渤海某油田原油除砂工藝設(shè)計研究

梁建斌，冀光峰，鐘小俠，孔海生，張 偉

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300459；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459)

0 引 言

渤海某油田屬于特高孔高滲、疏松砂巖油藏，易出砂；稠油粘度高，屬超稠油范圍，對巖石的拖拽能力強；測井聲波時差大于臨界值，出砂風(fēng)險大；注熱后降低巖石的膠結(jié)強度，加劇地層出砂風(fēng)險。依據(jù)渤海地區(qū)的生產(chǎn)經(jīng)驗，熱采井需要防砂。在調(diào)研已生產(chǎn)熱采井防砂及生產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上，推薦生產(chǎn)井運用適度防砂技術(shù)，采用礫石充填防砂，防砂精度為16～30目，對應(yīng)優(yōu)質(zhì)篩精度選擇150μm，確保產(chǎn)出液含砂量控制在8 t砂/萬m3液。

為解決采出液含砂問題，避免設(shè)備損壞和油田停產(chǎn)，在原油處理流程設(shè)計一套除砂工藝，包括熱水回?fù)健⒐艿阑旌稀⒚荛]容器旋流噴射自吸裝置、旋流除砂、臥螺機等技術(shù)整合一體的處理流程。整套流程具有緊湊節(jié)能和環(huán)保的特點，并且非常適用于連續(xù)化生產(chǎn)，可以實現(xiàn)較高的自動化水平。

1 除砂工藝

1.1 原油處理總體工藝方案概述

渤海某油田生產(chǎn)井采用蒸汽吞吐的開發(fā)方式，射流泵動力液舉升采油。各單井物流經(jīng)生產(chǎn)管匯合后，進入生產(chǎn)分離器進行油氣水三相分離，分離出的含水60%的原油進入靜電聚結(jié)分離器進一步脫水至含水50%，經(jīng)外輸泵增壓并與除砂后的生產(chǎn)水混合后，經(jīng)新建海底管道送至中心平臺作進一步處理。生產(chǎn)分離器和靜電聚結(jié)分離器分出的生產(chǎn)水經(jīng)旋流除砂和加熱后，分別用于射流泵動力液、平臺回?fù)剿屯廨敁剿Ｔ洼斔椭林行钠脚_后，摻入30%的A油田的原油，以降低脫水難度，加熱器加熱后經(jīng)靜電聚結(jié)分離器脫水至含水20%，再經(jīng)電脫處理成含水2%的合格原油，由外輸泵增壓后外輸至終端。

平臺生產(chǎn)分離器、靜電聚結(jié)分離器設(shè)置旋流噴射自吸裝置，經(jīng)裝置處理的含砂生產(chǎn)水送至旋流除砂器，分離出的水用于射流泵動力液、平臺回?fù)剿屯廨敁剿Ａ鞒讨谢負(fù)綗崴?jīng)增壓泵送至管道混合器，和井口產(chǎn)出液充分接觸混合后，經(jīng)加熱器升溫后進入生產(chǎn)分離器進行三相分離。旋流除砂器分離出的含水濕砂則進入砂收集罐緩沖，然后通過泥漿泵增壓輸送至臥螺機撬，對濕砂進行進一步脫水。臥螺機分離出的水去往開排，而干砂則輸送至臨時儲砂罐，然后定期運送到陸地。

1.2 熱水回?fù)胶凸艿阑旌掀?/h3>

渤海某油田的地面原油粘度(50℃)33 595～74 462 mPa·s，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量28.60%～44.35%，凝固點22～30℃，屬于超稠油范圍，原油脫水和集輸非常困難，采出液攜砂能力強。原油粘度對溫度和含水率的敏感性較強，實驗表明，溫度和含水率的升高可大幅降低原油粘度，綜合考慮脫水實驗的相關(guān)結(jié)論，推薦回?fù)綗崴疁囟瓤刂圃?0℃左右，回?fù)胶蟮幕旌显秃士刂圃?0%左右，以此達(dá)到降低粘度的目的，并且做到效率最高、節(jié)能最大化。粘度的下降有效減弱了原油攜砂能力，在沖洗過程中，砂粒更加容易釋放到生產(chǎn)水中，脫離原油，為分離器罐底裝置的下一步除砂奠定了基礎(chǔ)。

