相变掺热装置在渤海油田地面流程中的应用

张海兵，陈景峰，乔胜勇，梁 波，邱 爽

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 天津300452)

自 20世纪 60年代蒸汽热采技术开始应用于稠油油田的开发，经过五十多年的不断改进完善，已经形成庞大的产业链条，国外石油企业通过该技术获取了巨大的经济效益。我国虽然起步较晚，直到 20世纪 90年代才将其引进国内，但是发展很快，特别是在新疆一些稠油油田，得到广泛应用。不仅应用于稠油井下热采，而且在地面流程稠油降黏脱气和管道集输方面获得了可喜的成果。

渤海是我国海上发现稠油储量最多的海域，在迄今已发现的石油储量中，稠油占 85%。由于条件限制，热采技术的使用并不普遍[1]。

本研究仅限于通过利用海上平台(或陆地终端)的有效热源，由蒸汽发生器、原油相变掺热装置，将高温蒸汽与待加热原油混合，提高原油温度，降低原油黏度，使原油、天然气和水分更加有效分离，从而达到提升成品原油品质的目的。

1 相变掺热装置简介

1.1 结构组成

如图 1所示，相变掺热装置包括：掺热套管、掺热管、蒸汽喷孔、防振座等。

图1 相变掺热装置内部结构Fig.1 Internal structure of phase-change heat mixing device

1.2 工作原理

相变掺热装置是一种将高压节流饱和蒸汽通过喷嘴直接混掺入原油之中的加热装置。如图 2所示，掺热套管安装在掺热管上，掺热管有原油的进出口，掺热套管上有蒸汽喷嘴。高温饱和蒸汽经历由气态变为温度较低的液态这个相变过程，释放出大量热能，将原油加热，达到升温降黏的目的，给下一级电脱水或热沉降脱水提供了可靠的条件[2]。

图2 掺热装置橇装结构Fig.2 Skid-mounted structure of heat mixing device

1.3 技术特点

①采用高温饱和蒸汽掺热，功率大，传热效率高，适应性强。

②实现自动调节控制，易于管理及精细化操作。

③单体橇装，整体安装，占地面积小，减少现场施工的工作量。

2 渤海油田(或陆地终端)的适用性分析

如图 3所示，自动相变掺热装置为橇块化结构，由水处理橇、蒸汽发生器橇、自动掺热装置橇、就地仪表、控制系统等组成[3]。

图3 原油相变掺热装置流程图Fig.3 Flow chart of phase-change heat mixing device for crude oil

2.1 在生产油田的适用性

传统的原油处理流程装置通常采用管壳式换热器间接换热，利用高温导热油(220℃)给原油加热到一定温度，进行有效的脱气脱水，实现原油稳定外输[4]。

目前渤海地区大部分在生产油田进入中后期开采，各种增产措施成为常态化工作内容，注聚合物采油是其中重要的增产手段。采出的原油中含大量的聚合物溶液，经三相分离器分离后，进入间接式换热器加热，此时水包油原油被破解，聚合物溶液被释放出来，聚结一些杂质黏结在加热盘管的内壁上，导致换热器结垢，管径变小，传热效率降低，原油无法升温到设计温度，造成生产流程的不稳定运行，影响成品原油的品质，甚至造成换热器管壁结焦堵塞和腐蚀泄漏，需要频繁疏通清洗和维修，对海上油气生产造成严重的困扰。

自动相变掺热装置可以有效解决此类问题，通过高温蒸汽直接均匀混掺到原油之中，有效提高原油温度，降低黏度，提升原油处理效果。

2.2 新项目适用性

新疆稠油油田，地面原油处理流程和长输管道站厂在设计之初，利用高温蒸汽掺热装置替代了传统型换热器，极大地提高了介质之间的换热效率，处理流程运行稳定，保证了成品原油质量。

所以，自动相变掺热装置在老油田试验如果取得成功，完全可以在渤海油田新项目中进行推广，不但能够简化操作程序，提高装置运行稳定性和成品原油质量，而且节省空间，有效降低平台整体重量，降低油气生产装置的投资。

3 蒸汽发生器热源和水源

热介质油加热或透平排烟废热均可以作为蒸汽发生器的热量来源[6]。海上透平发电机排烟温度一般都在 400℃以上，介质油系统温度 220℃，满足蒸汽发生器热量要求。透平余热回收不仅符合节能减排要求，而且更为经济实用[6]。

如表 1所示，蒸汽水源可以根据平台(或陆地终端)的具体情况而定，但必须是经过处理的软化水，符合蒸汽锅炉水质标准。

表1 蒸汽锅炉水质标准Tab.1 Steam boiler water quality standards

自来水或海水淡化，可直接接入软化水装置；水源井水，根据化验指标净化处理，再进入软化水装置；生产污水，经污水装置处理后，根据化验指标，过滤净化除油后，进入软化水装置。因其经济性高，避免水资源浪费；可循环使用，平台污水处理量不增加，建议使用生产污水作为水源，但水质要求较高，前期处理成本相对增加。

4 结 语

相变掺热技术虽然在陆地油田已经成功运用，但是渤海油田还没有太多相对成熟的经验可以借鉴。因此，此技术运用还需要从试验开始，先小后大，从易到难，逐步推广。发现问题，逐步解决，不断完善，直至形成一套有理论依据、有方案设计、有应用实例、有应急机制、有成熟预案，理论与实际相结合的科研成果。