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QK-大庆油田地面主体工程技术发展总趋势

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QK 大庆油田 地面 主体 工程 技术发展 总趋势
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22 石油规划设计 第 1 6 卷第 1 期 油气田开发技术专辑 * 赵玉华,女, 1957 年生,高级工程师。 1982 年毕业于大庆石油学院开发系采油工程专业,现任大庆油田建设设计研究院总规划师,所从事项目获国家级金奖 1 项,获省部级奖 4 项。通信地址:黑龙江大庆市让胡路区大庆油田建设设计研究院, 163712 大庆油田地面主体工程技术发展总趋势 赵玉华 . 大庆油田地面主体工程技术发展总趋势 . 石油规划设计, 2005 , 16 ( 1 ): 22 ~ 25 摘 要 根据大庆油田开发的发展趋势、地面工程建设现状及地面技术的进步,论述了大庆油田地面工程主体专业的发展趋势:一是将向原油集输处理系统工艺简化、流程缩短、能耗低的方向发展;二是油田气收集及处理系统向着强化自压、提高轻烃收率、提高油田气利用率的方向发展;三是外围油田供水、注水及老区注聚合物将向着灵活多样、各种模式并存的方向发展;四是含油污水处理向着简化一般处理工艺、强化深度处理工艺的方向发展;五是地面水驱 及聚合物驱两套系统将向着“有分有合、分合结合”的方向发展;六是各地面工程系统将向着数值模拟化的方向发展。 关键词 大庆油田 油气田 集输 注水 注聚合物 污水处理 系统 工艺技术 发展方向 研究 油田地面工程在开发的不同历史时期,都提出了与之相适应的地面技术,这些地面技术在各个阶段都起到了重要作用。面对进入高含水和特高含水期、新增产能工程的开发对象逐年变差的新的历史时期,地面工程技术也同样需要有新的发展。根据油田形势、油田生产实际、多年的科研攻关及借鉴国内外先进经验,我们认为油田地面 工程主体技术的发展总趋势为:不受已有框架束缚,具体情况具体分析,向着“简单化、多样化、低能耗、高水平、高效益”的方向发展。 油气集输处理系统的发展方向 1 进入高含水期开发的喇萨杏油田的集油工艺 改“单井进站、双管掺水”为“多井进站、集油掺水管道并联”,并适当扩大集油半径。这种工艺与环状工艺相比主要特点是:既简化工艺,又实现了固定热洗。 ( 1 )根据老井进入特高含水期和新增产能井产液、产油越来越低的情况,采用这种工艺既可使低产新井的热力条件得到改善,又不会增加井口回压。 ( 2 )可适当提高老井井口回压。在单井 集油掺水管道更新维护时,采用这种流程,将会达到降低能耗、降低更新维护投入的目的。 ( 3 )由于油田进入高含水期开发,含水大于 80%井的比例增大,但有很多井由于产液低于 80 t/d 而不能实现全年不加热集油。考虑含水及产液均大于80% 和 80 t/d 的油井可实现全年不加热集油,为了增加不加热集油的井数,对相邻的井采用这种流程,可大幅度提高不加热集油的井数。 ( 4 ) 由于受关井的影响,老油田一部分计量间管井数减少,热力条件变差;同时,由于一些油田井网经历了三次加密及聚合物驱采油,井网密度较大,计量间的密度也较大;目前有 的井网密度已达到了 / ,进行三次加密和二类油层聚合 物驱后,将达到 / 。在这种情况下也可利用这种工艺抽稀计量间,既可优化计量间布局,减少更新维护规模,又可改善计量间外输液的热力条件。 赵玉华 * 大庆油田建设设计研究院 油气田开发技术专辑 石油规划设计 2005 年 1 月 23 ( 5 )借鉴外围油田的洗井方式,对实施不加热集油的井,在更新维护改造中,可直接改“双管单井进站为单管单井进站”。 改造时,在集油管线靠近井口处,加一阀门以便需要时接入洗井车;按油井洗井周期配备热洗车,用于洗井及油井作业时清洗管线或生产时不定期的清洗管线。 2 适当放大集油半径,充分利用井口回压,缩短 后续输液距离 目前,由于井网密度越来越大和综合含水升高,使不加热集油井数不断增加。