多臺三相分離器并聯(lián)使用工藝及運行參數(shù)優(yōu)化

段明霞 劉利娜 楊玲 楊斌 王軍妮

（1.長慶油田公司培訓中心；2.長慶油田公司第一采氣廠；3.長慶油田公司第二采氣廠）

長慶氣田采出水總體具有高礦化度、高懸浮物、高含鐵量、高腐蝕性、高含油量，低pH值等特點[1]。隨著氣田排水采氣技術推廣應用，泡排劑、緩蝕劑等高分子物質進入采出水中，形成大量油、水、泥三相混合的固相懸浮乳化物，液相中表面張力下降，導致采出水體系更穩(wěn)定，加大了采出水處理難度，伴隨天然氣開采，氣田采出水在集氣站進行簡單分離，后通過汽車拉運或管輸至處理廠進行集中處理并回注，此類工藝在早期開發(fā)中處理工藝基本滿足要求。隨著氣田開發(fā)，氣田采出水“質”、“量”均發(fā)生較大變化，現(xiàn)有處理工藝已不能滿足生產需要，影響氣田正常生產運行[2]。所以引進在采油生產中應用成熟的三相分離器作為核心分離設備，實現(xiàn)采出水中水份、機雜、油份的分離。

1 生產現(xiàn)狀及存在問題

1.1 工藝流程

神木氣田采用“井口不加熱不分離直接進站、站內分離、集氣站增壓外輸、處理廠集中處理”的地面集輸工藝模式。其中處理廠集中處理主要采用“三相分離、一級沉降”的氣田采出水處理工藝，能夠實現(xiàn)對于采出水水份、機雜、油份的有效分離。三相分離器為采出水處理系統(tǒng)中的核心設備，設計為兩臺并聯(lián)運行，具體工藝流程為，集氣站來水經過管道輸送或罐車運送至下游天然氣處理廠，首先進入三相分離器實現(xiàn)水份、機雜、油份三相介質分離；分離出的水份、機雜通過沉降除油后經回注緩沖罐匯集，再經過一系列過濾處理后，經高壓回注水泵回注地層；三相分離器及沉降除油罐分離出的凝析油均經儲運系統(tǒng)穩(wěn)定處理后外銷，獲得較高的經濟效益。

1.2 結構原理

三相分離器屬于一種將脫水、脫油、除砂結合在一起的綜合處理設備，主要由入口旋流裝置、聚結填料、除砂裝置、油水室分程隔板、界面顯示裝置、采出水進口管線、采出水出口管線、凝析油出口管線、氮氣穩(wěn)壓管線和氮氣調壓裝置組成[3-4]。當水份、機雜、油份混合物進入三相分離器后，能夠在離心分離、重力沉降、碰撞聚結作用下，實現(xiàn)各相的準確分離[5]。為確保三相分離器運行壓力平穩(wěn)，引入氮氣源作為壓力調節(jié)和介質輸送的驅動氣體，在實際生產中，兩臺三相分離器分別連接有獨立的氮氣管線，每條管線上安裝有手動調壓閥，由員工根據(jù)生產需要手動完成兩臺三相分離器壓力調節(jié)。

1.3 現(xiàn)存問題

三相分離器在實際運行過程中，由于壓力不平穩(wěn)或進液量分配不均，容易導致三相分離器進液偏流[6]，致使油水室液位、含水等各項指標難以達到控制標準，其中油份含量均值達2 359 mg/L，機雜均值達到593.6 mg/L，也存在三相分離器抽空變形、冒頂?shù)劝踩[患，改造前機雜油份數(shù)據(jù)見表1。

