基本介紹
- 中文名：油田集輸系統節能技術
- 問題：系統不能滿足開發後期的生產要求
- 原油處理工藝：油田生產過程完全密閉
- 污水處理：除油和過濾
簡介,二、國內外現狀及認識,三、結束語,
簡介
目前，我國東部陸上油田大部分已進入開發後期，綜合含水都已達到80%以上，部分油田已超過90%。隨著含水率的上升，采出液總液量也不斷增加，能耗隨之迅速增長，因而，地面系統需要大量改造或改進，主要表露出的問題有：
①油氣集輸和處理系統負荷增大,現有的工藝流程複雜,系統能力不能滿足開發後期的生產要求。各油田現有設備主要是針對開發中期的特點而設計配套的，進入開發後期後，采出液的乳化特性、介質特性都有較大變化，原油集輸方式、設備結構不能適應這一變化的需要。
②污水處理系統主要是處理量的增加和水質標準的提高，現有流程和設備落後，按常規的處理方式已不能滿足生產要求。
③進入開發後期，為了進一步提高採收率，各油田都在進行三次採油礦場試驗，有的已進入工業性推廣套用階段，如大慶、大港、河南等油田。由於驅注液對原油乳化液特性有較大的影響，為地面處理工藝帶來了新的課題。
④注水系統由於注入量的增加，電力負荷急劇增長，注水井洗井次數增多，造成洗井能耗和污水處理系統的負擔增大。
⑤油田開發後期防腐問題日益突出。由於東部油田開發建設較早，地面工藝管線設備運行時間長，防腐措施破壞嚴重，經常性的管線穿孔、設備腐蝕已嚴重影響了油田的正常生產運行。
根據以上分析，為適應油田開發後期集輸系統改造及節能降耗技術的需要，應主要開展以下課題的研究：①原油脫水節能工藝研究；②污水系統節能工藝研究；③注水處理節能工藝研究；④三次採油節能技術研究；⑤油田地面綜合防腐技術研究。
針對油田開發後期的生產特點，通過地面工藝的系統配套攻關，研製能耗低、效益高、投資省的工藝設備和合適的節能降耗工藝技術，使開發後期原油集輸處理、污水處理，三次採油工藝、注水工藝及油田防腐工藝技術達到一個新水平。從而達到實現油田地面工藝在開發後期的技術改造投資省、效益高的目的。
①油氣集輸和處理系統負荷增大,現有的工藝流程複雜,系統能力不能滿足開發後期的生產要求。各油田現有設備主要是針對開發中期的特點而設計配套的，進入開發後期後，采出液的乳化特性、介質特性都有較大變化，原油集輸方式、設備結構不能適應這一變化的需要。
②污水處理系統主要是處理量的增加和水質標準的提高，現有流程和設備落後，按常規的處理方式已不能滿足生產要求。
③進入開發後期，為了進一步提高採收率，各油田都在進行三次採油礦場試驗，有的已進入工業性推廣套用階段，如大慶、大港、河南等油田。由於驅注液對原油乳化液特性有較大的影響，為地面處理工藝帶來了新的課題。
④注水系統由於注入量的增加，電力負荷急劇增長，注水井洗井次數增多，造成洗井能耗和污水處理系統的負擔增大。
⑤油田開發後期防腐問題日益突出。由於東部油田開發建設較早，地面工藝管線設備運行時間長，防腐措施破壞嚴重，經常性的管線穿孔、設備腐蝕已嚴重影響了油田的正常生產運行。
根據以上分析，為適應油田開發後期集輸系統改造及節能降耗技術的需要，應主要開展以下課題的研究：①原油脫水節能工藝研究；②污水系統節能工藝研究；③注水處理節能工藝研究；④三次採油節能技術研究；⑤油田地面綜合防腐技術研究。
針對油田開發後期的生產特點，通過地面工藝的系統配套攻關，研製能耗低、效益高、投資省的工藝設備和合適的節能降耗工藝技術，使開發後期原油集輸處理、污水處理，三次採油工藝、注水工藝及油田防腐工藝技術達到一個新水平。從而達到實現油田地面工藝在開發後期的技術改造投資省、效益高的目的。