在不需考虑供热半径增大和单管或环状流程占一定比例时,应增加转油站管辖井数,放大建设规模。这样既可减少站的数量,减少更新维护、管理及能耗等费用,还可达到充分利用井口回压,缩短后续输液距离,降低输液能耗的目的。因此,在老油田简化调整改造时,应结合转油站的腐蚀老化状况,进行这方面改造。 3 通过物理或化学方法的创新,简化原油处理工艺及布局 ( 1 )根据高含水原油水量大的特点,采用外围油田的“四合一”设备及其它油田应用较成熟的“三相分 离技术”或高效化学药剂。在放大了集油半径及增大了分离沉降规模的转油站内,不应只放回掺水,而应尽可能的脱除游离水,然后就近进入邻近的含油污水处理站或污水、原水管网(喇萨杏油田含油污水、原水已基本连网),减少后续输水能耗及脱水压力。 ( 2 )根据预测,老油田产油量下降的趋势,将造成原油脱水及净化油外输的低负荷或困难,造成吨油处理输送的各种费用及更新维护费增高。面对新情况,应进行从原油处理至原油外输口的全系统工艺及布局的简化、调整及改造。在各区块内不追求每个脱水站出净化油,将分散在老油田的 52 个原油脱水点,集中到各 区块的原油稳定之前(没有原油稳定的油田集中到外输口前)。结合原油稳定规模及布局的调整,确定集中脱水点布局;利用原油稳定需要把原油加热到 60 ℃以上高温的有利条件,采用热化学沉降脱水,将原油处理合格后直接稳定外输。取消脱水站的出净化油功能,低含水油在游离水脱除之后即外输,或直接从转油站输低含水油去脱水,能使整个脱水站外输系统运行温度降低约10 ℃(原来从电脱水器出口外输)。脱水站取消出净化油功能后,降为游离水脱除站,可简化设备及流程配置,如可省略脱水炉、脱水泵(部分站有)、脱水器、事故罐、事故泵等;低含水原油到达 靠近原油稳定的脱水站进行升温脱水,然后直接去原油稳定,减少了输送散热损失,充分利用了热能,以达到原油脱水、外输及稳定“一热两用”的目的。 实现这一改造的有利条件,一是各油田已建脱水站外输管道距离均较短,经计算基本可以满足以游离水脱除温度直接外输的热力条件;二是根据目前技术,原油经游离水脱除后,含水可降到 20% 以下,甚至更少。如,利用设施低负荷适当延长沉降时间,也可结合设施更新维护,把游离水脱除器改造成目前外围油田采用的四合一装置,使原油含水降到 5% ~ 10% 。根据目前科研攻关成果,游离水脱除器在目前运行参数下 ,加新型化学药剂可将出油含水降至 10% 以下,其加药费用低于目前加药费用(根据 2003 年试验的 水分离剂);三是经核实脱水点的污水处理站能接受低含水油带来的少量含油污水。喇萨杏油田含油污水处理站原水管道均已连网,污水可以通过管网调配处理。 4 原油集输处理地面技术变革及研究课题 综上所述,高含水老油田原油集输处理及外输的地面技术变革及发展趋势将主要是“工艺简化、流程缩短、整体低耗”。“工艺简化”是变现有“双管掺水、单井进站”集油工艺一统天下的局面为“并联多井进站”、“单管单井进站” 及“环状多井进站”等以效益为目标的多种集油工艺并存的局面;借助三相分离器、多功能处理器及热化学脱水等物理或化学方法的创新,简化原油处理工艺。“流程缩短”是通过适当放大集油半径,减少转油站密度,提高转油站规模;通过转油站脱除游离水及在原油稳定前相对集中脱水,逐渐减少分散的原油脱水站直至取消,最终将“三级布站”改造为“两级布站”,缩短了原油集输处理外输流程。“整体低耗”是根据特高含水原油有利于不加热集油的特性,喇萨杏油田的集油工艺将会变目前以“加热集油为主、不加热集油为辅”为以“不加热集油为主、加热集油为辅”的 另一种新局面;另外,把分散的原油脱水改造为集中到原油稳定前脱水,使外输管线温度降低 10 ℃。实现了从井口到原油稳定之前和原油稳定统一升温脱水的全线低耗运行。 喇萨杏老油田推广应用的技术和需要明确的技术界限:一是满足开发要求的单井计量技术;二是井口出油温度计算公式,井口回压、低能耗集油技术界限及参数,特高含水原油的有关技术界限及参24 石油规划设计 第 1 6 卷第 1 期 油气田开发技术专辑 数等;三是三相分离器、热化学脱水、离心脱水,高效油水分离剂等高效原油脱水技术。外围油田主要是电热管集油技术及混输泵升压技术。 