表1 改造前機雜油份數(shù)據(jù)Tab.1 Miscellaneous oil data before modification mg/L

2 問題原因分析

為深剖析兩臺三相分離器壓力不平穩(wěn)、分離不正常的問題根源，通過魚骨圖法，從人、機、料、法、環(huán)、測6個方面對并聯(lián)三相分離器壓力不平衡分離不正常問題原因進行了系統(tǒng)分析，最終得出“人”的問題表現(xiàn)在質量意識差、粗心大意、不遵守操作規(guī)程、操作技能低等方面[7]。“機”的問題表現(xiàn)在三相分離器內部組件故障，如組件脫落、組件損壞、臟堵、組織結構不合理，進液流程不暢通等方面[8]。“料”的問題表現(xiàn)在上游來液流速波動、來液壓力波動、來液溫度變化、來液油份機雜變化，氮氣流速波動、氮氣壓力波動、氮氣純度變化，加注破乳劑溫度變化、破乳劑加注量變化、破乳劑濃度變化等方面[9]。“法”的問題表現(xiàn)在排液制度不合理、反沖洗制度不合理、加藥制度不合理、油水屆面控制不合理、壓力控制不合理、超負荷運行、兩臺分離器液位設備值不一致等方面[10]。“環(huán)”的問題集中在環(huán)境溫度變化對采出水的影響。“測”的問題集中在液位計本身有無故障或液位遠傳系統(tǒng)是否正常。

3 解決方案

3.1 優(yōu)化運行參數(shù)

3.1.1 破乳劑的加注

通過化驗分析，來水含油高、乳化嚴重，懸浮物粒徑偏小，一般在10μm以下，膠體顆粒不易聚集沉降，造成三相分離器分離效果差，難以平穩(wěn)運行。針對此項問題，采取“優(yōu)加、多加、早加”的原則，結合采出水水質優(yōu)化破乳劑配比，增加破乳劑加注量，且在上游集氣站環(huán)節(jié)就進行破乳劑加注，打破上游來液的乳化狀態(tài)，為下游三相分離處理提供良好的水質條件。

3.1.2 運行壓力的控制

三相分離器的壓力控制過高或過低對三相分離器的油水分離效果都存在一定影響。壓力過高，出液速率增大，使得三相分離器的分離區(qū)液面下降過快，沉降時間縮短，出口采出水含油率和凝析油含水率均會超標；壓力過低，出液速度降低，容易使液面升高，增大脫水后凝析油含水率。根據(jù)長期跟蹤發(fā)現(xiàn)，壓力控制在0.11～0.12 MPa范圍運行，油水分離效果最佳。

3.1.3 處理量的控制

經過長期數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)中三相分離器實際運行中凝析油含量在8%以上，處理量小于37.5 m3/h時處理效果最佳，結合生產實際情況制定錯峰轉液制度，將上游來液流速控制在了37.5 m3/h之內，確保每臺三相分離器均不會以超負荷運行，從原理上確保分離效果。

3.1.4 油水屆面的控制

根據(jù)采出水特性不同，對油水指標要求不同，需要定期進行化驗分析，及時調整合理的油水界面。油水界面過高，減少了油相停留時間，縮短了油中水珠的聚結時間，會增加凝析油中的含水率，水在設備內的停留時間延長，利于水中含油減少；界面過低，利于油中含不降低，但不利于水中油珠聚結，會造成水中含油增高，因此，控制好油水界面對三相分離器的分離效果及期重要。

3.2 優(yōu)化工藝流程

1）連通氮氣流程。兩臺三相分離器并聯(lián)運行時，氮氣壓力波動，獨立的氮氣流程和調節(jié)閥門無法實現(xiàn)兩臺同時調整至壓力完全一致，導致并聯(lián)運行時三相分離器進液“偏流”，致使出水口水質各項指標未能達標。通過工藝改造，將原有兩臺三相分離器獨立的氮氣流程連通，實現(xiàn)兩臺分離器氣相空間連通，分離器內壓力一致。

2）更換氮氣調壓閥。更換原有手動式氮氣壓力調節(jié)閥為氣動薄膜調節(jié)閥，并將信號引入中控室，實現(xiàn)三相分離器氮氣壓力無級調節(jié)，且連通兩臺分離器氮氣流程，通過一套調節(jié)閥可以同時完成兩臺三相分離器氮氣壓力的調節(jié)，調節(jié)更加精準，保證各分離器氮參數(shù)保持一致，使得容器內部壓力保持平衡狀態(tài)。

3.3 強化生產管理

1）及時排污。三相分離器在運行過程中，容器底部沿流向會有不同程度的積砂現(xiàn)象，尤其是沉降分離段積砂更為嚴重。大量積砂會造成容器容積變小，沉降時間縮短，阻礙液體的正常流動，勢必造成分離器內部壓力升高，最終導致三相分離器無法正常運行，所以日常生產中要加強三相分離器的排污操作。

