新疆油田超稠油吞吐开发密闭集输组合工艺技术应用

1新疆油田公司工程技术研究院

2新疆油田公司基本建设工程处

稠油蒸汽吞吐是在同一口井中进行注蒸汽、焖井、再开井生产的开采方式，是当前使用最广泛的稠油开采方法。其优点[1-2]是：加快采油速度并短期内增产；多周期蒸汽吞吐可预热油层；较快回收一次投资，提高经济效益。稠油蒸汽吞吐也是新疆油田稠油开采的主要生产方式之一，其生产的稠油产量占新疆油田总稠油产量的60%以上。目前新疆油田稠油集输工艺普遍采用的是常规三级布站模式，由单井到计量配汽站再到转油站，由转油站集中转输至原油处理站，从而避免分散转油对系统的冲击。转油站管辖3～4个计量配汽站，接转站采用进罐开式流程生产，具有操作简单、运行稳定等优点，但高温采出液在接转站缓冲罐（100 m3）频繁发生常压闪蒸、分离。根据实验分析可知，超稠油中的有机硫化物在高温条件下发生热裂解，溶解于原油和水中的硫化氢在缓冲罐内随着高温采出液的降压闪蒸而排放到空气中，其中非甲烷总烃和硫化氢含量分别超过了GB 16297—1996（非甲烷总烃质量浓度≤2 mg/m3）和GB 14554—1993（硫化氢质量浓度≤0.01mg/m3）的标准，该方式的无组织排放[3]给油田的安全稳定运行造成了巨大的压力。因此，必须开展稠油吞吐开发密闭集输工艺技术研究来实现密闭集输。

1 A作业区吞吐集输工艺现状

新疆油田A作业区稠油集输采用的是由单井到多通阀管汇橇选井计量后至接转站集中转输至原油处理站，接转站管辖4～5个计量集油配汽管汇站，其工艺流程见图1。

图1 常规三级布站工艺流程Fig.1 Process flow of conventional three-stage station layout

接转站具有越站及越罐直接进泵的密闭流程，而新疆油田A作业区稠油吞吐开发具有原油密度大（0.97 g/cm3）、黏度高（12 000 mPa·s）、集输半径大（2～6 km）、采出液温度高（110 ℃）、携汽量大（25%）的特点[4-6]，其各项指标远高于普通稠油开发指标，采出液量波动大（图2）、温度高、携汽量大使密闭转输难度增大，因此接转站内全部采用进罐流程，存在油汽蒸发损耗大、污染环境的问题，严重影响油田的经济效益和安全环保。座接转站所辖管汇及单井，已建接转站采用越站流程。密闭接转站采用超稠油蒸汽处理装置、蒸汽喷淋塔、循环泵、油水分离器、空冷器的设备组合，形成了高温采出液密闭转输工艺技术，其中三个关键处理单元分别为原油接转单元、蒸汽冷凝单元、伴生气处理单元（图3），并形成了超稠油高效蒸汽分离技术、蒸汽喷淋循环冷却技术、接转工艺过程自动联锁控制技术、LO-CAT脱硫技术。该组合工艺技术在超稠油采出液集输温度高、汽量波动

图2 2016年采出液量波动Fig.2 Fluctuation of produced liquid in 2016

2 稠油吞吐密闭集输工艺技术

新疆油田A作业区通过将接转站开式流程实施密闭改造，实现了“采油井场—多通阀集油计量配汽管汇站—中型密闭接转站—稠油处理站”三级布站密闭集输，单座中型密闭接转站管辖已建5～10大、硫化氢含量高的工况下已运行15个月，实现了密闭接转站在线冲排砂、安全平稳运行、自动调节控制及无人值守功能，最大程度回收了蒸汽冷凝水、轻质油和伴生气（非甲烷总烃、硫化氢）。

图3 高温采出液密闭转输工艺Fig.3 Airtight transportation process of produced liquid with high tempererature

2.1 超稠油高效蒸汽分离技术

为了有效解决稠油吞吐开发采出液中携带蒸汽量多且难于分离的难题，研发了带有破泡和分离功能的超稠油蒸汽处理装置，通过入口装置、一级分离装置、二级分离装置、出气除液装置、第一破泡装置和第二破泡装置对流体进行处理，极大改善了流速和流向，并利用油、水、气的密度差和重力沉降原理及依靠惯性使气体中挟带的液珠经撞击、凝聚、沉降、液雾吸附作用，促使气体中的绝大部分液雾沫脱出，实现了液体的高效捕集，形成了稠油高效蒸汽分离技术，防止了涡流和二次雾化的产生。