5 外围油田原油集输 目前大庆外围油田简化的工艺技术为单 管小环掺水、软件量油、多功能处理装置处理原油。对于开发试验井或零散井,采用提捞采油、单井拉油集油方式。此外,还考虑借鉴国内外油田的先进技术,突破大庆外围油田现有建设模式。试验采用单管电热集油;混输泵增压放大集油半径;变三级或两级半布站为一级半布站;原油热化学脱水,充分利用各种罐的沉降功能,终端出净化油的新思路。在工艺过程中要充分体现“一热两用”(即脱水用热与外输用热相结合),“一罐两用”(即利用储油的时间达到沉降的功能)。 6 油田气系统将向着“强化自压、提高两率”的方向发展 ( 1 )强化自压:随着产油量及 产气量的减少,油田气收集系统的增压站负荷率将越来越低,输送回压也越来越低,各增压站的回压将陆续降至来气压力。因此,可逐渐减少增压站的压缩机数量,变增压为自压输送,以减少动力消耗。 ( 2 )提高收率:为提高轻烃收率,浅冷装置将继续实行氨压缩致冷向丙烷致冷的改造,并扩大深冷规模;原油稳定将由负压闪蒸工艺逐步向正压提馏工艺改造。 ( 3 )提高利用率:完善集气系统,控制集气系统的天然气放空;有效利用资源,降低能耗费用,减少环境污染,充分利用夏季多余伴生气进行燃气发电和燃气电机直拖注水泵等。 外围油田供注水及老区 注聚合物的发展方向 1 外围油田供注水 ( 1 )“高压集中注水”(新站油田南部区块模式)。对于油区地貌比较复杂,大部分水井位于江堤内、漫滩地、低洼地、水稻田,注水井成行列分布的地区,为方便管理、节省占地及保护环境,注水管道尽量沿道路和井排的方向敷设,采用集中增压、单干管单井配水工艺流程是效益最好的方案。 对于油田布井集中、注配间(配水间)数量过多,注水半径小,开发形势相对明确,则宜采用集中注水方案。 ( 2 )“低压供水、分散注水”( 新肇油田南部和北部模式)。区块分布零散,相互之间距离又较远(如新肇 油田南部和北部 时,集中注水方案的高压注水管道长、能耗大;另外当低压供水、分散注水方案的注配间座数较少时, 与集中方案相比定员相差不多;对这种情况,采用低压供水、分散注水效益较好。油田分布越分散、注水半径越长,开发形势不明朗,分散注水则方便灵活,适合滚动开发,更具优越性。 ( 3 ) “相对集中注水”(宋芳屯油田芳 407 模式)。虽然区块较多、分布零散,但彼此相距较近,同时有已建的集中注水站可以依托,可充分利用已建系统能力。附近没有毗邻注水站可依托的 区块,适宜采用 集中注水方案。 ( 4 )“集中与 分散注水相结 合”( 肇州油田模式)。分布范围大、区块布井较零散,可在注水井相对密集的位置建集中注水站,流程采用单干管多井配水方式;在注水井过于分散的区域,采用分散注水流程。 ( 5 )“分散注水与活动橇装相结合”( 新肇油田古 68 区块模式)。 对于 分布特别零散的注水井,应采用 分散注水与活动橇装相结合的方案,既适应外围滚动开发,活动装置又可重复利用。为避免穿跨越铁路、公路河渠,对零星分布、周围又没有可依托注水站的井,最适合采用活动橇装注水方式。 ( 6 )“集中注水与活动橇装相结合”(海拉尔模式)。对较整装相对集中的油田,周围又有零散分布的井,宜采用集中注水与活动橇装相结合的方式。 2 老油田三次采油配制注入 变“集中配制,分散注入”模式为“以集中固定为主,分散活动橇装为辅”的配制注入模式。借鉴目前已成熟并推广应用的活动橇装注入站的经验及国内外其它油田的经验,研制小型活动橇装模块式的配制站或配制注入站。利用这种站,解决固定配制站高峰期或注抗盐聚合物及多种分子量聚合物时,短时间内(一个注入周期)规模不够需扩建,扩建后高效运行时间又短的问题。即以活动橇装规模承担短时间的负荷峰值,峰值过后装置搬走,承担其它地方的峰值,以此确保集中固定设施建 设规模合理、长时间高效运行。 这种配制站还可用于喇萨杏南部上返层位少及其它零散的、只注一个周期的区块,解决建固定配制站利用率低的问题。另外,在水驱结束后,可直 油气田开发技术专辑 石油规划设计 2005 年 1 月 25 接利用活动装置在多井配水间实施注聚。总之,小型活动橇装模块式配制注入设施,是当喇萨杏油田北部配制站出现负荷峰值及多种类型聚合物注入,需扩建规模时和当喇萨杏油田南部及零散区块注聚层位少时,控制固定设施建设规模的有效途径。 