对沙漠油田油气集输工艺流程的初步探讨.pdf

对沙漠油田油气集输工艺流程的初步探讨 李建民 中国石油天然气总公 司规划设计总院 , 副总工程师 , 高级工程师 提要本文根据 沙漠油田恶劣的自然环境和工作条件 , 以及单井六量 高 、 井数 少 、 井 口油 温高等 有利因素 , 提出三个油气集输工艺流程方案进行探讨 。 主题词沙漠 油田建设集输系统工 艺流程 我国西部塔里木 、 吐哈 、 准噶尔三大盆地 , 地下油 气资源十分丰富 , 是我国石油战略接替的主要区域 。最 近几年由于认真贯彻党中央国务院确定的 “ 稳定东部 , 发展西部 ”的石油 战略方针 , 三大盆地的油气勘探工作 取得了非常令人鼓舞的成绩 。 在加快勘探的同时 , 为了提前做好沙漠油田开发 建设的准备工作 , 本文根据总公司制定的沙漠地区油 气田地面建设工程若干技术规定对工艺的要求 , 综合 考虑沙漠油田所处的恶劣 自然环境和工作条件 , 以及 沙漠油田可能较多采用丛式井生产 , 单井产量高 , 井数 少 , 井口油温高等有利因素 , 就沙漠油田油气集输工艺 流程提出三个方案进行初步探讨 。 方案各油井采用单井单管密闭油气混输进站 , 经总机关分配 , 其中一口井的流体进计量分离器 , 进行 油气水的分离计量后 , 与其余油井来的流体混合进生 产分离器 。 分离后的含水原油经换热器与脱水原油换 热 , 再经加热器加热后进沉降脱水器 。脱水原油经换热 器 、空冷器冷 却后进入储罐 , 经供油泵增压后由输油泵 外输至长输管道首站或用户 。 原油储罐采用大罐抽气 装置进行原油稳定 , 抽出的气体经增压 , 与分离器分出 的伴生气混合输至气体处理装置 。 分离器及脱水器脱 出的含油污水进水力旋流器进行初处理 , 清除的污油 经污油罐回到三相生产分离器 污水经冷却后进入污 水处理系统 。 流程中配套设置破乳 、 防腐 、 防垢及其他 化学添加剂的加药系统 。 示意流程见图 。 方案与方案的不 同点是各油井采用单井单管 石油规划设计 尸 第卷 第期 年 密闭油气混输进站 , 经总机关分配 , 其中一口井进计量 分离器 , 其余各井经汇管进生产分离器 经计量分离器 分离后的油 , 气 , 水分别与经生产分离器分离后的油 、 气 、 水混合进入各 自流程 。 其次原油进脱水器 , 初期采 用常温指油井进站油温化学沉降脱水 , 中后期采用 常温沉降脱水需要时可投加破乳剂 , 脱水原油进油 罐 , 经外输泵 不用供油泵输至首站或用户 。 第三 , 污 水直接进污水处理 系统 , 不建空气冷却器 。 方案示意 流程图见图 。 方案是用 “ 油井 自动计量装置 ”代替方 案中的 三相计量分离器该装置主要 由采样室 、 流量计 、 气动 或电动阀 、计算机、通 讯端子等组成 。 不用进行油气水 分离而测得油 、 气 、 水流量 、 油气比 、含 水等数据 。 主要 流程是待测单井流体从装置底部进入 , 经采样室测出 温度 、 压力和流体组成后 , 流量计计量总流量所有测 量信号 由装置上的计算机处理后得 出有关数据 , 并可 在屏幕显示 , 计量后流体从装置顶部流出 , 与其他井 流体混合后进入生产分离器以后的工艺流程同方案 。 三种方案的初步分析如下 方案针对 沙漠油田环境恶劣 , 井少 、 单 井产量 高 、油 品性质较好等特点 , 采用单井单管密闭油气混输 进站 , 站 内油气密闭分离脱水 , 流程是合理的 , 主要单 体设备效率高 , 工艺技术先进 。