高含水油田预分水技术现状及发展趋势

杨 蕾 宋 奇 郭 鹏 罗江涛 钱国全

中国石化江苏油田分公司工程技术研究院, 江苏 扬州 225009

0 前言

1 高含水采出液生产现状

1.1 污水无效加热能耗大

图1 含水率与加热能耗关系

1.2 加重个别联合站设备处理负荷

当高含水采出液输送至联合站后,造成个别联合站系统超负荷运行,同时来液量过高时,三相分离器来不及处理,部分原油直接进入污水处理系统,导致污水中含固相颗粒、含油偏高,部分污水水质不达标,从而影响整个注水系统效率,但改造扩大联合站处理系统不仅受空间位置限制,而且投资成本高。

1.3 浪费大量的清水资源

一些偏远区块,由于无污水回注系统,地层能量严重不足,只能以附近河水作为注入水源,不仅浪费了大量的清水资源,而且该区块的产出水拉运至联合站集中处理,还增加了拉液费用和污水处理成本,同时若地层与清水不配伍,还极易引起地层水敏伤害、微粒运移,造成地层渗透率下降。

1.4 加剧联合站污水剩余

部分联合站产水本来就有剩余,以CZ联合站为例,实际处理量1 450 m3/d,回注量1 310 m3/d,140 m3/d 产水过剩,而C 7拉油点的采出液拉运至CZ站,无疑加剧了该联合站污水剩余,前期将其多余水直接进入原油储罐,影响了站库原油外销,2017年7月17日将3#罐600 m3底水切入2#罐,虽然解决了污水剩余问题,但非长久之计。

1.5 原油乳化增加,集输动力消耗高

因此,在低油价的新形势、新常态下,随着高含水期产液量逐年增大,实施预分水技术,尽早将污水分离出来,减少污水流动环节,可有效降低后端油水处理系统负荷、能耗及运行成本,预分水技术思路见图2。

图2 预分水技术思路

2 预分水技术研究

针对高含水采出液给油田生产带来的危害,各大油田采取的措施是在采出液进入三相分离器前端,设置1台预分水装置,提前将大部分污水分离出来,或是在井场、分压泵站、中转站进行低温预分水,分出的污水再进入小型的污水处理装置,处理达标后直接回注地层,而低含水原油输送至联合站进行集中处理。从目前调研情况看,常用的预分水技术有仰角式油水分离技术、串联式水力旋流器分离技术、高效三相分离技术及低温破乳技术[1-4]。

2.1 仰角式油水分离技术

仰角式油水分离器的工作原理是高含水油水混合物进入设备后,首先在密度差的作用下,油相聚集于容器的上段,水相聚集在容器的下段;而后油相聚集段的水滴在重力的作用下,不断从油连续相中沉降下来,脱除油相中的水;而水相聚集段的油滴在浮力的作用下,不断从水连续相中浮升上来,除去水相中的油。俄罗斯和欧美国家已广泛推广应用[5-7]。

相比于传统重力分离装置,该装置与水平面呈一定角度,增加了油滴的浮升面积,增大了排水口和油水界面的距离,减少了沉降时间。仰角式油水分离器见图3。

图3 仰角式油水分离器

国外先后开发出了两种规格(直径1.372 m×18.3 m和直径0.9 m×18.3 m)的仰角式油水分离器,目前Genesis、Canoxy、卡克斯特等公司先后在世界各地推广应用了50多套仰角式分离器,仰角式油水分离器现场应用效果统计见表1。从表1中可知,仰角式油水分离器脱水后水中含油量最低75 mg/L,可满足高渗透油田回注要求。仰角式油水分离器先后在大庆、大港等油田得到推广应用,但分水效果不理想,且出水含油量在1 000 mg/L以上。

表1仰角式油水分离器现场应用效果统计

公司相对密度进液量/(m3·d-1)脱前含水率/(%)出水量/(m3·d-1)脱后水含油量/(mg·L-1)气量/(m3·d-1)Genesis0.825 15 500984 0007556 640Canoxy(也门)0.855 011 000907 750175-Alberta Energy0.972 54 470903 4801007 100Canoxy(卡克斯特)0.965 94 600902 300150-Canoxy(温特那斯)0.979 23 800983 100300-Cabre0.855 02 400901 70075<1 416Dege0.849 82 129901 60075<1 416Lyse0.825 1994959471005 664Talisman0.934 0685713761504 729Wiser0.892 747375294125<1 416

优点:设备简单、占地空间小、安装灵活;投资成本仅为卧式分离器1/2到1/6。

缺点:入口分液管处的速度分布不均匀,存在不同程度的旋流,易造成油水两相在分界面处的掺混;出水含油量高。

2.2 串联式水力旋流器分离技术

图4 串联式水力旋流器预分水流程

优点:结构简单紧凑,占地面积小,投资少,采出液在装置内停留时间短,分离效率高,易于实现连续化操作及自动控制等,常应用在海上油田。

缺点:动力消耗大、设备易磨损,尤其在进液口处,且出水波动大;分流比、流量及油珠粒径对预分水效果影响较大。

2.3 高效三相分离技术

图5 一体化预分水装置实体图

优点:处理效率高、运行工况稳定、管理方便、自动化程度高、整体吊装。

缺点:装置整体造价高、占地和运行费用高。

2.4 低温破乳技术

化学破乳虽然是最方便、最经济有效的方法之一,但目前已开发的低温破乳种类少,且适应性差,同时加入的破乳剂也可能导致后续污水处理难度加大,如何趋利避害有待进一步深入研究。

3 结论

目前，各油田采用的预分水技术虽然在一定程度上起到了预分水的效果,但这些技术主要控制指标是原油含水,对分离出的污水含油限制较少,造成了污水含油量在500～1 000 mg/L,而且常用的预分水装置体积大、造价高、安装不方便、分离效率低等,因此认为预分水技术未来可能在以下几个方向发展:

1)在研制高效预分水设备的基础上,更加注重降低分出污水含油指标的研究,使其脱出的污水满足水质要求,直接回注地层。

2)预分水装置会逐渐向各技术的一体化、小型化、低投资和低成本等方向发展,如前端低温破乳,后端旋流、气浮、沉降、聚结等优化集成,将预分水与污水除油合二为一,从而扩宽技术的适用范围,提高预分水设备的稳定性和处理效率。