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辽河油田稠油地面集输技术现状及攻关方向

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辽河 油田 地面 技术 现状 攻关 方向
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54 石油规划设计 第 1 3 卷第 6 期 石油地面工程技术专辑 * 齐建华,男, 1966 生,高级工程师, 1988 年毕业于石油大学(华东)石油储运专业。现在辽宁辽河石油工程有限公司从事油气储运专业设计。通信地址:辽宁省盘锦市辽宁辽河石油工程有限公司, 124010 辽河油田稠油地面集输技术现状及攻关方向 齐建华 * 张春光 辽宁辽河石油工程有限公司 齐建华等 . 辽河油田稠油地面集输技术现状及攻关方向 . 石油规划设计, 2002 , 13 ( 6 ): 54 ~ 57 摘 要 由于辽河油田稠油品种繁多,物性较差,相对集输处理的难度较大。辽河油田以降低稠油粘度来解决稠油集输问题,通常采用的方法有:加热降粘、掺轻质油或掺稀油稀释、掺活性水以及乳化降粘等。稠油脱水工艺流程主要采用两段热化学沉降脱水工艺流程;热化学沉降加电化学脱水两段脱水工艺流程;一段热化学静止沉降脱水流程。 主要运用的稠油处理设备有卧式三相分离器、电脱水器、加热炉、泵等。 主题词 稠油 物理性质 集输 加热 脱水 降粘 工艺流程 设备 稠油分类 辽河油田是我国第三大油田,年产原油约 1 400 万 t ,其中稠油产量约为 900 万 t ,占辽河油田原油总产量的 65% 。辽河油田稠油资源主要分布在高升油田、曙光油田、欢喜岭油田、兴隆台油田以及冷家油田等地区。辽河油田稠油物性差异较大,根据辽河油田目前稠油的生产情况,稠油可分为普通稠油、特稠油和超稠油 3 类。 1 普通稠油 普通稠油粘度大部分在 200 ~ 5 000 s 之间,这部分稠油约占稠油总产量的 70% 。 2 特稠油 特稠油粘度大部分在 5 000 ~ 50 000 s 之间,生产难度较大,这部分稠油约占稠油总产量的 15% 。 3 超稠油 超稠油粘度大部分在 5 × 10 4 ~ 20 × 10 4 s ,这类稠油是近几年才开始规模开采的。这部分稠油约占稠油总产量的 15% 。辽河油田超稠油的储量较大,埋深较浅,约在 700 ~ 800 m 之间。 表 1 辽河油田稠油的一般性质 项 目 20 ℃的密度 ( g/ ) 粘度 50 ℃( s ) 凝点(℃) 含蜡量( % ) 沥青质 + 胶 质( % ) 杜 32 块 58191 ~ 168700 30 冷家油田 10538 ~ 54800 18 小洼油田 0 ~ 813 ~ 6853 3 ~ 24 4 27 ~ 40 目前,辽河油田已建成的稠油集中处理站有特油公司杜 84 块 1 # 集中处理站、特油公司杜 32 块 2 # 集中处理站、冷一稠油集中处理站、曙光油田曙五联合站、兴隆台油田海一联合站、兴隆台油田洼一联合站、锦州油田锦一联合站等。 石油地面工程技术专辑 石油规划设计 2002 年 11 月 55 稠油地面集输工艺流程 1 单管加热集输流程 该工艺流程只有一条管线,流程比较简单。该工艺流程主 要适用于单井产液量高(一般大于 20 t/d ),出油温度高(一般在 40 ℃以上),原油粘度一般不超过 3 000 s ,油井回压一般控制在 1 ~ 1. 2 稠油区。 2 掺稀油降粘集输流程 掺稀油降粘集输流程经过多年的生产实践,现已形成稠油掺稀油的双管密闭集输、多级分离、大罐热化学沉降脱水、掺稀油定量分配等较为完备的稠油集输工艺。该工艺对于低产、高稠、井深,周边有稀油资源的油田非常适用。 