CCUS-EOR 高效井口集油技術(shù)研究

于海波 王林

大慶油田設(shè)計院有限公司

隨著全球氣候變暖，大力推進CO2減排成為全人類共同的任務(wù)，我國的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)相應(yīng)而來，重點工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能降碳和綠色轉(zhuǎn)型成為實現(xiàn)碳達峰目標(biāo)的重要措施之一，深挖節(jié)能降碳技術(shù)潛力，加快節(jié)能降碳步伐，推進CCUS（碳捕集、利用與封存）發(fā)展勢在必行。目前CCUS 被列入國家整體發(fā)展規(guī)劃，大慶油田積極開展CCUS-EOR（CO2捕集埋存與提高采收率）技術(shù)，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)助力。

1 意義及目的

在油田CCUS-EOR 開發(fā)進程中，采出油井會出現(xiàn)油井見氣量大、CO2含量高的情況，通常體積分?jǐn)?shù)在80%以上、最高可達98%以上，采出流體氣液比最高達1 000 m3/t 以上，且間歇出現(xiàn)氣段塞情況。國內(nèi)各油田使用的井場集油設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，對CO2驅(qū)高氣液比、高含CO2采油井和間歇產(chǎn)出大量伴生氣的低氣液比油井適應(yīng)能力較差，造成采出流體無法進入集油系統(tǒng)、設(shè)備安全閥頻繁開啟、伴生氣攜帶一定量原油外泄的情況，影響開發(fā)進程和油氣生產(chǎn)。

CCUS-EOR 高效井口集油技術(shù)針對油田CCUSEOR 開發(fā)過程中的常見問題開展高效井口集油技術(shù)研究，創(chuàng)新出角型氣液預(yù)分離部件，增加氣液相沉降分離時間，提高氣液相分離效率；研制出新型高效氣液分離部件，可以大幅降低采出液間歇產(chǎn)出量，解決氣油比高對分離效果產(chǎn)生的影響，提高油氣分離效率和設(shè)備運行平穩(wěn)度；創(chuàng)新出氣相折流組件，增長了氣相路徑，增加了氣相降液時間，降低了氣相攜液量；并增加了壓力平衡技術(shù)及液相消泡技術(shù)，形成了一套適用于CCUS-EOR 的高效井口集油技術(shù)。

2 結(jié)構(gòu)及原理

CCUS-EOR 高效井口集油裝置結(jié)構(gòu)見圖1，當(dāng)油氣兩相混合介質(zhì)經(jīng)由介質(zhì)進口進入CCUS-EOR高效井口集油裝置時，首先進入角型氣液預(yù)分離部件進行氣液相第1 次整流預(yù)分離，預(yù)分離后的氣相經(jīng)由角型氣液預(yù)分離部件的上部進入容器的氣相空間，預(yù)分離后的液相經(jīng)由角型氣液預(yù)分離部件的下部進入容器的下部進行氣液整流、分離；分離后的氣相和液相均需經(jīng)過高效氣液分離部件Ⅰ和高效氣液分離部件Ⅱ進行氣液第2 次整流、再分離；分離后的氣相經(jīng)過氣相折流組件進行第3 次氣相整流除液，氣相經(jīng)氣相除液器進行第4 次整流除液，此時的氣相已經(jīng)趨于平穩(wěn)，且低含液，經(jīng)出氣口排出；預(yù)分離后的液相經(jīng)過高效氣液分離部件Ⅰ和高效氣液分離部件Ⅱ進行第2 次液相整流、再分離，析出的氣體在緩沖段緩沖后，低含氣液相經(jīng)由傘形收液罩和出液管排出設(shè)備。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 角型氣液預(yù)分離部件

角型氣液預(yù)分離部件（圖2）必須結(jié)合現(xiàn)場實際情況，充分考慮氣、液相的流動特性及其經(jīng)濟流速，依據(jù)實際產(chǎn)液量的氣液比，對氣液相空間進行換算，并依據(jù)計算結(jié)果進行部件個性化設(shè)計。該部件在入口處增設(shè)擋板，為氣、液相流通構(gòu)建合理布局，氣液相可在此預(yù)分離并分別整流，增加氣液相介質(zhì)流動路程，延長氣、液相沉降分離時間，減少氣相攜液量和液相攜氣量，提高氣液分離效率，且不需要增大裝置容積。

圖2 角型氣液預(yù)分離部件Fig.2 Angle type gas-liquid pre-separation unit

3.2 高效氣液分離部件

在集油罐內(nèi)部擋板與集氣腔間沿徑向截面布置二級分離部件[1-2]，既可以大幅削弱間歇性高氣油比對氣液分離效果帶來的影響，又有助于氣液分離、提高分離效率。應(yīng)用該分離部件還可避免CO2驅(qū)采出介質(zhì)易凝堵常規(guī)波紋板型氣液分離構(gòu)件的問題發(fā)生。