管道混合器的主體在混合管內(nèi)安設(shè)一特殊設(shè)計的螺旋狀混合單體，每兩個相鄰的開頭相同的單體，方向相反地交叉固定在管道內(nèi)，運行中單體本身不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，混合器內(nèi)也無任何轉(zhuǎn)動部件，流體在混合單體內(nèi)流動時，每一單體將水流一分為二，混合器總分流數(shù)將單體的數(shù)量成幾何級數(shù)遞增。這種混合稱為成對分流混合，而由于相鄰的混合單體流動方向相反，使水流不斷產(chǎn)生方向相反的旋紊流狀態(tài)，在每個單體的兩端產(chǎn)生旋渦，這種旋渦、反旋渦更增強了混合效率，從而使得本體傳質(zhì)速度快，能完成不同液介質(zhì)在瞬時內(nèi)的有效混合。得益于管道混合器的特點，本油田的回?fù)綗崴O(shè)置在混合器的側(cè)端，井口來液進口設(shè)在混合器的主通道，經(jīng)過管道混合器的充分混合沖刷，原油攜砂量大幅降低，砂粒進一步釋放到水中。

1.3 密閉容器旋流噴射自吸裝置

在平臺生產(chǎn)分離器、靜電聚結(jié)分離器和閉排罐內(nèi)設(shè)置旋流噴射自吸裝置，利用該裝置的旋流運砂功能，將罐底的含水沙粒清除至旋流除砂器[1]。由于分離器內(nèi)部操作壓力低，該裝置吸入的油砂無法直接輸送至外部，因此在輸送管路中需要安裝洗砂泵對砂流進行沖洗輸送。其輸送過程是：洗砂水從進口管線進入裝置產(chǎn)生渦流，流體化的砂粒在渦流中心負(fù)壓的作用下被吸入到排出管中，最后一起匯到分離器水相出口進入到旋流除砂器。

單個旋流噴射自吸裝置的處理直徑不小于1 m，砂的去除率不小于98%(無需開罐可持續(xù)生產(chǎn))。根據(jù)沖砂水量30 m3/h對旋流子進行分組設(shè)計，滿足處理量要求(8 t砂/萬m3液)。

1.4 旋流除砂器

旋流除砂是一項有效的分離技術(shù)，根據(jù)離心式沉降和密度差的原理，當(dāng)液流在一定壓力作用下從除砂器進口切向進入設(shè)備后，產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)離心作用，由于砂粒和油水的密度不同，在離心力、向心力和浮力以及液體拽力共同作用下，使介質(zhì)密度低的油水上升，由出口排出，密度大的砂粒從設(shè)備底部的排污口排到儲砂罐。由于該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無相對運動部件、容易操作和維護，投資費用低，固液分離效果好，適用連續(xù)生產(chǎn)的工況，從而得到廣泛運用[2]。

平臺設(shè)計使用了旋流除砂器，主要處理生產(chǎn)分離器、靜電聚結(jié)分離器和閉排來液，一共設(shè)置4臺旋流除砂器，每臺處理量130 m3/h，出口水的砂粒粒徑應(yīng)小于40μm。排出的含水砂漿儲存于臨時砂罐。

1.5 臥螺機

為有效分離砂粒，減少油砂儲存和陸地處理成本，平臺設(shè)置臥螺機進行最后一步的除砂分離。此臥螺機為逆流臥式螺旋卸料沉降離心機，其工作原理是：懸浮液經(jīng)進料管和螺旋出料口進入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，比重較大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對運動的螺旋葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口，分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間是相對運動，差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋，從而實現(xiàn)了離心機對物料的連續(xù)分離過程。離心機具有差轉(zhuǎn)速自動控制功能，達(dá)到出渣干度恒定[3]。

具體流程為：旋流除砂器分離出的含水濕砂進入砂收集罐緩沖，然后通過泥漿泵增壓輸送至臥螺機撬，對濕砂進行進一步脫水。臥螺機分離出的水去往開排，而干砂則輸送至臨時儲砂罐，臨時儲砂罐定期送到陸地。設(shè)置砂收集罐的目的是為了保證臥螺機入口流量穩(wěn)定。臥螺機要求入口的砂液比不能波動太大，因此砂收集罐中設(shè)置了攪拌器。

2 結(jié) 語

目前渤海油田稠油儲量豐富，新的勘探又發(fā)現(xiàn)儲量可觀的超稠油，但在開采過程中不可避免存在油井出砂問題。通過本油田除砂工藝設(shè)計，將熱水回?fù)健⒐艿阑旌稀⒚荛]容器旋流噴射自吸裝置、旋流除砂、臥螺機等技術(shù)整合為一體，有效解決出砂問題，充分考慮成本效益，具有緊湊節(jié)能和環(huán)保的特點，保證了平臺設(shè)備的安全運行，提高油田采收率，為海上熱采開發(fā)油田的除砂工藝提供了參考和經(jīng)驗。■