李佳勝利油田河口采油廠，山東東營 257200

稠油處理系統(tǒng)節(jié)能改進工藝措施

李佳
勝利油田河口采油廠，山東東營 257200

稠油處理的高能耗問題是油田開發(fā)中后期集輸系統(tǒng)所面臨的重點課題，結(jié)合勝利油田河口采油廠稠油處理情況，對高能耗原因進行分析，結(jié)果表明工藝流程長、前端處理效果差和脫水溫度高是造成稠油處理系統(tǒng)能耗大的主要原因，提出了優(yōu)化分離器處理工藝、應(yīng)用自控系統(tǒng)和污水余熱回收利用等措施，各項措施在現(xiàn)場的應(yīng)用提升了油水分離效果，降低了加熱負荷，有效降低了脫水系統(tǒng)能耗。并指出稠油處理的下一步節(jié)能工作重點應(yīng)放在如何利用高效設(shè)備降低處理溫度上，以進一步降低稠油處理成本。

稠油處理；節(jié)能降耗；油氣集輸

1　概述

隨著油田開采進入中后期和采油技術(shù)的不斷更新，一些稠油、超稠油等區(qū)塊的開采程度正在逐漸加深，各油區(qū)稠油采出比例不斷增加［1-2］。以勝利油田河口采油廠為例，2014年稠油產(chǎn)量為80.4萬t，占全年總產(chǎn)量的30.6%。稠油處理中存在脫水溫度高、工藝流程長等問題，加劇了聯(lián)合站的能耗成本。因此，通過采取合理的工藝優(yōu)化措施，降低系統(tǒng)能耗，實現(xiàn)降本增效，是今后油田生產(chǎn)需要解決的重要課題。近年來，河口采油廠針對各集輸站庫稠油處理量、油品性質(zhì)的不同，因地制宜，采取了一些行之有效的工藝優(yōu)化和技術(shù)更新措施，有效地降低了稠油處理能耗。

2　稠油處理現(xiàn)狀

河口采油廠目前共有4座聯(lián)合站承擔著稠油處理任務(wù)，各聯(lián)合站稠油處理量、油品性質(zhì)見表1。

表1　　各聯(lián)合站稠油處理情況

從表1可以看出，4座聯(lián)合站中有2座為稠油站庫，1座為特稠油站庫，1座為超稠油站庫，且綜合含水率均在90%以上。

目前，各稠油站庫所采用的處理工藝主要為兩段式熱化學(xué)處理工藝，其中一段為“三相分離器+加熱爐”工藝，二段為“破乳劑+大罐沉降”工藝，每段中根據(jù)實際情況處理級數(shù)有所區(qū)別。另外，2座特（超）稠油站庫還有摻稀油處理工藝，用于原油的降黏和降密度處理，便于進一步的脫水處理。

3　稠油處理中高能耗問題分析

要解決稠油處理過程中存在的高能耗問題，需要結(jié)合能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)參數(shù)等綜合分析，確定出能耗高的原因和工藝節(jié)點，才能有針對性地提出優(yōu)化方案。目前，集輸站庫的主要能源消耗為電能和燃氣（油）等，以河口采油廠為例，對稠油處理聯(lián)合站的能耗點及高能耗原因進行分析。

3.1工藝流程長，壓力損失大

在油田開發(fā)前中期時，井排來液含水率并不高（約50%～70%），進站液量較少。因此，在以往的工藝流程中，為了提高分水器處理稠油的運行效果，常采用增加一段工藝設(shè)備級數(shù)的方式。

例如，在河口采油廠陳莊站原采用的一段工藝為“兩級三相分離器、兩級加熱爐”，工藝流程為：井排來液→一級分離器→一級加熱爐→二級分離器→二級加熱爐→臥式緩沖罐→二段工藝。

由于一段工藝流程長，采用設(shè)備均為壓力容器，其中加熱爐由于換熱效率的需要和內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制，壓力損失常常超過0.1 MPa?！皟杉壏蛛x、兩級加熱”的工藝使得井排回壓超過0.55 MPa，增加了上游接轉(zhuǎn)站、井口的動力設(shè)備負荷，增加了電能消耗。同時，隨著管道運行年限的增加，其強度不斷降低，過高的運行壓力也增加了管道穿孔的隱患，易造成環(huán)境污染等。

3.2前端處理效果差，加熱負荷重

隨著稠油區(qū)塊的不斷開發(fā)，來液含水量不斷升高（目前綜合含水已經(jīng)超過90%），來液量不斷增大，分離器的處理效果已經(jīng)大幅下降。

以陳莊站為例，原有的兩級分離器中的一級分離器已經(jīng)超過其最大處理能力，分離效果變差，一級分離器出油含水超過70%。由于水的比熱容幾乎是原油比熱容的2倍，高含水原油進入加熱爐后，大幅增加了加熱爐的負荷，加熱爐出口溫度難以控制，導(dǎo)致大量的燃料損失。