但是, 从整体上考虑 , 对 于沙漠油田地面工程 , 不仅要求技术先进 , 而且应在适 应生产及管理要求的前提下 , 流程应尽可能短 , 工艺环 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卜卜嗯嗯嗯嗯嗯 一今小小小 飞飞 卜卜洲洲洲洲 , , 毓毓毓毓毓毓毓毓毓 加 净化油罐 原 油供赢 团外蔫 泵个牡缪 外输 图沙漠油田油气集输工艺流程方案示意 卜卜闷闷 气气朴 朴 图沙漠油田油气集输工艺流程方案示意 节应当尽可能少 , 以利实现自动化管理 , 节约基建和维 修费用 , 减少岗位人 员及维护管理工作量 , 取得尽可能 高的综合经济效益 。 据此 , 方案用于沙漠油田尚存在 以下值得探讨的问题 集油站内经计量分离后 , 已经分离得比较好生 油 、 气 、水, 不宜再混合起来进生产分离器 , 而应作为分 离的合格产品分别进入站 内油 、 气 、 水处理 系统 。 东部 地区中低产油田通常单井产量低 , 井数多 , 绝大部分 , , 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 计量站距集油站 一 , 不可能将计量站分离后的 油 、气、水分别经 管线送进大站 , 只能是混合进大站 , 这 冲情况下计量站的计量分离器 , 只能起 “ 计量 ”作用 。 而 在沙漠油田 , 因单井产量高 , 井数少 , 计量站设 在集油 站内 , 计量分离后 的油 、 气 、 水 , 直接进入生产分离器的 相应出口管线 , 既可以提高产品质量 通常经计量分离 器分离后的油 、 气 、 水质量比生 产分离器分离的质量 好 , 减少生产分离器的负荷而相应提高分离效果 按 口井进站测算 , 计量后的气液不再进生产分离器 , 相当 于减少六分之一的负荷 , 还可以因减少了气液的搅拌 次数而减轻油水的乳化程度 , 有利于破乳脱水 , 取得好 的经济效益 。 方案采用单纯加热脱水工艺 , 为使进脱水器 的含水原油温度升到 一℃ , 相应设置加热器和换 热器及为降低脱水后原油储存温度而设 置空气冷却 器 。 同时考虑到沙漠油田有的区块地层水矿化度很高 , 加热后的含 油污水可能结垢严重 , 而在脱出水的流程 上又设置空气冷却器 。 这样的工艺流程和设备设置方 案虽然在工 艺技术上是可行的 , 但是对于生产过程中 难免出现的一些间题 , 单靠加热工艺 , 可能难以达到脱 水质量要求 。 同时 , 从沙漠油田开发生产规律看 , 加热 流程中的加热炉和换热器等设备发挥作用的时间较 短 , 投资效益不 显著 , 因而设置的必要性不大 。 提出这 些看法是基于以下考虑 ①设计时针对不同油 品性质和乳化程度等情况而 因地制宜选用脱水工艺 , 以求取得最佳的综合技术经 济效益 。 在油田使用电潜泵采油工艺 , 地层中又含有天 然乳化剂时 , 油水经井下 电潜泵多级 叶轮反复 高 速剪切乳化严重 , 在脱水器内单纯靠加热到 一℃ , 难以完全破乳 , 不易达到脱水质量 。 如果出现这种情 况 , 宜采用综合热化学脱水工艺 。 对于单纯加热沉降脱 水工艺 , 经过一段时间 , 脱水器中可能会在油水过渡层 形成老化油 。 根据东部油区脱水经验 , 这部分老化油脱 水困难 , 可能需采用热化学或电化学脱水工艺 , 才能达 到脱水质量要求 。 ②鉴于沙漠油田普遍单 井产量高 , 有相当区块采 用大排量 电潜泵 生产 , 投产初期不含水或低含水时 , 井 口油温一般可达到一℃ , 有的甚至更高随着含水 上升 , 由于总液量增 加和水的比热是原油的两倍 , 带到 地面的热能会随之大幅度增加 。 根据东部一些油田的 统计资料 , 在油量 基本不变的情况 下 , 在 含水 一 。 范围内 , 含水平均上升 , 井口油温平均升高约 沙左右沙漠油田井口油温 的上升情况和东部油田 牟尽相同 , 但基本规律是相似的 。 