2）及時反沖洗，定期檢修。神木處理廠擔負著多個作業(yè)區(qū)的采出水處理任務，高峰供氣期間由于采出水接卸量一直維持在較高水平，采出水處理系統(tǒng)24 h連續(xù)運轉，大量油泥機雜在系統(tǒng)內積聚不能及時清理，日常應嚴密監(jiān)控兩臺三相分離器運行差壓，當進出口差壓大于0.2 MPa時，及時對三相分離器進行反沖洗操作，確保分離器內部組件無淤堵現(xiàn)象，定期對三相分離器進行檢修，確保內部組件無脫落、組件損壞、臟堵。

4 應用效果

4.1 改造后流程展示

經過改造實踐和運行參數(shù)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)多臺三相分離器并聯(lián)運行，壓力不平衡分離問題得到了有效解決，收油率得到了提升，回注水油份、機雜得到了降低。改造后的氣田采出水三相分離處理系統(tǒng)運行流程見圖1。

圖1 改造后氣田采出水三相分離處理系統(tǒng)運行流程Fig.1 Operation flow of the three-phase separation treatment system for produced water after transformation

通過流程圖可以看出，氮氣管線連通方法較為簡單，組織材料獲取相對容易，原有工藝為各自調壓，現(xiàn)在共用一套調壓裝置，能夠在保持壓力平衡的同時，實現(xiàn)調壓裝置一備一用，一方面能夠提高氣田采出水三相分離處理系統(tǒng)的運行安全，另一方面保證了生產作業(yè)的連續(xù)性和系統(tǒng)性。

4.2 優(yōu)化后氣田采出水水質分析

優(yōu)化后采出水油份分析結果見圖2，改造前的油份均值為2 359 mg/L，氮氣管線改造后的油份為771 mg/L，改造后的回注水油份明顯降低。

圖2 優(yōu)化后采出水油份分析結果Fig.2 Analysis results of produced water and oil after optimization

優(yōu)化后回注水機雜分析結果見圖3，改造前的回注水機雜均值為593.6 mg/L，氮氣管線改造后的回注水機雜為249.5 mg/L，改造后的回注水機雜明顯降低。

圖3 優(yōu)化后回注水機雜分析結果Fig.3 Analysis results of reinjection machine miscellaneous after optimization

優(yōu)化后日均收油量分析結果見圖4，改造前的日均收油量為26.2 m3，氮氣管線改造后的日均收油量為29.4 m3，改造后的日均收油量明顯提升。

圖4 優(yōu)化后日均收油量分析結果Fig.4 Analysis results of daily oil intake after optimization

4.3 經濟效益評價

優(yōu)化前的日均收油量為26.2 m3，工藝參數(shù)優(yōu)化后的日均收油量為29.4 m3，收油量平均每天增加3.2 m3，按照0.4萬元/t的凝析油單價進行計算，平均每天增加收益0.99萬元，平均每月增加收益29.57萬元，平均每年增加收益359.74萬元。

兩臺三相分離器運行壓力穩(wěn)定，進液“偏流”現(xiàn)象消除，日常運行氮氣壓力穩(wěn)定在0.11～0.12 MPa，壓力平穩(wěn)，解決了改造前頻繁調壓的生產實際問題，崗位員工勞動強度降低。其次，大幅度降低了回注水指標，減少了環(huán)境污染的風險。同時，還延長了回注井的應用壽命，確保回注系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。

5 結論

三相分離器是油氣田油水分離的核心設備，在日常生產中，運行壓力、油水界面、運行負荷、加藥量等參數(shù)對油水分離影響均很大，要保證在合理參數(shù)范圍下運行，并不斷摸索最佳運行參數(shù)。針對并聯(lián)運行壓力不平衡分離不正常的問題，通過優(yōu)化工藝運行參數(shù)，采用氮氣管線連通方法使并聯(lián)運行的分離器壓力完全保持一致，且原有工藝為各自調壓，現(xiàn)在共用一套調壓裝置，能夠在保持壓力平衡的同時，實現(xiàn)調壓裝置一備一用，提高了氣田采出水三相分離處理系統(tǒng)的運行安全，保證了生產作業(yè)的連續(xù)性和系統(tǒng)性，高效回收了氣田采出水中的凝析油，解決了改造前頻繁調壓的生產實際，崗位員工勞動強度降低，達到提質增效的目的，該工藝措施具有較好的實用性和推廣應用前景。