二、國內外現狀及認識
目前，國內外針對油田開發後期的需要，在地面工藝各個系統都進行了許多有益的探索和研究，提出了一定的研究方向和理論，開發了一些新設備、新材料和新工藝等。
1、原油處理工藝方面
國外一些國家原油脫水只在礦場條件下進行，原油脫水所採用的工藝通常根據系統的特點、原油物性、含水率、伴生水的礦化度、油田的生產方式和開採條件及氣候條件等因素決定。同時各國對淨化油質量指標的要求也不盡一致。如美國洛杉磯附近的西格奈爾希油田是一高含水期開發油田，由殼牌公司開發，年產油量在50×104t，綜合含水88%，其產品收集和處理工藝是：各井來油經過匯管，加入破乳劑之後，經兩級分離（第一級為預脫氣，第二級為三相分離）後，進入大罐沉降（配套大罐抽氣），即用大罐代替電脫水器。其工藝特點是，系統處理在一個場地配套進行（油氣分離、原油脫水、污水淨化及回注等）。利用罐作為末級分離器，同時具備沉降罐和成品油儲罐的功能。在自然溫度（21℃）下脫水，沒有加熱設備和換熱器，油田生產過程完全密閉。
而且，國外各石油公司在脫水工藝方面，一是注重研製並套用高效脫水破乳劑，認為依靠破乳劑來降低熱耗是比較經濟的。如德國的BACΦ公司研製的分離劑28，在某工程中套用，在15℃條件下，經一級處理後，可把原油含水從30%降至1~2%；二是注重分離器等設備的功能的提高和結構最佳化。為提高分離效率而大量研製開發強化分離填料，目前常用的有脈動消除器、蝶形轉向器、旋風進料口、迪克松霧沫捕集結構、各種形式的聚結填料等等。
我國國內的情況是，“七五”期間，結合中高含水期技術改造需要，開展了低耗節能油氣集輸配套技術研究，在原油處理方面，創造了河南江河油田高凝原油不加熱一段脫水獲合格淨化油的新技術。工藝配套了閥組加藥、管道破乳和高效沉降分離技術，研製出的HNS型高效三相分離器，採用了預脫氣技術、水洗破乳技術等多項新工藝，在來液溫度50～55℃，停留時間10min條件下，出口原油平均含水≤0.5%，達到了淨化油標準。
在化學破乳劑研究方面，國記憶體在著套用現場與研製脫節的現象，針對性的產品研製工作僅少數油田開展得較好，其它油田普遍是採用篩選套用。
因此，可以這么認為，我國油田在高含水開發期脫水工藝的研究上已取得較高水平的成果，今後應繼續完善一段脫水工藝，進一步提高分離器對全國各油田處理的適應能力，要加大常溫脫水破乳劑研製、新型聚結填料開發的力度，以適應開發後期技術改造的需要。
1、原油處理工藝方面
國外一些國家原油脫水只在礦場條件下進行，原油脫水所採用的工藝通常根據系統的特點、原油物性、含水率、伴生水的礦化度、油田的生產方式和開採條件及氣候條件等因素決定。同時各國對淨化油質量指標的要求也不盡一致。如美國洛杉磯附近的西格奈爾希油田是一高含水期開發油田，由殼牌公司開發，年產油量在50×104t，綜合含水88%，其產品收集和處理工藝是：各井來油經過匯管，加入破乳劑之後，經兩級分離（第一級為預脫氣，第二級為三相分離）後，進入大罐沉降（配套大罐抽氣），即用大罐代替電脫水器。其工藝特點是，系統處理在一個場地配套進行（油氣分離、原油脫水、污水淨化及回注等）。利用罐作為末級分離器，同時具備沉降罐和成品油儲罐的功能。在自然溫度（21℃）下脫水，沒有加熱設備和換熱器，油田生產過程完全密閉。