现在尚缺乏沙漠油田 石油规划设计 第卷 第期 年 的实际温升资料 , 暂按上面的数据进行测算 , 含水 时 , 井 口油温平均 可能升高到 一℃含水 时 , 井口油温平均可能达到 一 , 已接近加热脱水流 程预定的脱水温度 , 实际上是利用地层热能实现的不 用加热脱水流程 。 随着含水的继续上升 , 不但用不着加 热 , 而应采取相应的措施 , 使温度降到所需要的数值 , 并对热能加以综合利用 。 按照这种考虑 , 对沙漠油田产 量高 、 井口油温高的井区 , 采用单纯加热脱水工艺方案 不仅需要增加较多的投资 , 用来购买 、 安装加热炉和换 热器等设备及相应的配件 、 管线 , 使流程变长 , 从而增 加了管理点和维修工作量 , 不利于自动化管理 而且几 年后油温上升到 一℃时 , 就可能不再使用 了 , 发挥 作用年限太短 , 投资效益差 。 ③由于采用单纯加热脱水工艺 , 使油田一投产便 在较高的温度下脱水 , 不仅脱水原油温度较高 , 脱出的 含油污水温度也较高 , 会加剧高矿化度污水对设备 、 管 线的腐蚀结垢 。 为减少腐蚀结垢 , 只好增加空气冷却器 以降低污水温度 , 其结果是增加投资 , 增加生产环节 。 采用方案随着油田含水上升 , 油温升高到一定程度 , 也可能需要增加空气冷却器 , 即使如此 , 因推迟几年建 冷却器所少付的银行贷款利息也是很可观的 。 ,在外输泵前设置供油泵 , 对提高外输泵进月压 力 , 避免抽空 , 保证泵 的正常吸入有一定的好处 这在 生产能力很大 的集油站和长输管道站 , 往往因罐区容 量大 , 储油罐多 , 上 油管线长 , 上 油条件难以保证而较 多采用 。 对于沙漠油田中规模不很大的集油站的外输 泵 , 就不一定非设置供油泵不可 。 这是因为 , 在油田地 面集输工艺的设计中 , 除首先考虑选用高效输油泵外 , 还 应特别注意总体考虑输油 系统的效率 , 包括从储罐 到泵吸入口间的进油管道应满足泵 的吸入条件 , 输送 油量和外输管道 的压降要很好匹配 , 尽可能使泵在高 效区运行 , 以节约能量 。 但在某个区块油田实际生产 过程中 , 往往会出现输送油量和油品性质的变化等 , 使 输油泵不在高效区运行 , 使泵效降低 。 对于这些情况 , 设置供油泵能起一点作用 , 但解决不 了泵效降低这个 主要问题 , 却会因增加供油泵而造成投资增加 、 流程变 长 , 管理维修工作量加大 , 不利自动化管理等问题 。 从 综合考虑技术经济效益这个角度看 , 沙漠油田内部集 油站是否需配供油泵 , 应权衡利弊慎重考虑 。 方案综合考虑 了沙漠油田所处恶劣 自然环境的 不利因素和一般单井产量高 , 井数少 、 油品性质较好等 有利条件 , 采用东部油田成熟的常温化学脱水工艺缩 短流程不建加热炉 、 换热器 、冷却器、 供油泵和采用 先进实用设备 , 在系统考虑能量的合理下转第页 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 表各方案压缩功及冷却负荷单位 方案一方案二方案三 一段压缩 二段压缩 合计 一段冷却 二段冷凝 合计 , 方案四 。 方案一的节流功损最大 。 原因是节流前温度太 高 , 节流后约有气化而这部分气体全部进压缩机 的一段 , 导致能耗过多 。 方案二采用过冷器使凝液预冷到 ℃ , 节流后气化 率 , 功损明显减少 。 尽管过冷器用一些功 , 压缩机 进气温度稍高 , 但冷剂循环量减少 , 总体是合算的 。 方案三采用省能器 , 使一级节流后约占的气 循环到压缩机的二段进口 , 总功损比方案二更少 。 