掺稀油的部位可选择在井下、井口、站内,主要维持地面集油管线的水力条件,提高脱水质量。稠油掺稀油流程的平面布局主要有 3 种:小二级布站(计量站 → 集中处理站);大二级布站(计量接转站 → 集中处理站);三级布站(计量站 → 计量接转站 → 集中处理站)。 3 平台拉油集中处理集输工艺流程 该工艺流程用于环境条件差,矿区无稀油资源,原油粘度高于几万毫帕秒的特稠油、超稠油的集输。该工艺流程一般以平台为单元,建高架罐,采用导热油集中伴热。一个导热油站平均管井约 50 口,集中布站、管线同架,采用导热油伴热或加热与采用电热带和电加热棒加热比较,提高了热能的利用效率。 4 裂化降粘采、集、输一体化工艺流程 裂化降粘就是在高温下将大分子烃类裂解成小分 子烃类,使稠油转化为低粘度的原油。该流程是单井掺柴油采油和集输,原油在处理站预脱水和高温脱水后再经加热进分馏塔回收和分离出柴油,柴油返输到井口回掺,循环使用。塔底油经加热进入裂化降粘反应塔,然后经过稳定,降粘外输。 该工艺流程解决了稀释剂的来源,使稠油的开采、集输、处理、降粘各环节紧密配合,节约能源,提高了经济效益。该工艺适用于稠油资源丰富,且周围无稀油源的稠油区块。 5 超稠油乳化降粘工艺流程 该技术是辽河油田为有效利用超稠油资源,解决国内燃料紧张问题而研究开发的一项技术。目前,辽河油田已建成曙光金宇乳 化油厂、井下乳化油厂、热电厂乳化油厂等多个中小型超稠油乳化装置,初步建成超稠油乳化能力近 100 × 10 4 t/a 。 以曙光油田 40 × 10 4 t/a 乳化油处理站为例来 叙 述超稠油乳化降粘工艺流程。首先,汽车拉油卸至卸油槽内,超稠油卸车温度为 80 ~ 90 ℃;再经卸油泵升压、换热器升温至 95 ℃左右再进入缓冲罐内;然后由乳化泵升压,予混器混相进入换热器升温至约 97 ℃再进入乳化管内进行乳化。乳化后的乳化油进入储罐储存,再经装车泵装车外运。乳化剂的加入量为 2% (乳化油与纯油重量比),乳化油含水 15% ~ 20% , 80 ℃时粘度为 2 50 ~ 600 s 。此工艺流程目的是通过乳化剂将超稠油乳化制成油包水型乳化油,改善油在燃烧时的雾化效果,增加二次雾化,使燃料充分燃烧,从而改善燃烧效果,提高燃烧效率。 稠油脱水工艺流程 1 两段热化学沉降脱水工艺流程 各小站来油一般含水 50% ~ 70% ,温度 50 ~ 60 ℃,经进站计量后加热至约 70 ℃。进一段热化学沉降脱水罐脱出游离水,使原油含水达到 30% 以下。低含水油溢流至缓冲罐,经脱水泵加压、脱水炉加热后,温度达到 80 ~ 90 ℃。然后进二段热化学沉降罐进行二段沉降脱水,合格油溢流进合格油储罐,经外输泵加 压后计量外输。在油田有伴生天然气的情况下,一段脱水可以采用三相分离器,以提高集输系统的密闭程度。该流程的关键是沉降时间、脱水温度和化学药剂的选择。其特点是操作简单、可靠,主要应用于曙光油田、高升油田、海外河油田、欢喜岭油田等集中处理站。 2 热化学沉降加电化学脱水两段脱水工艺流程 各小站来油一般含水 50% ~ 70% ,温度 50 ~ 60 ℃,经进站计量后加热至 70 ℃左右。进一段热化学沉降56 石油规划设计 第 1 3 卷第 6 期 石油地面工程技术专辑 脱水罐,脱出游离水,使原油含水达到 30% 以下。低含水油溢流至缓冲罐,经脱水泵加压、脱水炉加热后,温度达到 80 ~ 90 ℃。然后进二段电 脱水器脱水,合格油进合格油储罐,经外输泵加压后计量外输。在油田有伴生天然气的情况下,一段脱水可以采用三相分离器,以提高集输系统的密闭程度。 该流程的关键是一段脱水位置和二段电脱水器能否建立起稳定的电场。其特点是脱水精度高,主要应用于曙光油田、兴隆台油田、小洼油田、锦州油田和冷家坨子里等集中处理站。 3 一段热化学静止沉降脱水流程 此工艺流程用于原油的密度和粘度较大,胶质沥青含量高的原油处理。 