新疆油田某井區致密油脫水技術

王昱培

新疆油田公司陸梁作業區

近10 年來，國內外致密油的勘探均取得了重要進展，且其資源潛力較大，特別是新疆油田的環瑪湖等油田[1-2]；致密油積壓裂[2]的開發方式給后續生產帶來一定難度，壓裂液含有胍膠、交聯劑、聚合物等各種添加劑，具有高穩定性、高黏度、高懸浮物含量等特點，給油水乳化和破乳造成一定影響[3]；難以達到處理后原油含水率≤0.5%的規范要求[4]。因此，針對新疆某區塊致密油進行了專門研究。

1 原油物性

1.1 原油性質

該井區原油性質見表1。由表1 可知，50 ℃時黏度差異大，在55.2～317.85 mPa·s 之間；個別井含蠟量較高，達21.86%；個別井凝固點高達32 ℃，需要井口加熱；固體懸浮物質量濃度 高 達1 275 mg/L（以下簡稱濃度）。混合原油50 ℃黏度為150 mPa·s，單井投運也含有少量壓裂返排液，30～45 ℃時原油難脫水。

表1 某井區原油物性Tab.1 Physical properties of crude oil in a certain well area

1.2 返排液胍膠

返排液含有胍膠、交聯劑，且都是穩定劑，對原油脫水有一定影響，返排液胍膠濃度在55～517 mg/L 之間，判別胍膠性質見圖1。

圖1 壓裂返排液胍膠與羥丙基胍膠紅外對比Fig.1 Infrared comparison of fracturing backflow fluid guar gum and hydroxypropyl guar gum

由圖1 可知，壓裂返排液中的胍膠和羥丙基胍膠的主要官能團及波數區的峰型基本一致，因此可以判定該壓裂返排液中使用的主要是羥丙基胍膠。

2 室內原油脫水實驗

原油脫水關鍵因素：高效的破乳劑、原油含水率、經濟合理破乳溫度及高效處理設備等。

2.1 破乳劑初選

將單井混合采出液除去游離水，制備了含水率為17.2%的油樣，選新疆油田應用效果最佳的6 種破乳劑在60 ℃下分別測試加藥濃度為50、75、100及200 mg/L 和脫水時間為15、30、45、60、90 及120min 的熱化學脫水效果，結果見表2。

表2 60 ℃條件下不同破乳劑在不同脫水時間的脫水效果Tab.2 Dehydration effect of different demulsifiers at different dehydration times at 60 ℃

由表2 可知，加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，熱化學脫水60 min，油中含水率為4.68%，進入電脫水15 min 后，原油含水未檢出。

2.2 不同含水熱化學脫水效果

隨著開發階段的不同，原油含水逐步升高，破乳劑常有變化，脫水溫度也常有不同變化，且決定原油脫水成本。

2.2.1 低含水率

將單井混合采出液除去游離水，制備低含水率24.3%的油樣，加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，在不同溫度下進行熱化學沉降脫水，實驗結果見表3。

由表3 可知，60 ℃下加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，熱化學脫水60 min，原油含水率為3.4%，進入電脫水15 min，原油含水率未檢出。

2.2.2 中含水率

將單井混合采出液除去游離水，制備含水率為36.0%～40.9%的油樣，4#藥劑在不同溫度下進行熱化學沉降脫水，實驗結果見表4。

由表4 可知，55 ℃下加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，熱化學脫水60 min，原油含水率為9.05%，電脫水15 min 后，原油含水率未檢出。

2.2.3 高含水率

考慮到不同地層不同開發階段產出液在三相分離器出口端含水率的變化情況，制備了55.7%的高含水油樣，開展4#藥劑破乳試驗，結果見表5。

表5 不同溫度下高含水率原油熱化學脫水效果Tab.5 Thermochemical dehydration effect of high water content crude oil at different temperatures

由表5 可知，50 ℃下，加入濃度為75 mg/L 的4#藥劑，熱化學脫水60 min，油中含水率4.5%，電脫水15 min 后原油含水率未檢出。

2.3 不同條件下不同破乳劑脫水效果對比

不同破乳劑、脫水溫度、含水率條件下電脫效果對比詳見表6。

表6 不同條件下電脫效果對比Tab.6 Comparison of electric dehydration effects under different conditions

由表6 可知，原油不同含水率時，投加濃度為75～100 mg/L 的4#藥劑，電脫水出口原油含水率都可保證≤0.5%。

2.4 試驗結論

（1）按含水率將原油分類為低含水率（24.3%）、中含含水率（30%～40%）及高含水率（＞50%）三類，加入濃度為75～100 mg/L 的4#藥劑，在55～60 ℃下熱化學脫水1 h 后，電脫水15 min，原油含水率未檢出。