以義和站為例，雖然分離器處理量能夠滿足需要，但由于油品性質(zhì)差，運行溫度低于50℃，原油流動性較差，分離器出油含水量居高不下（70%～75%），同樣加劇了加熱爐的負荷，造成大量燃料損失。

因此，目前情況下，分離器的主要作用已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x來液中的游離水和天然氣，其脫水功能已經(jīng)完全弱化，作用不明顯。

3.3脫水溫度高，熱量損失大

由于稠油油品性質(zhì)的特點，其黏溫曲線拐點溫度更高。因此，根據(jù)水滴在原油中的沉降經(jīng)驗公式——斯托克斯公式（式（1））可知，原油脫水的速度與原油黏度成反比，即黏度越低，脫水速度越快。

式中：Vd為水滴沉降速度，m/s；為水滴直徑，m；ρw為水密度，kg/m3；ρo為油密度，kg/m3；μ為油黏度，Pa·s。

為此，原油的降黏方式主要有兩種，一種為摻稀油改性，一種為升溫降黏。目前，河口采油廠的現(xiàn)狀顯示稀油量逐漸下降且黏度也在逐年升高，因此，摻稀油改性的效果受到一定的制約。而稠油站庫的脫水溫度已普遍高于80℃，部分站庫（陳莊站、陳南站）甚至接近90℃。較高的脫水溫度不僅增加了加熱爐的燃料消耗，而且在沉降罐中形成的大量高溫污水直接進入污水站（污水站處理溫度50℃即可），不僅造成大量熱能資源浪費，也加劇了污水處理設(shè)備的腐蝕。

4　稠油處理工藝優(yōu)化措施及效果

通過對稠油處理站庫的工藝流程和生產(chǎn)參數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其能耗點主要在一段流程上，其造成的壓力損失（間接產(chǎn)生電能損失）、熱能損失，使稠油站庫的處理成本長期處于較高水平。因此，應(yīng)對一段工藝進行優(yōu)化，降低系統(tǒng)壓力，減少熱能損失，提高能源的利用率，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

4.1簡化前端流程，降低系統(tǒng)壓力

以陳莊站為例，針對分水器超負荷運行和井排壓力超高問題，對前端工藝進行改進，將現(xiàn)有的“二級分離、二級加熱”流程改為“一級分離、一級加熱”流程，將所有分水器和加熱爐分別并聯(lián)運行，并對井排來液進行合理分配，提高分水器處理能力，降低加熱爐阻力損耗。

同時，對分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改造，將原伴熱盤管拆除、將入口迷宮板改為波紋板整流板填料，以提高分離器的有效容積，提升分離器運行平穩(wěn)性和處理效果。分離器內(nèi)部構(gòu)造改進如圖1所示。

圖1　分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造

改造后，陳莊站分離器運行壓力由0.5 MPa降至0.32 MPa，井排壓力由0.55 MPa降至0.39 MPa，使整個系統(tǒng)壓力下降超過0.15 MPa，以陳莊站日處理總液量19 000 m3計算，一年可節(jié)約動力設(shè)備的電力消耗47.5萬kW·h。

同時，化驗數(shù)據(jù)顯示，分水器流程改造后一級分離器平均出油含水比改造前降低了20%。陳莊站改造前，一、二級出油含水分別為65%和30%，一級從50℃加熱至70℃，二級從68℃加熱至90℃。改造后，出油含水45%（該含水已經(jīng)低于沉降罐進液含水要求的50%，不會影響后端處理效果），由50℃加熱至90℃。經(jīng)過計算，加熱爐年節(jié)省天然氣124.36萬m3（壓力101.325 kPa，溫度0℃），經(jīng)濟效益可觀。

4.2應(yīng)用自控系統(tǒng)，精確控制參數(shù)

要保證各項工藝優(yōu)化措施在最優(yōu)參數(shù)情況下運行，需要加強分離器設(shè)備的運行參數(shù)控制精度，通過精確的運行調(diào)節(jié)，可以保證運行參數(shù)的穩(wěn)定，使節(jié)能效果最大化。因此，河口采油廠對大部分集輸站庫的分離器運行進行了自動化控制改造，變?nèi)斯ふ{(diào)節(jié)為計算機自動調(diào)節(jié)，保證調(diào)節(jié)的及時性和精確性。

分離器的自動化控制是通過在沉降段安裝射頻導(dǎo)納油水界面儀、在油室安裝差壓式液位計、在分離器出氣處安裝壓力變送器，分別檢測分離器的運行界面、油液位和壓力等參數(shù)實現(xiàn)的。將檢測到的運行參數(shù)信號傳遞至PLC中進行處理，PLC根據(jù)上位機所設(shè)定的運行參數(shù)，實時調(diào)節(jié)安裝在分離器出水、出油和出氣線上的自動調(diào)節(jié)閥，保證分離器各參數(shù)能夠精確地處于所設(shè)置位置，實現(xiàn)分離器運行參數(shù)的穩(wěn)定。分離器自動控制原理如圖2所示。

