海上多元热流体规模化稠油热采平台总体布置优化

， ， ，

(中海油研究总院，北京 100027)

0 引 言

随着国内对石油的需求越来越旺盛，对稠油储量的动用已成为迫切需要，就我国海上油田而言，已探明的稠油储量相当可观，在我国海上油田中稠油油田占到了已发现储量的70%[1]。若能实现稠油的高效开发，对我国石油产量的提高意义重大。目前，新疆、辽河、胜利等陆上油田已成功进行了陆上稠油油田的开发，掌握了陆上油田稠油热采及处理工艺的关键技术[2]。中海油也在海上就多元热流体热采模式开展了先导试验，具有了大规模工业化应用的雏形[3]。

本文依托渤海某稠油油田热采的开发，展开对多元热流体热采模式的规模化热采平台总体布置优化的研究与分析，总结多元热流体规模化热采平台总体布置的优化措施，从而为多元热流体热采的大规模海上应用提供参考。

1 多元热流体规模化稠油热采平台简介

1.1 多元热流体热采原理

多元热流体热采工艺[4]运用液体火箭发动机的燃烧喷射理论，通过一定比例的燃料与空气在燃烧室内爆燃产生高温混合气，与加热产生的高温水蒸气形成多元热流体同时注入地层。该技术利用气体(N2、CO2)与蒸汽的协同效应，通过加热和气体溶解降黏、气体增能保压、扩大加热范围、气体辅助原油重力驱等机理来开采原油，并可以选择性地添加高温起泡剂等辅助药剂，调整热注入剖面，增强热采效果，提高稠油采收率。多元热流体热采原理如图1所示。

图1 多元热流体热采原理图

1.2 多元热流体热采设备

多元热流体热采设备主要包括多元热流体发生器、水处理系统、燃料供给系统、压缩空气系统、氮气系统、废液处理系统等。水处理系统又包括多元热流体注热系统、废液处理系统、注氮系统等。水处理系统为多元热流体的产生提供清洁水源，燃料供给系统为多元热流体的产生提供燃料，压缩空气系统为多元热流体的产生提供高压空气，多元热流体发生器将产生的多元热流体注入到井下，废液处理系统负责接收多元热流体注热系统产生的废液。

1.3 多元热流体稠油热采平台总体布置原则

多元热流体稠油热采平台的总体布置须满足如下原则[2,5]：(1)热采设备应尽量布置在靠近井口区的位置，从而减少热介质通过高温高压注热管线的能耗损失。(2)热采设备布置应为操作管理提供方便，为主要操作区域、巡检和逃生路线提供畅通的通道。(3)尽量选用高效紧凑的热采设备。(4)部分安全热采设备放在安全区，可以不做四级防爆。

2 稠油热采平台的总体布置的优化

2.1 纳入前期规划研究

渤海某N油田的WHPB平台为多元热流体稠油热采试点平台，经过现场调研，该平台空间有限，而热采设备数量多、占地面积大。热采设备除热采脱气包、热采放喷气罐、多元热流体发生器布置在平台上，其他大部分热采设备都布置在钻井支持船上，如图2和图3所示。热采设备自成体系，未与原平台设备共用，长期租用钻井支持船的费用较高，热采成本大大增加。

图2 渤海某油田依托钻井支持船进行多元热流体热采先导试验

图3 布置在热采支持船上的多元热流体设备

为了解决上述问题，将稠油热采布置纳入前期规划研究具有相当的必要性。为此，在渤海某Q油田的前期研究阶段，将多元热流体热采布置考虑进去。布置时充分考虑安全与维修的要求，对热采设备进行规模化、集成化布置，得到热采平台的总体布置，如图4所示。热采天然气系统(包括天然气干燥系统和天然气压缩机等)和热采药剂系统集中布置在中层甲板的危险区，靠近井口区的位置，组成热采系统危险区。氮气系统(包括氮气压缩机、氮气膜组等)、热采淡水系统(包括20 t地热水处理、板式换热器、淡水罐、淡水泵等)、高低压机舱系统(高压机舱和低压机舱等)、热流体发生器、热采空气系统(包括空压机、热采空气储罐、空气过滤器等)应该集中布置，但是由于热采空气储罐设备较高，本文中将其布置到了中层甲板的安全区位置。整个热采系统形成危险区和安全区的集成化、模块化布置。