（2）綜合實驗結果，本工程原油處理確定采用三相分離+熱化學脫水+電化學脫水工藝流程。三相分離先脫出游離水，降低能耗；熱化學脫水選擇120 min；電化學脫水選擇45 min；集油區已進行端點加藥，處理站內可補充部分破乳劑，加藥濃度100 mg/L。

3 工藝設計

目前國內原油地面開發持續推進一體化集成裝置研發與規模推廣[5]，原油脫水最常用的還是傳統且發展最為完備的熱化學法和電化學法[6]。雖然采用多功能（一體化）“加熱緩沖段+油水室+電脫段”[7]、“油氣分離、加熱及熱脫+電脫”[8]、“三相分離+熱化學+緩沖+電脫”[9-10]、“熱脫+緩沖+電脫”[11]已有報道，但該設計功能組合處理致密油采出液還未有研究。

3.1 設備結構

為節省能耗不加熱游離水，該一體化裝置只將加熱、熱化學脫水、原油緩沖及電脫水處理功能集成在裝置內，設計壓力為0.6 MPa、工作壓力為0.4 MPa，設計溫度為100 ℃、工作溫度為90 ℃。一體化原油脫水裝置詳見圖2。

圖2 一體化原油脫水裝置Fig.2 Integrated crude oil dehydration device

油區來液（30～60 m3/h、20～25 ℃、設計壓力為≤0.6 MPa）先進集油管匯，投加濃度為100 mg/L破乳劑后進一體化裝置加熱段，加熱2 h，加熱段為火桶加熱爐，來液溫度、進熱化學脫水段溫度閉環控制燃燒器進氣量及風量，保證進化學脫水段溫度≥55 ℃；加熱爐后上部引液進熱化學脫水段前端中下部進液及布液，停留1 h 后，在線檢測脫水原油含水率≤15%，從堰板進入緩沖段；緩沖0.5 h 從前端下部進電脫水段，下部均勻布液，中上部橫豎掛相間布置脫水電極，采用高頻導電極方式供電，防止電極結垢，電脫水段后端上部出液，上部出合格原油。

加熱、熱化學脫水、原油緩沖及電脫水四段隔板均設有連通壓力平衡孔，頂部氣回收進低壓天然氣系統，底部設有放水閥；加熱段設置安全放空系統，加熱段、緩沖段設有液位計，加熱、熱化學脫水底部設有排泥系統。

3.2 設計參數

（1）加熱段。處理量1 200 m3/d；停留時間120 min；來液溫度20～25 ℃；出液溫度60 ℃。

（2）熱化學脫水段。處理量1 200 m3/d；停留時間60 min；出油含水率≤15%；污水含油濃度≤1 000 mg/L。

（3）緩沖段。處理量1 200 m3/d；停留時間15～30 min。

（4）電化學脫水段。處理量1 000 m3/d；停留時間45～60 min；出油含水率≤0.5%；污水含油濃度≤1 000 mg/L。

3.3 對比

一體化裝置與常規設備設計對比見表7。

表7 一體化裝置與常規設備對比Tab.7 Comparison between integrated devices and conventional equipment

對比常規設備，一體化裝置省去了設備間連接管匯、閥門及安全泄放系統，減少了現場施工工程量，提高了工程質量；統計后可以簡化流程、工廠化預制，縮短工程及建設工期及投資20%以上。

4 現場運行

2021 年10 月底投運，來液量為820～955 m3/d，含水率67.5%～78.6%；一體化裝置正常投運時加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑，55 ℃進入電脫水，出口含水率及污水含油濃度見圖3。

圖3 一體化裝置出口含水率及污水含油濃度Fig.3 Integrated device outlet water content and sewage oil concentration

由圖3 可知，一體化裝置出口含水率0.185%～0.348%，污水含油濃度為148～347 mg/L，達到GB 50350—2015《油田油氣集輸設計規范》要求。

5 結論

（1）該壓裂返排液中使用的主要成分是羥丙基胍膠。

（2）常溫（30～45 ℃）條件下，原油脫水處理不達標，選6 種破乳劑在60 ℃下分別測試50、75、100 及200 mg/L 投加量和脫水時間15、30、45、60、90 及120 min 熱化學脫水效果，加入濃度為100 mg/L 的4#藥劑脫水可達標。

（3）設計了集加熱、熱化學脫水、原油緩沖及電化學脫水一體化原油脫水裝置，該裝置出油含水率達到了≤0.5%。

（4）一體化原油脫水裝置可以簡化流程、工廠化預制，縮短工程及建設工期及投資20%以上。