该工艺流程的要点在于确定出超稠油热化学沉降的合理工艺参数、脱水温度、沉降时间,采用高效破乳剂和适宜的加药量。采用多个 储罐分别交替静止沉降,浮动出油。完成沉降脱水的罐转作合格油储罐。脱水后的净化油含水小于 2% ,污水含油在 1 000 以下。该工艺流程在曙一区杜 84 、杜 32 块运行良好。 主要稠油处理设备 1 卧式三相分离器 卧式三相分离器的分离过程为高压产出液进分离器之后,先通过减速器降低压力和速度,压力降幅大约为 0 为了防止液流在进入沉降段后产生波动,加装了防浪板(板上有若干小孔)消泡器,液流从防浪板的小孔进入沉降段,使液流比较稳定。沉降段的主要分离元件是波纹板聚结器,经聚结器后,原油从溢流 板流出,这时原油的含水一般约 10% ;水则从沉降段的下部排出,水中含油小于 350 分离出的天然气通过捕雾器从分离器的顶部排出,可 100% 除掉气体中 10 μ m 的液滴。产生液的脱水时间大约在 30 ~ 60 控制压力在 0 因稠油含砂较多,故分离器除具有沉降脱水功能之外,一般都具有水力除砂功能,也是采用在三相分离器的底部,用高压水流冲击沉砂,使之悬浮在水中,同时开启排砂阀将砂排出。 2 稠油电脱水器 辽河油田使用的稠油电脱水器基本是在稀油电脱水的基础上,借鉴国外先进经验技术,自己研 制开发的。该脱水器尺寸为 ∅3800 × 16000 设计压力为 采用直流电极,处理量为 80 ~ 120 m 3 /h ,进口原油含水小于 30% ,净化油含水率由 2% 以上降至 1% 左右。排放污水含油率由原来的 2 降至 ,耗电量由 0 h/t (油)降至 h/t (油)。辽河油田的稠油电脱水器主要针对稠油的特点在以下几个方面进行了调整。 ( 1 )电极板间距由罐内调节改为罐外调节 在稠油的生产过程中,各不同阶段、不同区块的油品性质差异很大,需要根据具体情况对极板间距进行调节。这是因为 聚结力的大小与极板间距的二次方成正比,对极板间距进行调节可以对聚结力的大小进行调节。而原有的电脱水器必须停产后在罐内进行调节,很不方便,也影响了生产。进行改进后即方便了生产,也适应了不同的油品性质。 ( 2 )增加了接地电极板 电脱水器下层板与油水界面形成一个弱电场区。较高含水量的原油进入电脱水器后,先经过这个区域进行预脱水,它可使较大颗粒的游离水聚结、沉降、分离,以保证高强电场深度脱水的稳定。但由于油水界面自动控制技术还不十分可靠,因此预脱水能力很低,影响了原油的处理质量。为了解决这一问题,在底层极板的下方适 当增设了接地电极,形成了较稳定的弱电场区,对提高稠油的处理质量有一定的作用。 ( 3 )改进油流分配和集水管结构 原油脱水质量的好坏,与脱水器内液流的稳定程度有直接的关系。新型稠油电脱水器采用了与罐体直筒段同长双列分配管结构,液流在分配管中均匀的流出,避免个别部位呈喷射状。集水管也是如此,把原来的单列短管及容易造成砂堵的集水管,改为双列的与油分配管同长的结构,还在集水管上方设置了挡砂板,有效地防止了砂堵,减少了污水含油量。这种稠油电脱水器经过几年的运行,脱水效果比较理想。 3 加热炉 辽河油田根据辽河油田稠油 的特点开发了一种热管炉。其传热方式及结构特点不同于常规的加热炉, 石油地面工程技术专辑 石油规划设计 2002 年 11 月 57 与同负荷的水套炉相比热效率提高 10% ,达到 85% 。另外一个主要优点是盘管的压力损失减少 60% ~ 80% ,这对稠油集输是非常有利的。该炉采用了热管技术,在加热方式上采用了两极传热。首先在主附火筒上装有 1 型、 2 型热管共计 50 支,它们将燃料燃烧的高温烟气和低温烟气的热量,通过热管内部工质的相变换热及火筒壁的传热,将热量传递给壳体内的热媒(软化水),从而使热媒加热到设计温度( 120 ℃)。因热管插入热媒内部,提高了传热效果。