而且，國外各石油公司在脫水工藝方面，一是注重研製並套用高效脫水破乳劑，認為依靠破乳劑來降低熱耗是比較經濟的。如德國的BACΦ公司研製的分離劑28，在某工程中套用，在15℃條件下，經一級處理後，可把原油含水從30%降至1~2%；二是注重分離器等設備的功能的提高和結構最佳化。為提高分離效率而大量研製開發強化分離填料，目前常用的有脈動消除器、蝶形轉向器、旋風進料口、迪克松霧沫捕集結構、各種形式的聚結填料等等。
我國國內的情況是，“七五”期間，結合中高含水期技術改造需要，開展了低耗節能油氣集輸配套技術研究，在原油處理方面，創造了河南江河油田高凝原油不加熱一段脫水獲合格淨化油的新技術。工藝配套了閥組加藥、管道破乳和高效沉降分離技術，研製出的HNS型高效三相分離器，採用了預脫氣技術、水洗破乳技術等多項新工藝，在來液溫度50～55℃，停留時間10min條件下，出口原油平均含水≤0.5%，達到了淨化油標準。
在化學破乳劑研究方面，國記憶體在著套用現場與研製脫節的現象，針對性的產品研製工作僅少數油田開展得較好，其它油田普遍是採用篩選套用。
因此，可以這么認為，我國油田在高含水開發期脫水工藝的研究上已取得較高水平的成果，今後應繼續完善一段脫水工藝，進一步提高分離器對全國各油田處理的適應能力，要加大常溫脫水破乳劑研製、新型聚結填料開發的力度，以適應開發後期技術改造的需要。
2、污水處理工藝方面
國內外含油污水處理工藝是基本相同的，主要分為除油和過濾兩級處理，處理污水進行回注。根據注水地層的地質特性，確定處理深度標準、選擇淨化工藝和設備。對滲透性好的地層，一般污水經除油和一段過濾後即進行回注；而對低滲透地層，則要進行二級或三級過濾。如美國德克薩斯貝克斯油田，污水經氣浮選、雙濾料過濾器、濾芯式過濾器處理後即可回注；原蘇聯近年來對高滲透層的重力沉降過濾流程改造為聚結過濾和氣浮選法配套工藝，收到明顯的效益。
在設備方面，國外開發套用的設備有許多不同類型，其處理效率都較高，如使用較廣泛的氣浮選裝置就有立式罐和臥式槽型，除油效率達98%以上。精細過濾設備對懸浮物的控制含量<1mg/l，顆粒直徑<1μm。同時，開發了精細過濾器，PE、PEC微孔過濾器等，對2μm顆粒的控制能力在85～95%，基本滿足了各種地層的注水水質要求。
近年來，許多石油公司開展了旋流分離器技術研究，已形成了比較完整的理論觀點和概念術語，確定了參數指標。從初步套用來看，旋流分離器具有體積小，處理量大等特點，分離效率一般在50—80%，目前陸上部分油田已套用於污水處理中。
在我國，中國石油天然氣總公司頒布了《碎屑岩油藏注入水水質推薦指標及分析方法》，統一了高、中、低滲透層注入水水質十一項指標。由此使國內污水處理有了統一的依據標準。污水處理工藝一般包括混凝除油、緩衝、粗粒化、壓力過濾等階段，同時開展了“三防”化學助劑的研究套用。
因此，油田開發後期污水處理改造的方向是配合一段脫水工藝，充分利用分離器剩餘壓能，研製壓力式除油設備和化學助劑，實現閉式處理工藝。
3、注水工藝方面
在注水工藝方面，加拿大較典型的注水流程是，井站間不設配水間，由注水站直接向注水井配水，對滲透率高（一般在0.1μm2以上）的井採取不洗井注水工藝。我國注水流程一般採用二級流程，由於注水系統效率較低和採用了落後的固定洗井工藝，使得注水系統能耗較高。進入開發後期，由於注水量和洗井工作量的增加，注水系統用電將繼續增長，如何採用新工藝、新技術，降低注水能耗和洗井費用將是新的研究課題。
4、三次採油工藝方面
三次採油工藝地面部分主要包括注入工藝和產出液的處理工藝。
在注入工藝中，國內外主要考慮的是如何防止聚合物降解的問題，因此一般均採用除氧、殺菌、除鐵後的清水作為混配介質，注入流程為單泵對單井。