3 需研究及明确的课题 需研究和明确的课题主要有:研究确定活动橇装模块式的配制注入站;研究确定抗盐聚合物、多元驱配制注入技术及各种技 术参数、技术界限。 含油污水处理系统的发展方向 1 化学方法的进步将促进一般含油污水处理工艺的简化 新型油水分离剂的研制成功,带来了水处理工艺的新突破。根据在喇Ⅱ - 1 试验的 水分离剂的两个特点,一是在脱水站前加油水分离剂,可使游离水脱除及电脱水放出的污水油含量大幅度降低。在污水站不投加絮凝剂 / 混凝剂的情况下,采用一级自然沉降就可使滤前水的油含量降低到 100 以下;二是可使污水中悬浮固体被油珠吸附进入油相,从而大幅度降低沉降罐沉泥量。 在已建污水站改造或新建站中应用油水分离剂,可使现有的 两级沉降改为一级沉降,省略沉降罐排泥、污泥浓缩设施。滤罐反冲洗水中的污油及污泥,可通过回收水池的改进(加刮泥刮油机),将污油回收,污泥排入集泥坑。化学方法的进步达到了简化工艺,节省投资,节省占地,减少运行费用,便于管理的效果。 2 油田开发的发展将使含油污水深度处理工艺不断强化 影响深度水处理站达标率的主要原因:一是原水含聚合物后,油、水及悬浮固体之间分离难度增大;二是井数增加,油田开发各环节投加的各种化学剂,加大了水处理的难度;三是开发层位和采油方式的变化,采出水中悬浮固体颗粒发生了明显变化,颗粒变细、 数量增加,造成悬浮固体聚并及分离困难,悬浮固体严重超标;四是采出水中硫酸盐还原菌的存在, 将污水中的 S 6+ 还原成 S 2 - , S 2 - 造成设备容器腐蚀,同时产生大量的硫化物。硫化物的颗粒比较细小,一般集中在 1 ~ 10 μ m 之间。这些细小的硫化物颗粒与污水中的油珠或其它有机物结合,形成稳定性好、沉降特性差、穿透滤料能力强的颗粒,进而造成现有沉降、过滤工艺很难与之适应。 因此,今后应强化含油污水深度处理的科研攻关及投入。具体措施是: ( 1 )加强源头治理,如在脱水前加新型油水分离剂改善来水水质,减轻深度水处理站的处理难度。 ( 2 )完善和推广改型纤维球过滤技术,该技术在北 25 应用已取得阶段成果,并初步具备推广条件。 ( 3 )继续加大对深度水处理的科研攻关力度。目前通过现场试验已验证聚四氟乙烯膜能够适应外围油田需要,处理后的含油污水可达到特低渗透层水质指标,技术和经济可行。以一座处理量为 10 4 m 3 /d 的外围特低渗透含油污水处理站为例,采用 4 座膜滤器,膜滤器的过滤通量按 m 3 /m 2 · 座膜滤器代替双层滤料过滤,使处理后出水达到低渗透油层注水水质指标时,需增加主要设施投资 元。今后准备在油田老区进行 处理低含聚合物水试验,如取得成功将给深度水处理增加一个选择途径。 另外,国外的微动力过滤技术等也将是今后的研究方向和选择途径。 水驱及聚合物驱系统的发展方向 根据“两个新形势和一个有利条件”,今后油田地面工程水驱及聚合物驱地面建设预计将出现“有分有合、分合结合”的局面。“两个新形势”:一是虽然地面水驱和聚合物驱系统已分开,但水驱污水处理站进站污水普遍含聚合物,含聚合物浓度已达到 ;二是即将安排的开发方式,如按水驱及聚合物驱完全分开,则增加很大的调整改造工程量。“一个有利条件”是已研 制成功了可提高游离水脱除、电脱水及含油污水处理效果的油水分离剂。因此,对于原油集输处理及一般含油污水处理,在水驱及聚合物驱混合后,含聚合物浓度不超过原水驱系统能适应的浓度时,可考虑混合建设。 另一方面,为了减轻含油污水深度处理站的处理压力,提高达标率,应尽量控制其原水含聚合物浓度。这样,作为给含油污水深度处理站提供水源的水驱含油污水处理站,就应有一部分不能与聚合物驱混合。为了保证不与聚合物驱混合,就需从油井井口将其与聚合物驱分开。因此,今后原油集输处理及一般含油污水处理将是,“具体情况具体分析,有分有合、分 合结合”的局面。 (下转第 29 页) 油气田开发技术专辑 石油规划设计 2005 年 1 月 29 污水处理与回用的系统的前期研究,以提高污水处理达标率和污水回用(注)率,取得了重大成果。