（1）高效氣液分離部件由二級高效氣液分離孔板組成，孔板通過小幅度干擾氣液相的流動路徑，增加氣相中液滴的碰撞聚并和液相中氣泡的融合聚并，從而提高氣液分離效率。

（2）將氣液相的攜液量、含氣量進行精細劃分，確定Ⅰ、Ⅱ級孔板的間距，當(dāng)Ⅰ級孔板孔徑大于Ⅱ級孔板孔徑時分級分離，可大幅提高氣液相分離效果。

（3）Ⅰ、Ⅱ級孔板均為圓缺形式，底部設(shè)有采出液攜帶泥沙的沉積及清理的空間。

（4）依據(jù)實際產(chǎn)液量的氣液比，計算氣液相的空間，結(jié)合氣、液相經(jīng)濟流速計算Ⅰ級/Ⅱ級孔板氣、液相部分布孔的最小流通面積，以及篩孔內(nèi)徑的大小、數(shù)量、間距（圖3）。

（5）Ⅰ、Ⅱ級孔板上開設(shè)盡量多的篩孔，在不增大集油罐內(nèi)徑的情況下，有助于提高氣、液相分離效果。

（6）根據(jù)氣液相物性不同，位于液面以下的篩孔直徑、位于液面以上氣相空間的篩孔直徑需單獨進行配比計算，既便于氣、液相介質(zhì)流動，又有利于進一步減少氣相攜液量、減少液相攜氣量，提高氣液分離效果。

3.3 氣相折流組件

氣相折流組件設(shè)在分氣包進口處，由二級折流板構(gòu)成，折流板[3-4]呈弓形，Ⅰ級折流板尺寸遠大于Ⅱ級折流板并半包裹住Ⅱ級折流板，該組件提供折流通道的同時，保證足夠的繞流路程，延長氣相流通時間[5-6]，增加氣相中液滴的碰撞聚并，從而提高了氣液分離效率，增加分離后的氣相介質(zhì)質(zhì)量。

Ⅰ級折流板設(shè)置了折流孔，增加氣相中液滴的碰撞聚并，減少氣相攜液量；Ⅰ、Ⅱ級折流板沿著液相回流方向與水平呈一定角度，以保證液相在重力分離原理下順利回流至罐內(nèi)（圖4）。

圖4 氣相折流組件詳圖Fig.4 Detail drawing of gas phase baffling component

3.4 壓力平衡技術(shù)

CO2驅(qū)油開發(fā)的油井采出介質(zhì)具有低溫性，在停油井時原油可能凝堵孔板組上的孔，再啟動油井時孔板組兩側(cè)可能出現(xiàn)壓力差大，導(dǎo)致壓力容器失效，甚至帶來集油罐爆炸等安全問題。為了避免此類問題發(fā)生，集油罐上部設(shè)置壓力平衡管，平衡管兩端分別連接于孔板組兩側(cè)氣相空間，以平衡孔板組兩側(cè)腔體壓力；同時，孔板組兩側(cè)的容器頂部各設(shè)置1 個壓力表，當(dāng)孔板組兩側(cè)出現(xiàn)壓力不平衡時可報警，以防壓力容器失效，避免安全事故發(fā)生。

3.5 傘形收液罩消泡技術(shù)

收液口位于分氣包側(cè)方容器底部，收液口的外沿設(shè)置傘形收液罩，其直徑為出液管內(nèi)徑的6 倍左右，液相中的氣泡折流消泡，可提高分離后的液相介質(zhì)質(zhì)量，防止液相攜氣泡過多、泥沙隨液相流出集油罐，對后續(xù)采出液處理工藝和設(shè)備帶來影響。

4 適用范圍及推廣應(yīng)用

CCUS-EOR 高效井口集油技術(shù)適用于具有氣油比高、間歇產(chǎn)氣量大、波動范圍大等特點的采出溫度低、低滲透、特低滲透、水敏等難采油田。該CCUS-EOR 高效井口集油技術(shù)集角型氣液預(yù)分離部件、高效氣液分離部件、氣相折流組件、壓力平衡技術(shù)、傘形收液罩消泡技術(shù)于一體，在體積不變同等空間下，氣、液相參與4 次油氣分離、整流，實現(xiàn)設(shè)備高效平穩(wěn)運行。

目前，CO2驅(qū)工業(yè)化試驗區(qū)應(yīng)用了CCUS-EOR高效井口集油技術(shù)2 套（表1），榆樹林油田樹101區(qū)塊和宋芳屯油田芳48 斷塊于2014 年10 月陸續(xù)投產(chǎn)平穩(wěn)運行至今，較常規(guī)集油罐減少油氣資源損失10%以上。

表1 高效井口集油技術(shù)試驗井生產(chǎn)數(shù)據(jù)Tab.1 Production data of test wells using high efficiency wellhead oil gathering technology

5 結(jié)束語

CCUS-EOR 高效井口集油技術(shù)集氣液分離、液相儲存、原油加熱、自壓排油等多項功能于一體，可減緩間歇大量CO2油井伴生氣對氣液分離設(shè)備處理能力的沖擊，保證分離效果、避免油氣資源損失（常規(guī)集油罐應(yīng)用到CO2驅(qū)原油損失率10%以上）、提高設(shè)備安全性、避免污染環(huán)境，為CO2驅(qū)油的開發(fā)和工藝流程提供技術(shù)支撐，為CO2有效埋存、節(jié)能降碳、實現(xiàn)雙碳目標(biāo)助力。