南七~南八区弱碱三元复合驱产能建设工程优化节能技术

王雪松（大庆油田设计院有限公司）

南七-南八区弱碱三元复合驱产能建设工程是大庆油田采油二厂的三元复合驱开发区块重点项目。该工程基建油水井724口，其中采出井393口，注入井331 口，建成产能21.03×104t/a，分为南七区西部、南八-杏一区西部东块、南八-杏一区西部西块三个产能区块，分三期建设。

1 工程难点

在油田进入高含水后期开发阶段，水驱油井采出液含水率高，与水驱及聚合物驱相比，三元复合驱显著提高了驱油效率，是一种有效的提高采收率技术；但三元采出液携砂量较大、乳化严重、易结垢、三元污水处理难度大的特点给地面工程的建设和管理带来了难度。

1.1 产量高、规模大，建设方案复杂

本工程共基建油水井724 口，涉及转油放水站、脱水站、污水站、注水曝氧站、注入站、变电所、中控室及综合值班室，且井网布局复杂，既需充分利用已建生产能力，提高已建设备负荷率，又需兼顾以后的产能建设，降低能耗，减少重复建设。

1.2 采出液处理工艺难度大

三元复合驱采出液成分复杂，其中含有大量的悬浮固体（泥沙、有机物，胶质、沥青质和石蜡等重质油类、胶体）、聚合物、表面活性剂、碱。随着采出液含水量的升高，碱、表面活性剂和聚合物不断返出，油水乳化严重，导致处理难度加大[1]。三元采出液中分离出的污水因含有大量碱、表面活性剂以及高分子量聚合物，与普通污水相比，黏度高、污水含杂质较多，导致污水处理需要较长的沉降时间，处理难度增大；同时酸化、酸洗作业对采出液和采出水处理也造成了极大的干扰[2]。

1.3 设备及管网易结垢，运行能耗升高

三元复合驱随着见剂浓度的升高，集输工艺淤积结垢问题突出，进入见剂高峰期，部分单井管道、计量间内部工艺，站间、站内掺水管道淤积结垢问题严重；加热炉烟火管及管路系统结焦、结垢，导致加热炉热效率降低，能耗加大；三相分离器、游离水脱除器等设备堵塞严重，最终会引起外输指标不合格等问题[3]。

2 优化节能技术

2.1 采取系统优化技术

2.1.1 地上地下一体化设计，错峰规模建设

本工程地面建设分期实施，在建设方案上，通过地上服从地下，地下兼顾地上，地上地下相互结合，优化调整开发方案，使不同区块化学剂注入时间错峰安排，提高了生产设施的利用率，延长了二元调配站的服役周期。为了保证地面方案的可实施性，地面与开发、钻井相结合，在开发布井阶段即进行地面管廊带的规划，为新建站场、供电线路、管廊带提预留地面建设空间[4-5]。大规模应用丛式井布井技术，丛式井井组数量占总井数的44.2%。地上地下一体化设计大规模地减少了地面征地及动迁工作量，可节省地面建设投资约5 324万元。

2.1.2 多方案比选，优化地面总体布局

本工程对该区域内已建站场的规模和现状进行详细核实，针对核实结果制定了两个方案。方案一为南七区西部和南八区西部产能统一布局、集中建大站，新建1座转油放水站，并分两期建设；方案二为各区块分散建站，南七区西部和南八区西部各建1座转油放水站。

两个方案的工程量、能耗及投资对比见表1。按照少建站、建大站的原则，通过总体布局优化，本工程选择方案一，将南七区西部和南八区西部产能统一考虑，进行总体规划、分期实施，共少建转油放水站1座，并与污水站、二元站合岗设计、集中监控。与方案二相比，方案一年耗气节约37×104m3/a，年耗电节约41×104kWh/a，节省建设投资1 684.5万元，节省年运行费用285.3万元，投资及10年运行费用现值节约3 296.4万元。

表1 两方案工程量、能耗及投资对比

2.1.3 采用三元集输管道清防垢配套工艺

三元复合驱集输系统的管道淤积结垢问题严重，每年至少需进行2次以上的除垢作业。而在实际生产中，除垢作业存在计量间内工艺管网弯头多，难以实施除垢操作且清垢不彻底，站外管道进行清垢作业需长时间停产等问题[6-8]。

本次产能建设应用了站间管道清淤除垢快速连接装置、滑动伸缩式测温管、计量间除垢工艺阀组等新型工艺装置，形成了一套适用于三元复合驱的除垢工艺设备。该设备清垢工作快捷，效率高。使用站间管道清淤除垢快速连接装置，可在不停产放空、不进行动火作业的前提下，完成站间管道空穴射流除垢工作，提高现场操作的安全性。计量间采用三元除垢阀组，取消计量间内S形弯管，增加可伸缩式测温管，可在不损坏温度计等仪器的情况下，在计量间内实施射流除垢操作，提高生产效率。

同时，采油井场采用三元井口组合装置。该装置具有免拆卸、可通球的功能，增大了流通口径，减少了油液在阀体内流通的距离。回油流道经合金固化处理后，具备耐腐蚀、防结垢的特性。所有功能阀均可拆卸、清洗、更换，所有流道无盲端并设有清洗丝堵，便于清垢、维护，适于三元复合驱集输工艺要求。