采出液在超稠油高效油汽分离装置中的分离运行时间在30 min以内，运行温度控制在98～107 ℃。通过超稠油高效蒸汽分离技术一方面将分离出的液相经转油泵提升增压后经已建集输干线管输至稠油联合站，另一方面将分离出的饱和蒸汽去蒸汽喷淋塔冷却，从而实现了密闭环境下的高效油汽分离和充足时间的液相缓冲，确保了硫化氢和高温蒸汽从采出液中分离后再集中到蒸汽冷凝单元统一处理。

2.2 蒸汽喷淋循环冷却技术

新疆油田A作业区前期对分离出的蒸汽（伴生气）直接采用管壳式换热器或空冷器进行冷却，运行一段时间后，存在部分凝液附着管束，导致换热效率下降。通过研究，研发出直接接触换热方式的蒸汽冷却喷淋塔，并通过循环泵、油水分离器、空冷器设备的组合形成了蒸汽喷淋循环冷却工艺，其中关键设备为冷却喷淋塔和油水分离器。蒸汽（伴生气）与冷却水在蒸汽喷淋塔内逆流接触换热冷却成含油污水，其换热流程见图4。在塔釜处进行集中回收轻烃，停留时间为5～6 min；在进入空冷器冷却前设置油水分离器，通过油水密度差的原理对油水进行分离除油，分离时间≤20 min，实现了底部连续出水，顶部间歇收油。

2.3 接转工艺过程自动联锁控制技术

接转工艺过程自动联锁控制技术采用闭环流程控制，实现全过程自动化生产。主流程控制回路有4路：①超稠油蒸汽处理器液位控制，转油泵变频与超稠油蒸汽处理器液位连锁，保证液位在1.0～2.2 m之间，正常液位为1.6 m；②蒸汽喷淋塔塔釜液位控制，蒸汽喷淋塔塔釜液位与油水分离器出口旁通管道调节阀连锁，保证塔釜液位稳定；③喷淋塔塔釜温度控制，塔釜温度与喷淋水空冷器出口总管道调节阀连锁，根据蒸汽量调节喷淋水量，维持塔釜温度稳定；④伴生气空冷器出口温度控制，空冷器风机变频连锁，自动控制出口温度。事故保障流程有3路（分离器高液位切断、冷却负荷超量泄放、压缩机超温保护）。

图4 喷淋塔内接触式换热流程Fig.4 Flow of contact heat transfer in spray tower

3 应用

3.1 应用效果

新疆油田稠油吞吐开发密闭集输工程一期实施后，超稠油高效蒸汽分离技术实现了分离液体颗粒效率达99%，分离液体粒度≤10 μm，汽中带液率≤0.05 g/m3，液中含汽量≤5%，汽中含液量≤3%；蒸汽喷淋循环冷却技术使蒸汽（伴生气）与冷却水逆流换热效率达98%以上；该工艺具有自循环喷淋、无水耗、换热效率高、净化不凝气、系统自清洁等功能，蒸汽可全部回收和循环利用；接转工艺过程自动联锁控制技术实现了无人值守功能。超稠油吞吐开发密闭集输工艺应用后，新疆油田A作业区全年可回收伴生气400×104m3（0 ℃，101.325 kPa）、蒸汽冷凝水20×104t、轻质油1 200 t，年创效700多万元，非甲烷总烃质量浓度0.01～1.8 mg/m3、硫化氢质量浓度0.001～0.008 mg/m3，非甲烷总烃和硫化氢含量分别满足GB 16297—1996（非甲烷总烃≤2 mg/m3）和GB 14554—1993（硫化氢≤0.01 mg/m3）的标准。

3.2 优化措施

（1）耐温单螺杆泵换成双螺杆泵。由于采出液温度的经常性波动会导致单螺杆泵定子、转子、联轴器的损坏和高频率更换，因此应选用高强度耐温材质的双螺杆泵，并对双螺杆泵设备开展提升泵效的优化研究。

（2）伴生气处理单元的优化。由于气量波动大且装置超负荷，需对装置参数和工艺流程进行优化。

4 结论

新疆油田稠油吞吐开发密闭集输工艺实现了蒸汽吞吐开采区块中超稠油采出液蒸汽的高效回收与利用（蒸汽冷凝水、轻质油、伴生气），非甲烷总烃和硫化氢含量分别满足GB 16297—1996（非甲烷 总 烃≤2 mg/m3）和GB 14554—1993（硫 化 氢≤0.01 mg/m3）的标准，最大化提升了油田的经济效益，保障了油田开发生产的安全环保。