其次,在 4 根盘管上装有 3 型热管 2 50 支。被加热的热媒(软化水)将3 型热管的蒸发段和盘管外壁加热,通过热管内工质的相变换热和盘管的传热,把盘管内的介质加热到集输工艺所要求的温度。 目前,该加热炉已开发出 500 700 800 1 000 1 200 1 500 多种规格,初步形成系列。从设计结构和热效率来讲,辽河油田的加热炉设计水平已达到国外先进水平。辽河油田在超稠油加热中还普遍应用了热介质炉,把热介质加热到 180 ℃以上,与原油换热,较好地解决了超稠油集输的高温需求和大罐伴热等问题。 4 稠油泵的选型 对于稠油泵的优选,国内各主要稠油田都做了大量的工作。辽河油田通过现场实验、筛选,在稠油集输中主要采用螺杆泵和 型容积泵。这两种泵型比较适应介质高粘度和高含砂的特点。该泵已成系列,目前在辽河油田被广泛使用。 地面集输技术评价及攻关方向 由于辽河油田稠油品种繁多,物性较差,相对集输处理的难度较大。经过近 20 年的研究和实践,总结出了一些适合辽河油田稠油特点的工艺流程。这些典型的工艺流程具有流程简单、安全可靠、操作方便的特点,较好地满足了辽河油田稠油开发的总体需要。目前,辽河油田在稠油的集输和脱水技术 居国内领先水平,特别是在超稠油的集输和处理上在国际上也是领先的。 目前,由于受设备、材料性能和投资的限制,整个稠油集输系统中还有很多都没有实现密闭。系统集输和脱水的压力和温度都比较低,造成一些主要设备的效率不是很高,脱水过程过分依赖于化学药剂。另外,由于国内的石油行业对有关稠油标准和规范的研究和制定比较滞后,有些设计只能参考一般原油的标准和规范,这也在一定程度上制约了稠油地面工程设计的发展。 关于稠油、特别是超稠油的集输和处理技术,我们正在开展一系列的科技攻关,主要解决以下几个方面的问题:一是提高集输系统的 密闭率,减少集输过程的蒸发损耗和热能损耗;二是提高稠油的脱水温度,增大油、水的比重差,通过研制高效设备,提高稠油的处理效率;三是研究超稠油的长距离管输技术;四是进一步研究更加高效的超稠油污水深度处理技术;五是进一步加强稠油集输、处理过程中的热能综合利用。 收稿日期: 2002 - 09 - 10 编辑 : 马三佳 欢迎订阅 2003 年《石油仪器》 《石油仪器》是由中国石油天然气集团公司主管、中国石油物资装备(集团)总公司和西安石油勘探仪器总厂主办,国内唯一全面介绍和评论国内外石油仪器、仪表装备的综合性科技期刊。面向国内 外公开发行。 《石油仪器》内容丰富多彩是石油、地质、化工等行业获取科技信息的桥梁,了解仪器仪表装备动态和市场的窗口,是用户选购仪器仪表的向导,是管理决策者的参谋和广大读者及科技人员的良师益友。《石油仪器》为双月刊,逢双月下旬出版。大 16 开本,彩色封面,激光照排。每期定价: 8 . 00 元;全年 6 期定价: 48 . 00 元。在校学生半价优惠。《石油仪器》国内统一刊号: 1239 / 国际标准连续出版物号: 9134 ,广告经营许可证号: 6101004003048 征订事项如下: 1. 订阅单位和个人, 可来信索取订阅单,按要求填写后将订阅单中的第二联、第三联和邮政汇款单或银行电汇单同时寄来;第一联留作报销凭证; 2 . 邮政汇款( 71 006 1 )西安市红专南路 8 号《石油仪器》编辑部 收款人:王骏; 3 . 银行电汇 收款单位:西安石油勘探仪器总厂 开户银行:西安市工行长庆分理处 银行帐号: 006 - 991 - 221046 - 41 ;4. 邮政汇款请在附言中注明“杂志订阅”,银行电汇请在汇款用途中注明“《石油仪器》订阅款”; 5. 本编辑部还有历年期刊的精装合订本,欢迎订阅。 编辑部电话:( 029 ) 5265999 转 6108
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