河南油田設計院經過多年的探索，研製出DJQ型聚合物驅低剪下流量控制器，使聚合物溶液的粘度保留率達到96%以上，實現了一泵對多站和一泵對多井的工藝流程，已得到較好的套用。
隨著三次採油大規模的實施，完全採用清水配注，將造成油田污水無法回注，採用單泵對單井流程由於工程投資高，給三次採油推廣造成了困難。因此有必要開發污水混配和新的注入工藝研究，以期使三次採油技術得到較好的套用。
在產出液處理方面，還沒有發現國外方面的系統報導，有一種已申請美國專利的技術是，通過向聚合物的乳狀液中加入兩性金屬陽離子以形成絮凝物，再使用強鹼處理該絮凝物，可將油從含有水溶性聚合物的乳狀液中分離出來。該技術工藝是產出液首先進入重力分離罐，其O/W乳狀液經罐底進入另一容器與金屬陽離子混合，再輸到強鹼反應器，並選擇控制好PH值等反應條件。國內近幾年在產出液處理方面試驗結果和認識不盡一致。大慶油田試驗認為，由於聚合物（HPAM）殘液的存在，采出液脫水難度大，質量差。若要保證污水含油不超過3000mg/l，沉降時間需要40min以上，在污水處理中絮凝劑的作用效果減弱，其用量大幅度增加。
因此，三次採油采出液的處理還有一些理論認識值得探討，現有工藝試驗不能說明問題，應繼續開展研究工作。
5、防腐蝕技術方面
國外油田外防腐塗料主要有煤焦油、瀝青、石蠟、預製薄膜和熱敷塗層等五大類，據文獻報導煤焦油層壽命可達50年以上。內防腐塗料主要有煤焦油環氧、催化環氧聚合物、纖維玻璃加強聚脂等。近年來又開發了高密度聚乙烯（HDPE）外塗料，其溫度範圍-45℃～80℃，在寒冷和沙漠地區壽命可達30年。
國內油田埋地管線普遍採用石油瀝青塗層，一般50～80℃的油氣水管線採用專用瀝青，防腐等級分為普通絕緣、加強絕緣和特加強絕緣三級。近年來，各油田又根據需要相繼開發了環氧粉未塗料，防水防腐型塗料等。
相比之下，我國在防腐材料種類、施工技術、補口工藝方面與國外存在一定差距。油田開發後期，污水閉路循環，水質進一步惡化，我國東部油田大部分又建於二十世紀六、七十年代，針對這些地下地面設施面臨著的重新防腐的問題，防腐技術的發展趨勢將是系統防腐技術研究和新型防腐塗料的研製。
國內外含油污水處理工藝是基本相同的，主要分為除油和過濾兩級處理，處理污水進行回注。根據注水地層的地質特性，確定處理深度標準、選擇淨化工藝和設備。對滲透性好的地層，一般污水經除油和一段過濾後即進行回注；而對低滲透地層，則要進行二級或三級過濾。如美國德克薩斯貝克斯油田，污水經氣浮選、雙濾料過濾器、濾芯式過濾器處理後即可回注；原蘇聯近年來對高滲透層的重力沉降過濾流程改造為聚結過濾和氣浮選法配套工藝，收到明顯的效益。
在設備方面，國外開發套用的設備有許多不同類型，其處理效率都較高，如使用較廣泛的氣浮選裝置就有立式罐和臥式槽型，除油效率達98%以上。精細過濾設備對懸浮物的控制含量<1mg/l，顆粒直徑<1μm。同時，開發了精細過濾器，PE、PEC微孔過濾器等，對2μm顆粒的控制能力在85～95%，基本滿足了各種地層的注水水質要求。
近年來，許多石油公司開展了旋流分離器技術研究，已形成了比較完整的理論觀點和概念術語，確定了參數指標。從初步套用來看，旋流分離器具有體積小，處理量大等特點，分離效率一般在50—80%，目前陸上部分油田已套用於污水處理中。
在我國，中國石油天然氣總公司頒布了《碎屑岩油藏注入水水質推薦指標及分析方法》，統一了高、中、低滲透層注入水水質十一項指標。由此使國內污水處理有了統一的依據標準。污水處理工藝一般包括混凝除油、緩衝、粗粒化、壓力過濾等階段，同時開展了“三防”化學助劑的研究套用。