标准化计量间酸洗除垢作业总费用为43.06 万元/次（包括除垢费用和影响产量），除垢工艺阀组计量间人工清垢总费用为24.75 万元/次（包括除垢费用和影响产量）。按照三元复合驱开发全过程共需清垢10 次计算，单座计量间除垢费用合计产生经济效益共183.1 万元，本工程中20 座计量站共计3 662万元。

2.2 应用节能新设备

2.2.1 高效加热缓冲装置

与常规加热缓冲装置相比，高效加热缓冲装置采用了微正压粗烟管的换热结构形式，以此来提高热效率。该结构增加了烟火管长度及加换热面积，使高效加热缓冲装置热效率达到90.38%，降低燃料气消耗，年节气55×104m3。同时，为了解决三元复合驱区块加热炉易结垢、烧损的问题，高效加热缓冲装置增设了在线除垢装置。该装置安装在火管易损坏的部位，能自动定期清扫火管上的杂质，防止火管结垢、烧损，实现在线清淤除垢，保证加热炉长期高效运行。

2.2.2 节能提效加热缓冲装置

节能提效加热缓冲装置将常规加热缓冲装置中的双火筒、粗烟管结构，改为换热效果更好的单火筒、粗烟管结构，且在烟箱尾部增加余热利用节能提效装置。工艺流程中的被加热介质首先进入余热利用节能提效装置中的管程，与壳程中的高温烟气充分换热，待提升一定温度后再进入装置的壳体内，对被加热介质进行二次升温。通过一系列结构改进后，节能提效加热缓冲装置热效率可超过93%，节省燃料气10%以上。加热炉高温烟气经余热利用节能提效装置冷凝换热处理后，杜绝了将高温烟气直接排入大气的情况，对加热炉烟气排放进行“消白”（即消除锅炉烟囱排出的白气），减少了对环境的污染[9]。

2.2.3 可再生填料三相分离器

由于三元复合驱采出液的油水乳化程度大，在多元化学剂的作用下，采出液乳化强度更大，界面性质更加复杂，而且高黏性流体中携带大量泥砂和岩石碎屑，采出液中机械杂质和成垢物质增多，极易造成游离水聚结，填料容易堵塞[10]。针对游离水脱除过程中存在的问题，本工程采用适合三元复合驱的三相分离器，并使用具有可再生功能的聚结填料，可以充分降低处理后油的含水率，避免高含水乳状液对电脱水器的冲击；可以实现聚结填料的原位再生，解决了因淤积堵塞而更换填料的问题，降低了生产运行成本，脱水效率比常规三相分离器高出20%。通过应用该设备，本工程减少新建三相分离器2 台，节省一次建设投资264.32 万元，年减少更换填料费25.4 万元，总投资+10 年运行费用现值节省518.32万元。

2.3 充分挖掘已建站场潜力

本工程充分利用剩余能力，有效盘活已建资产。本工程配注系统的注水、曝氧全部利用已建注水站和曝氧站能力，南七区西部利用已建注水能力0.91×104m3/d，利用已建曝氧能力0.75×104m3/d，比新建站节约投资1 628.4万元。南八-杏一区利用已建注水能力0.70×104m3/d，利用已建曝氧能力0.41×104m3/d，比新建站节约投资1 350 万元。三元注入站利用已建聚驱注入站的站场设施，利用已建聚合物母液管道，减少新增占地及新建泵房、道路、供热、通信、供电等设施工程量；南八-杏一区西部利用旧泵房建筑3 000 m2，利用母液管道83%，减少新增占地11 000 m2，节约投资561.7万元。注水系统利用已建南五联的剩余能力，不仅提高负荷率，而且提高系统效率，注水泵平均效率由75.2%提高到80.5%，年均节电86.13×104kWh，年均节电费用54.9万元。

2.4 采用标准化、模块化设计，站场集中监控

本工程小型站场全部采用标准化和橇装化设计，其中标准化设计732座，橇装化设计16座，缩短工期30%以上；大规模站场采用模块化设计，并对油气集输站场进行三维设计，应用三相分离器模块、加热炉模块和进站阀组模块等，进行工厂化预制，缩短工期50 天，实现当年建设、当年投产，促进油田提质增效，新井贡献率由35%提高到42%。

本工程采用“大型站场，少人值守、小型站场，无人值守”模式，新建转油放水站、污水站、二元站联合布置，采用集中监控模式，与已建联合站集中监控，新建中心控制室1座，作为区域集中监控中心。新建注入站、变电所采用无人值守的管理模式建设，信号进入中心控制室。由此实现多站联合集中监控，达到提高油田生产自动化及生产管理水平、减轻员工劳动强度、优化人力资源配置、降低油田生产成本的目的，共核减定员45人。

3 结论

在南七-南八区弱碱三元复合驱产能建设项目的设计过程中，针对产能区块建设特点，通过积极创新和应用新工艺、新技术、新设备，大力实施系统工艺流程和站场布局的简化优化，坚持安全、环保、节能优先的设计原则，采用三元集输管道清防垢配套工艺、选用新型加热缓冲装置和可再生填料三相分离器；同时创新设计方法，采用标准化、模块化设计，站场集中监控。通过采取以上优化节能举措，既节省了建设投资，又降低了能耗和运行成本，取得了明显的经济效益和社会效益。