方案四除省能器外又增加了过冷器 , 结果总功损 反而高于方案三 。 一级节流后的气虽然减少 了 , 但进一 段压缩的气温升高了 。 压缩功没有明显减少 , 过冷器和 气体冷却的功损却增加了 。 方案二过冷器换热越多 , 功损越少方案四则相 反 。 一般说方案三较合理 , 只有用非低温的压缩机时才 考虑方案四 。方 案二进压缩机一段温度 ℃ , 而方案四 ℃就已偏高 。 对小装置为简化 , 方案二也是合理的 。 效功而能耗计算只能看出总能耗 。对致冷专业 的技术 人员来说 , 上述功损分析可以说是不必要的 。但对于一 般工艺技术人员来说 , 可以通过功损分析 , 在过程中更 好地理解和运用致冷技术 。 尤其在过程中采用混合冷 剂时 , 一般的方法将很难说清问题 , 要画出 一 就更 难了 。在天 然气低温分离过程设计中 , 通过计算机模拟 同时求出功损 , 将是简单和有益的 。 冷剂是有品位的 , 蒸发温度越低 , 冷剂的品 位愈高 , 功损也愈大 。 和被冷物流的温差越大 , 功损也 越大 。 一套系统同时提供两个或三个品位的冷源 , 采用 梯级冷却是合理的 。 采用多组分混合冷剂 , 只要设计合 理 , 可进一步减少换热温差和减少功损 。 冷剂冷凝的功损较大 , 但温度仅 ℃左右 , 品位较低 。 在天然气低温分离过程中 , 则有可能利用其 中一部分 。 至少可用于供热水 。 上述功损计算没有涉及机械功的来源和产 生机械功功损 。如果需要, 例如要和内燃机驱动压缩机 或与氨吸收致冷对比 , 则可进一步推算 。 几点看法 参考文献 龙怀祖 , 杨介德用功损概念改善天然气低温分离石油 规划设计 ,, , , ,, 一 收稿日期 一一 编辑范宁 功损计算能反映出每个环节损失了多少有 破‘曲乡比乡必 乡魂乡比匕必乡渡云曲乡峨乡必 必乡必乡必乡峨乡曲乡必乙必乡曲乡渡三成‘渡‘渡山渡乡渡乡渡乡比乡比‘渡峨公进魂云泛乡曲乡泛比乡渡乡泛乡峨‘渡乡必么必乡必乡曲乡渡山渡‘渡乡渡乡以山渡山旬公狂 上接 第页利用 , 节省基建投资 , 节约维修费用 , 减 少生产环节 , 有利实现自动化管理等方面有明显优点 , 值得重视 。但 同时应注意 , 为了使这个高效益的短流程 正常运行 , 取得预期效果 , 需更深入地研究沙漠油田油 井含水上升与油温升高的规律筛选 高效价廉的破乳 剂 、 防腐剂 、 防垢剂及其他添加剂对于破乳剂 的投入 量需严格控制以节省开支 , 一般的投加量应在十万分 之三以下 , 如油品性质很好 , 还可少加 , 甚至 只在特殊 情况时才加 还要更精心地设计和管理自动化系统 。对 于单井产量不是很高 , 油品性质较差的油田 , 也可考虑 采用电化学脱水等工艺 。 方案的主要特点是用 “ 油井 自动计量装置 ”代替 常规 的三相计量分离器 , 该计量装 置计量速度快 , 体 积 、 外型尺寸及重 量都比计量分离器小得多 , 预制 、 运 输和现场安装工作量小 。 国外有成熟产品 , 但价格较 贵目前国内已开始研制 。 是否采用 “ 油井自动计量装 置 ”, 应进行综合技术经济论证后确定 。 鉴于我国沙漠腹地油田目前 尚处在勘探阶段 , 缺 乏全面开发建设所必需的资料数据 , 上面只是对沙漠 油田油气集输工 艺流程进行一般性探讨 , 对于某个确 定的沙漠油田选用何种工艺流程 , 建议根据正式的开 发方案 , 针对油田地理位置 、 产量 , 油 、 气 、水物性等实 际情况 , 综合考虑技术经济效益 , 因地制宜地选用 , 收稿日期 令一 一口 编辑马三佳 石油规划设计 第卷 第期 年 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载