按照规划部署, 4 年来共新建和改扩建污水处理站12 座,污水排放达标率由 1999 年的 提高到2003 年的 ;污水回用(注)率由 52% 提高到78% 。另外还开展了稠油污水热采锅炉回用专题研究,不仅减少了污水外排,而且充分利用了污水和热资源,为稠油油区采油成本控制开辟了有效途径。 六是开展老油田调整改造规划研究,保持老油田持续稳定发展。 老油田调整改造规划是新疆油田公司成立后新增的一项 重要规划内容。新疆油田开发已逾 40 年,老油田调整改造工作量很大,以往由于缺乏科学研究和整体规划,对老油田的调整改造只是局部改造,效果不明显。从 2001 年起,按照“消除事故隐患,确保安全生产;推广先进技术,提高系统效率;简化工艺流程,降低生产成本;解除生产瓶颈,确保油田稳产”的思路,先后组织编制了《 2002 ~ 2006 年老油田调整改造规划》、《 2003 ~2007 年调整改造规划》、《新疆油田 2004 ~ 2006 年老油田调整改造规划》,在年度计划中逐年分解落实,使老油田调整改造做到科学有序,经济有效。 通过近几年规 划工作实践,新疆石油公司领导深刻体会到做好规划工作是实现企业加快发展目标、提升企业管理水平的重要基础;决策层的高度重视和部门的积极支持是做好规划工作的重要保障;科学的指导思想和合理的工作原则是做好规划工作的关键;深入的专题研究和有效的体系支撑是做好规划工作的基础;注重系统集成、坚持滚动优化是提高规划可操作性的必然要求;充分的前期论证和严格的项目管理是推动规划落实的必备条件。制定科学合理、指导有效的企业发展规划,必须 始终坚持突出前瞻性、系统性和可操作性的统一。 收稿日期: 2004 - 10 - 10 编辑 : 王庆兰(上接第 25 页) 为节省建设投资,考虑对水驱、聚合物驱污水混合处理需满足两个条件:一是混合后水驱系统含聚合物浓度不超过已建水驱含油污水处理站可适应的浓度;二是水驱含油污水处理站需有一部分不含聚合物的滤后水,确保深度处理所需要的水量。 要实现这一变化需研究的主要课题有:一是调查目前水驱系统含聚合物情况,研究确定水驱含油污水处理工艺适应的含聚合物浓度;二是根据各种水处理适应的浓度,针对具体产能建设区块的剩余能力、水聚合物驱井数及产液量、产水量情况,研究确定该地区聚合物驱及水驱两套系统“是分、是合”还是“部分分 、部分合”盛顿。 各系统优化方法的发展方向 目前,老油田经过多年的建设,已形成了庞大复杂的体系。这个体系是由多个“节点多、结构复杂”的系统组成,特别是注水系统和供配电系统,已形成了网状。这两个系统都是由井、站、线形成 的网络;每一个网络都由成百上千口井、几座站和数十条线形成的多节点、流向复杂的系统。要保持系统的合理运行,就应跟踪开发变化所引起的运行参数的变化,时时调整系统设施,调整运行参数,保持系统处于优化运行状态。面对这样的系统,只有采用模拟优化的手段,才能达到调整改造方案优化、运行优化的目标。 因此,老油田调整改造方案及运行优化,都需以数字化地面工程为基础,向着“模拟优化”的方向发展。其主要措施是:修改完善地面工程信息系统数据库;开发研制及完善模拟优化软件;实现模拟优化软件与地面信息系统数据库的连接。 收稿日期: 2004 - 09 - 20 编辑 : 马三佳 2005 49 he of in of in in of is to of of in is by in in is to of in et In in of of In to to of on of on of i et in of In of is is in In of In of of to of of as in of on of of ( 1) be in in in ( 2) of in ( 3) in in of ( 4) ( 5) on be ( 6) et of in is an of of of to a of of of to of In to a on of as et In on of on of As a of on of of to of in of is of of is so as 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