因此，油田開發後期污水處理改造的方向是配合一段脫水工藝，充分利用分離器剩餘壓能，研製壓力式除油設備和化學助劑，實現閉式處理工藝。
3、注水工藝方面
在注水工藝方面，加拿大較典型的注水流程是，井站間不設配水間，由注水站直接向注水井配水，對滲透率高（一般在0.1μm2以上）的井採取不洗井注水工藝。我國注水流程一般採用二級流程，由於注水系統效率較低和採用了落後的固定洗井工藝，使得注水系統能耗較高。進入開發後期，由於注水量和洗井工作量的增加，注水系統用電將繼續增長，如何採用新工藝、新技術，降低注水能耗和洗井費用將是新的研究課題。
4、三次採油工藝方面
三次採油工藝地面部分主要包括注入工藝和產出液的處理工藝。
在注入工藝中，國內外主要考慮的是如何防止聚合物降解的問題，因此一般均採用除氧、殺菌、除鐵後的清水作為混配介質，注入流程為單泵對單井。
河南油田設計院經過多年的探索，研製出DJQ型聚合物驅低剪下流量控制器，使聚合物溶液的粘度保留率達到96%以上，實現了一泵對多站和一泵對多井的工藝流程，已得到較好的套用。
隨著三次採油大規模的實施，完全採用清水配注，將造成油田污水無法回注，採用單泵對單井流程由於工程投資高，給三次採油推廣造成了困難。因此有必要開發污水混配和新的注入工藝研究，以期使三次採油技術得到較好的套用。
在產出液處理方面，還沒有發現國外方面的系統報導，有一種已申請美國專利的技術是，通過向聚合物的乳狀液中加入兩性金屬陽離子以形成絮凝物，再使用強鹼處理該絮凝物，可將油從含有水溶性聚合物的乳狀液中分離出來。該技術工藝是產出液首先進入重力分離罐，其O/W乳狀液經罐底進入另一容器與金屬陽離子混合，再輸到強鹼反應器，並選擇控制好PH值等反應條件。國內近幾年在產出液處理方面試驗結果和認識不盡一致。大慶油田試驗認為，由於聚合物（HPAM）殘液的存在，采出液脫水難度大，質量差。若要保證污水含油不超過3000mg/l，沉降時間需要40min以上，在污水處理中絮凝劑的作用效果減弱，其用量大幅度增加。
因此，三次採油采出液的處理還有一些理論認識值得探討，現有工藝試驗不能說明問題，應繼續開展研究工作。
5、防腐蝕技術方面
國外油田外防腐塗料主要有煤焦油、瀝青、石蠟、預製薄膜和熱敷塗層等五大類，據文獻報導煤焦油層壽命可達50年以上。內防腐塗料主要有煤焦油環氧、催化環氧聚合物、纖維玻璃加強聚脂等。近年來又開發了高密度聚乙烯（HDPE）外塗料，其溫度範圍-45℃～80℃，在寒冷和沙漠地區壽命可達30年。
國內油田埋地管線普遍採用石油瀝青塗層，一般50～80℃的油氣水管線採用專用瀝青，防腐等級分為普通絕緣、加強絕緣和特加強絕緣三級。近年來，各油田又根據需要相繼開發了環氧粉未塗料，防水防腐型塗料等。
相比之下，我國在防腐材料種類、施工技術、補口工藝方面與國外存在一定差距。油田開發後期，污水閉路循環，水質進一步惡化，我國東部油田大部分又建於二十世紀六、七十年代，針對這些地下地面設施面臨著的重新防腐的問題，防腐技術的發展趨勢將是系統防腐技術研究和新型防腐塗料的研製。
三、結束語
油田開發後期集輸系統改造與節能降耗是一項系統工程，既要有針對性地解決關鍵問題，又要較全面地把握和研究各系統環節技術的特點和規律；既要積極借鑑國外的經驗和技術，又要研發具有本國特色的拳頭產品，如河南油田研發成功的移動洗井車（專利產品），在多個油田得到了較好的套用效果就是最好的例證。只有這樣，才能較好地解決我國油田開發後期所面臨的一系列難題，從而達到油田開發經濟與效益俱佳。
