相變摻熱裝置在渤海油田地面流程中的應用

張海兵，陳景峰，喬勝勇，梁 波，邱 爽

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津300452)

自 20世紀 60年代蒸汽熱采技術開始應用于稠油油田的開發，經過五十多年的不斷改進完善，已經形成龐大的產業鏈條，國外石油企業通過該技術獲取了巨大的經濟效益。我國雖然起步較晚，直到 20世紀 90年代才將其引進國內，但是發展很快，特別是在新疆一些稠油油田，得到廣泛應用。不僅應用于稠油井下熱采，而且在地面流程稠油降黏脫氣和管道集輸方面獲得了可喜的成果。

渤海是我國海上發現稠油儲量最多的海域，在迄今已發現的石油儲量中，稠油占 85%。由于條件限制，熱采技術的使用并不普遍[1]。

本研究僅限于通過利用海上平臺(或陸地終端)的有效熱源，由蒸汽發生器、原油相變摻熱裝置，將高溫蒸汽與待加熱原油混合，提高原油溫度，降低原油黏度，使原油、天然氣和水分更加有效分離，從而達到提升成品原油品質的目的。

1 相變摻熱裝置簡介

1.1 結構組成

如圖 1所示，相變摻熱裝置包括：摻熱套管、摻熱管、蒸汽噴孔、防振座等。

圖1 相變摻熱裝置內部結構Fig.1 Internal structure of phase-change heat mixing device

1.2 工作原理

相變摻熱裝置是一種將高壓節流飽和蒸汽通過噴嘴直接混摻入原油之中的加熱裝置。如圖 2所示，摻熱套管安裝在摻熱管上，摻熱管有原油的進出口，摻熱套管上有蒸汽噴嘴。高溫飽和蒸汽經歷由氣態變為溫度較低的液態這個相變過程，釋放出大量熱能，將原油加熱，達到升溫降黏的目的，給下一級電脫水或熱沉降脫水提供了可靠的條件[2]。

圖2 摻熱裝置橇裝結構Fig.2 Skid-mounted structure of heat mixing device

1.3 技術特點

①采用高溫飽和蒸汽摻熱，功率大，傳熱效率高，適應性強。

②實現自動調節控制，易于管理及精細化操作。

③單體橇裝，整體安裝，占地面積小，減少現場施工的工作量。

2 渤海油田(或陸地終端)的適用性分析

如圖 3所示，自動相變摻熱裝置為橇塊化結構，由水處理橇、蒸汽發生器橇、自動摻熱裝置橇、就地儀表、控制系統等組成[3]。

圖3 原油相變摻熱裝置流程圖Fig.3 Flow chart of phase-change heat mixing device for crude oil

2.1 在生產油田的適用性

傳統的原油處理流程裝置通常采用管殼式換熱器間接換熱，利用高溫導熱油(220℃)給原油加熱到一定溫度，進行有效的脫氣脫水，實現原油穩定外輸[4]。

目前渤海地區大部分在生產油田進入中后期開采，各種增產措施成為常態化工作內容，注聚合物采油是其中重要的增產手段。采出的原油中含大量的聚合物溶液，經三相分離器分離后，進入間接式換熱器加熱，此時水包油原油被破解，聚合物溶液被釋放出來，聚結一些雜質黏結在加熱盤管的內壁上，導致換熱器結垢，管徑變小，傳熱效率降低，原油無法升溫到設計溫度，造成生產流程的不穩定運行，影響成品原油的品質，甚至造成換熱器管壁結焦堵塞和腐蝕泄漏，需要頻繁疏通清洗和維修，對海上油氣生產造成嚴重的困擾。

自動相變摻熱裝置可以有效解決此類問題，通過高溫蒸汽直接均勻混摻到原油之中，有效提高原油溫度，降低黏度，提升原油處理效果。

2.2 新項目適用性

新疆稠油油田，地面原油處理流程和長輸管道站廠在設計之初，利用高溫蒸汽摻熱裝置替代了傳統型換熱器，極大地提高了介質之間的換熱效率，處理流程運行穩定，保證了成品原油質量。

所以，自動相變摻熱裝置在老油田試驗如果取得成功，完全可以在渤海油田新項目中進行推廣，不但能夠簡化操作程序，提高裝置運行穩定性和成品原油質量，而且節省空間，有效降低平臺整體重量，降低油氣生產裝置的投資。

3 蒸汽發生器熱源和水源

熱介質油加熱或透平排煙廢熱均可以作為蒸汽發生器的熱量來源[6]。海上透平發電機排煙溫度一般都在 400℃以上，介質油系統溫度 220℃，滿足蒸汽發生器熱量要求。透平余熱回收不僅符合節能減排要求，而且更為經濟實用[6]。

如表 1所示，蒸汽水源可以根據平臺(或陸地終端)的具體情況而定，但必須是經過處理的軟化水，符合蒸汽鍋爐水質標準。

表1 蒸汽鍋爐水質標準Tab.1 Steam boiler water quality standards

自來水或海水淡化，可直接接入軟化水裝置；水源井水，根據化驗指標凈化處理，再進入軟化水裝置；生產污水，經污水裝置處理后，根據化驗指標，過濾凈化除油后，進入軟化水裝置。因其經濟性高，避免水資源浪費；可循環使用，平臺污水處理量不增加，建議使用生產污水作為水源，但水質要求較高，前期處理成本相對增加。

4 結 語

相變摻熱技術雖然在陸地油田已經成功運用，但是渤海油田還沒有太多相對成熟的經驗可以借鑒。因此，此技術運用還需要從試驗開始，先小后大，從易到難，逐步推廣。發現問題，逐步解決，不斷完善，直至形成一套有理論依據、有方案設計、有應用實例、有應急機制、有成熟預案，理論與實際相結合的科研成果。