通過自控設(shè)備的應(yīng)用，大幅提高了聯(lián)合站運行參數(shù)控制的精確度，使節(jié)能降耗措施能夠最大程度地發(fā)揮作用，進一步提高了節(jié)能降耗水平。

圖2　　分離器自動控制原理示意

4.3污水余熱利用，降低加熱負荷

以義和站生產(chǎn)運行情況為例，對其井排來油進行黏溫實驗后，發(fā)現(xiàn)溫度由50℃升高至60℃時，其黏度可降低50%。同時對其作沉降脫水實驗，數(shù)據(jù)見表2。從表2可以看出，溫度從50℃升高至60℃時，脫水率提高10%。

表2　　義和站稠油脫水實驗數(shù)據(jù)

因此，可將沉降罐中底部出水（80℃）利用起來，回摻至井排來液中，提高井排來液的溫度。在實際運行中，回摻量的確定原則是在不超過分離器運行負荷的前提下，盡量提高來液溫度。由于目前井排來液的綜合含水率已超過90%，摻入游離水對于來液的乳化程度影響不大，該方案具有較好的可操作性。

通過在義和站實施污水回摻工藝，稠油分離器的運行溫度由50℃提高至60℃，分離器出油含水率也得到了較好提升，出油含水由之前的70%左右降低至55%，年節(jié)約加熱爐燃氣量47萬m3（壓力101.325 kPa，溫度0℃）。

5　下一步改進重點

通過上述工藝改進措施，已能夠降低部分能源浪費。但目前稠油站庫的脫水溫度仍然居高不下，過高的脫水溫度對能源的消耗量影響重大，下一步的研究重點應(yīng)該是如何降低稠油的脫水溫度，使其能夠在較低的溫度下實現(xiàn)較好的脫水效果，進一步降低燃料消耗。

在河口采油廠進行過高效電脫水設(shè)備實驗，該類設(shè)備與傳統(tǒng)電脫水原理相似，為交流電場振蕩聚結(jié)方式。由于特殊設(shè)計的電源設(shè)備提高了電場的頻率，形成了高頻電磁聚結(jié)電場，突破了傳統(tǒng)電脫水器對于進液含水率的限制。同時，對處理油品的黏度要求不高，動力黏度低于1 400 mPa·s即可。從高頻電聚結(jié)設(shè)備的現(xiàn)場實驗結(jié)果可以看出，其處理效果良好，可替代至少兩級沉降罐，既減少了原油處理時間，同時原油脫水溫度也可進一步下調(diào)。

在下一步節(jié)能措施中，可探索高頻電磁聚結(jié)設(shè)備的應(yīng)用，進一步合理優(yōu)化處理工藝，在保證處理指標的情況下，降低脫水溫度，實現(xiàn)能耗的進一步降低。

6　結(jié)論

本文通過對目前勝利油田河口采油廠稠油集輸處理過程中所遇到的高能耗問題進行分析，發(fā)現(xiàn)稠油站庫處理過程中的主要節(jié)能潛力點在一段流程上。通過采取優(yōu)化前端工藝，應(yīng)用自控設(shè)備和污水余熱利用等技術(shù)手段，有效降低了稠油集輸系統(tǒng)的電力和燃料消耗，各項措施在油田稠油地面集輸處理工藝中均有較高的推廣價值。同時，本文也提出稠油處理中下一步節(jié)能降耗的重點是應(yīng)用新處理設(shè)備降低處理溫度，該措施能夠進一步降低稠油處理成本，符合油田開發(fā)后期的降本增效要求。

［1］馮叔初.油氣集輸與礦場加工 ［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2006.

［2］侯進才，李慶國，魏立新，等.特高含水期脫水站簡化優(yōu)化改造的實踐與分析［J］.節(jié)能，2010（3）：57-59.

Energy-saving Improvements ofHeavyOilProcessing System

LIJia
Hekou OilProduction Plant of ShengliOilfield，Dongying 257200，China

High energy consumption in heavy oil processing is an important problem of gathering and transportation system in the middle or late period of oilfield development.The analysis on the reasons of high energy consumption of heavy oil processing in Hekou Oil Production Plant of Shengli Oilfield is conducted.The results show that the main reasons are long process flow，low performance of the front-end processing and high temperature in dehydration.The measures of optimizing separator process，applying auto-controlsystem and reusing waste water heat are proposed to solve the problems. The field application of these measures increases oil-water separation efficiency，reduces heating load and gets a good energy-saving effect.In the meantime，the next key point of energy-saving in heavy oil processing is pointed out，that is how to utilize high efficiency equipment to reduce treatment temperature，which can further reduce processing costs.

heavy oilprocessing；energy saving and consumption reducing；oiland gas gathering and transportation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.018

李佳（1987-），男，陜西藍田人，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事油氣集輸工作。

Email：hkjslj@163.com

2015-04-10；

2015-11-08