油技術在高含水油田試驗成功的經驗,將設備進行升級改造,通過增加分氣功能,強化分水和除油功能,使之適用于稠油污水的預分水,并在稠油油田進行了現場應用.

1 材料與方法

1.1 采出液性質

采出液為某稠油油田井排來液,含水率85.1%,液量2000~2300m3/d,原油密度0.9455 g/cm3;來液溫度47℃,出站溫度42~43℃;礦化度23X 104mg/L,氯離子濃度14X104mg/L;pH值5~6;腐蝕速率0.2 mm/a(點蝕);破乳劑投加濃度約65 mg/L.

1.2 分析指標及方法

試驗主要對分出水的含油和懸浮物進行檢測,檢測方法采用碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法(SY/T 5329-2012)中推薦的方法,水中含油檢測采用分光光度法,懸浮固體(SS)濃度檢測采用質量法.

2 試驗

2.1 裝置結構及工作原理

一體化裝置為橇裝裝置,橇塊尺寸為18mX4m,分為進液區、分水區、出水區和低含水油輸出區.裝置設計處理規模為2 000 m3/d,設計進液為含水率80%以上的稠油(原油密度大于0.9 g/cm3),設計分水量為1 000 m3/d,設計出水水質含油濃度≤50 mg/L,含懸浮物濃度≤50 mg/L.

該裝置是將旋流氣液分離,一級重力油水分離,二級仰角式網格管分離,三級聚結分離及配套壓力、液位、界面控制技術進行有機結合而形成一體化預分水裝置.裝置結構示意圖見圖1.

圖1 裝置結構示意圖Fig.1 Structure diagram of device

油井采出液首先進入旋流器將天然氣分離出來,油水混合液進入一級重力分離室分離大部分游離水,然后分出水進入二級仰角式網格管分離器分離出大部分浮油,再進入三級聚結分離室分離細小油珠和乳化油,最后凈化水由水室排出罐外,低含水油由油室排出罐外.

該裝置具有以下技術特點:①將原油脫水與污水處理功能有機結合并強化污水凈化功能,形成油氣水多相分離裝置,達到了一套裝置可以替代原油脫水及污水處理系統的目的;②將重力沉降、分區聚并、聚結等物理除油分離技術進行了一體化有機結合,可將含水率70%以上的油井采出液直接進行分離,最終出水水質達到含油濃度≤50 mg/L,懸浮物濃度≤50 mg/L;③裝置工藝流程短,出水水質穩定,可節約大量的污水往返輸送及熱能損耗成本,與常規技術相比可節約大量投資、成本、占地等.

2.2 試驗過程

試驗中,井排來液進入站內緩沖罐,從緩沖罐直接進入一體化除油分離設備,進行分水并處理,出水進入過濾系統過濾后進注水罐,分水后的低含水油進入原集輸管網.試驗中不添加絮凝劑、助凝劑等水處理藥劑.具體工藝流程如圖2所示.

圖2 工藝流程Fig.2 Process flow

3 結果與討論

3.1 現場試驗結果

截取現場30d的試驗數據進行分析,日均進站液量在1 678~2 561 m3/d之間波動,平均處理液量為1 977 m3/d,接近設計處理液量(2 000 m3/d).進液含水率83.7%,分水比在30%~50%之間波動,分水量在413~930 m3/d之間波動,日均分水量600 m3左右.具體試驗數據如圖3所示.

對裝置出水的含油濃度和懸浮固體濃度進行了監測,監測結果如圖4所示.從圖4可以看出,在不添加水處理藥劑的前提下,30d內出水含油和懸浮固體濃度均低于50 mg/L的設計值,滿足設計需求.其中出水含油濃度在3.5~45 mg/L之間波動,出水含油平均濃度為21.6 mg/L;懸浮固體濃度在3~35 mg/L之間波動,出水懸浮固體平均濃度為14.2 mg/L.裝置運行穩定性較好,在進站液量大幅度波動的前提下,出水含油和懸浮固體濃度均能穩定在50 mg/L的設計值以下.

圖3 分水量與總液量關系Fig.3 Waterseparationandtotalliquidquantity

圖4 裝置出水含油和懸浮固體濃度Fig.4 Effluent oil content and suspended solid concentration of device

3.2 分水比對處理效果的影響分析

試驗期間,通過人為調整分水量考察不同分水比對處理效果的影響,受現場試驗條件限制,分水比的調節范圍為30%~55%.試驗結果如圖5和圖6所示.

圖5 不同分水比情況下的除油率Fig.5 Oil removal rate under different water separation

圖5 為不同分水比情況下的除油率.從圖5可以看出,隨著分水比的逐漸增大,除油率是逐漸降低的,在分水比50%的情況下,除油率為80%左右.根據擬合曲線計算,實際生產過程中,為保證出水水質,分水比必須控制在64.5%以內,否則出水含油濃度將超出50 mg/L的設計標準.

圖6 不同分水比情況下的出水懸浮固體濃度Fig.6 Effluent suspended solid concentration in the outlet under different water separation

圖6 為不同分水比情況下的懸浮固體去除率.從圖6可以看出,出水懸浮固體去除率受分水比的影響較小,懸浮固體去除率變化不大,基本穩定在50%~60%之間,擬合曲線呈水平狀態.

根據試驗結果分析,該裝置在稠油油田應用過程中,為達到出水含油和懸浮固體濃度均小于50 mg/L的設計標準,裝置運行的最大分水比必須控制在64.5%以內.

4 結論

(1)含水率85%以上的稠油采出液經一體化除油分離設備處理后,在分水比50%以下的情況下,裝置出水含油濃度≤50 mg/L,含懸浮物濃度≤50 mg/L,達到設計目標.根據處理效果分析,裝置運行的最大分水比為64.5%.

(2)一體化除油分離設備運行過程中,無需添加絮凝劑、助凝劑等水處理藥劑,在節省藥劑費用的同時降低了污泥產量,減小了油田環保壓力.

(3)一體化除油分離設備為橇裝設備,可取代稠油污水通用的"三相分離器+三級沉降"的處理工藝流程,具有除油效率高、占地面積小的特點,適用于高含水稠油油田的預分水和污水處理,具有很高的推廣價值.