图4 渤海某Q油田多元热流体热采设备布置图

2.2 选用高效紧凑的稠油热采设备

稠油热采设备众多，如氮气系统(包括氮气压缩机、氮气膜组等)、热采淡水系统(包括20 t地热水处理、板式换热器、淡水罐、淡水泵等)、高低压机舱系统(高压机舱和低压机舱等)、热流体发生器、热采空气系统(包括空压机、热采空气储罐、空气过滤器等)、热采天然气系统(包括天然气干燥系统和天然气压缩机等)和热采药剂系统等。部分热采设备体积庞大，占地面积较大，增加了热采工程投资，不利于降本增效。因此，选用高效紧凑的稠油热采设备是一个有效的措施，从而提高了单位面积的稠油热采设备的利用率，降低工程投资费用。

主要措施如下：(1)采用大排量空压机代替现有低效空压机，发生器能力升级，而设备尺寸较小。(2)选用高效且占地面积小的水处理装置，如中亚环保的膜法处理装置。(3)选用高效且占地面积小的高低压机舱。(4)选用高效且占地面积小的氮气压缩机和氮气膜组。(5)选用高效且占地面积小的天然气压缩机和天然气干燥系统。(6)选用高效且占地面积小的热采药剂系统。(7)选用高效且占地面积小的热流体发生器(如拖五型多元热流体发射器，可实现2口井同注)，如图5所示。

图5 多元热流体发生器

2.3 部分热采设备与平台公用设备共用

先导试验中的部分稠油热采设备与平台公用设备存在重叠，增加了稠油热采的成本。本文设计将部分多元热流体热采设备与平台公共设备共用，不仅能够减小稠油热采设备的占地面积，还能减少稠油热采设备的购置费用，从而降低稠油热采成本。本文设计实现了部分稠油热采设备与平台共用空气压缩机，工具间等，减小了稠油热采设备占地面积，设备布置如图6所示。

图6 部分热采设备与平台公用设备共用

2.4 部分安全热采设备的布置

先导试验中的部分热采设备考虑靠近井口区布置，做了四级防爆处理，增加了稠油热采成本。本文设计将热采氮气系统、淡水系统、高低压机舱、多元热流体发生器等热采设备布置在安全区，可以不进行四级防爆处理，大大降低了热采设备的购置费用，设备布置如图7示。

2.5 经济效益估算

稠油热采平台的总体布置的优化后的效果见表1，可以看出：经过对多元热流体规模化热采的总体布置优化，折算后可以减小甲板面积150 m2，保守估算节约热采成本250万元，优化效果显著。

表1 稠油热采平台优化效益估算表(相对于钻井支持船支撑热采设备)

3 结 论

(1) 将稠油热采布置纳入前期规划研究中进行考虑，可降低平台后期增加热采设备带来的海上改造费用，节省由于缺乏前期规划需要租用钻井支持船来支撑热采设备的费用。

(2) 选用高效紧凑的稠油热采设备，减少了稠油热采设备的占地面积，提高了稠油热采设备的面积利用率。

(3) 将部分热采设备与平台公用设备共用，不仅能够减小稠油热采设备占地面积，还能减少稠油热采设备的购置费用，从而降低稠油热采成本。

(4) 部分安全热采设备由井口区附近移置到安全区布置，不做四级防爆处理，可以大大降低热采设备的购置费用，降低稠油热采成本。

我国目前的多元热流体热采已经在海上进行了先导试验，处于摸索阶段。但由于热采设备较多，占地面积较大，须对规模化稠油热采设计进行优化，从而降低开采成本，增加油田开发效益。

[1] 姜伟. 国外稠油开发技术的应用与思考[C]//中国石油学会石油工程专业委员会钻井工作部2005年学术研讨会暨第五届石油钻井院所长会议, 2005.

[2] 王国栋，王春升，杨思明, 等. 稠油热采平台总体布置的研究与探讨[J]. 中国造船，2014，55(02): 38-43.

[3] 王学忠. 稠油开采技术进展[J]. 当代石油石化, 2010(01): 26-30.

[4] 姜杰，李敬松. 海上稠油多元热流体吞吐开采技术研究[J]. 油气藏评价与开发, 2012，02(04): 38-40.

[5] 《海洋石油工程设计指南》编委会. 海洋石油工程设计概论与工艺设计[M]. 北京：石油工业出版社，2007.