（机械工程专业论文）游离水脱除器在大庆油田的应用及数值模型的建立.pdf

哈尔滨工程火学硕士学位论文 摘要 本文对通过对聚驱集输工艺系统的研究，提出了两种采出液处理系统模 式：“聚北十三”模式和“聚喇3 6 0 ”模式。“聚北十三”模式适用于处理 完全聚合物驱采出液的集输系统；而“聚喇3 6 0 ”模式适用于水驱系统与聚 合物驱采出系统的混合型的采出液处理集输系统。 通过游离水脱除器填料的研究，开发出了新型的波纹板聚结填料。这种 填料是把聚结分离法和重力分离法结合起来的一种加速重力分离的聚结元 件，具有设备简单、效率高的优点。在游离水脱除器中使用波纹板聚结填料， 可以提高游离水脱除器的脱除效率。 经对游离水脱除器结构的研究，改进了游离水脱除器的总体布局，使游 离水脱除器更适合于处理聚合物驱采出液处理。 通过通过生产应用，不断完善了研究结果，为大庆油用不同采油厂提出 了达到处理指标的游离水脱除参数。现场应用测试标明，研制的游离水脱除 器满足了大庆油不断增长的处理聚合物驱采出液处理的需要，处理后各项指 标达到了预定指标。完成的技术指标：在来液含水：6 0 9 0 ，操作温度：3 8 4 2 。c ，停曰时间：2 0 m i n 加药量f p w 一3 2 02 0 m g l 或s p l 6 93 0 4 0 m g l 的情况下，采出液处理后达到：油中含水 3 0 ，污水含油 2 0 0 0 m g l ， 形成一套适合于注聚合物驱的原油脱游离水配套设备。 通过理论分析和现场验证，建立了游离水脱除器的数学模型，为游离水 脱除器的工程应用提供了技术支持。 本文的研究表明，研制的游离水脱除器满足了大庆油田注聚合物驱的需 要。游离水脱除器在大庆油田的应用，已节省基建投资3 6 0 0 万元：每年节省 生运行费用9 3 2 7 力| 元。大庆油田已在主力采油区的采油一、二、三、六厂 大规模推广聚合物驱油技术，所获得的经济效益是非常巨大的。 关键词：游离水；游离水脱除器；聚合物驱；乳状液：乳状液处理 哈尔滨下程大学硕十学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e rb yt h es t u d yo fg a t h e r i n ga n dt r a n s p o r t i n gp r o c e s ss y s t e m ，t w o t y p e so ft r e a t i n gs y s t e m sh a v eb e e nt a k e n i e “n o r t h 1 3m o d e l ”a n d l a3 6 0 m o d e l ”t h e “n o r t h1 3m o d e l i ss u i t e dt op u r ep o l y m e rf l o o d i n gf i e l d sa n dt h e “l a3 6 0m o d e l ”i ss u i t e dt ot h ef i e l d so ft h em i x t u r eo ft h ew a t e rf l o o d i n ga n dt h e p o l y m e rf l o o d i n g b yt h es t u d yo fc o a l e s c e n c e st e s t o ff w k o ，an e wt y p eo fc o a l e s c e n c e c a l l e dr i p p l e - t y p ep a c k i n gh a sb e e nd e v e l o p e d t h i st y p eo fc o a l e s c e n c ei sa c o m b i n a t i o no fg a t h e r i n gf u n c t i o na n dg r a v i t ys e p a r a t i n gf u n c t i o nw h i c hp o s s e s s t h e a d v a n t a g e s o fs i m p l ei n s h a p ea n dh i g he f f i c i e n c y i nu s e t h eu s eo f r i p p l e t y p ep a c k i n gi nf w k o c a l li m p r o v et h er e m o v i n gt h ef r e e w a t e re f f i c i e n c y o f t h ef w k o i na c c o r d i n gt ot h es t u d yo ff w k o ，t h eo v e r a l la r r a n g e m e n t so ff w k o h a v eb e e ni m p r o v e d i tm a k e s t h ef w k om o r es u i t a b l ef o rt h eu s eo f t r e a t i n go f p r o d u c e d f l u i d s b yt h e u s eo fo i l f i e l d s ，t h er e s e a r c hr e s u l t sh a v eb e e ni m p r o v i n ga n d p r o c e s sp a r a m e t e r sh a v eb e e nt a k e nf o rt h e d i f f e r e n to i l f i e l d st oa c h i e v et h e r e q u i r e dt r e a t i n gp a r a m e t e r t ot r e a tt h e p r o d u c e df r e e w a t e r t h r o u g h t h e a p p l i c a t i o no f o i l f i e l di th a ss h o w e d t h a tt h ef w k o d e v e l o p e d a r es a t i s f i e dt ot h e c o n t i n u o u sn e e d so ft r e a t i n gt h e p r o d u c e d f l u i d so fp o l y m e rf l o o d i n g ，t h e p a r a m e t e r st r e a t e dh a v er e a c h e dt ot h ep r e d e s i g n e dv a l u e s t h er e a c h e dv a l u e s a r e ：i n l e tw a t e rc u t 6 0 9 0 ，o p e r a t i n gt e m p e r a t u r e ：3 8 4 2 。c ，s e t t l i n gt i m e ： 2 0 m i n ，a d d e dd o s e ：f p w - 3 2 02 0 m g l o rs p l 6 9 3 0 4 0 m g l ，t h et r e a t i n g r e s u l t sf o rt r e a t i n gp r o d u c e df l u i d sa r e ：w a t e rc u ti no i l ： 3 0 ：t h eo i li nw a t e r ： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 0 0 0 m g l i n t h es a m eas e r i e so ff w k os u i t e df o r t r e a t i n gp r o d u c e df l u i d s o f p o l y m e rf l o o d i n gh a v eb e e nd e v e l o p e d b yt h ea n a l y z i n ga n dt e s to fo i l - f i e l d s ，t h em o d e l so ff w k oh a v eb e e n t a k e n i tt a k e st h eb a s e sf o rt h el a r g es c a l eu s e so ff w k o t os e tt h e g u a r a n t e e t h i ss t u d ys h o w st h a tt h ef w k o d e v e l o p e d i sa b l et om e e tt h er e q u i r e m e n t o fp o l y m e rf l o o d i n gi n d a q i n go i l f i e l d t h ea p p l i c a t i o n so ff w k oi nd a q i n g o i l f i e l dh a v es a v e d3 6 0m i l l i o n sy u a no f t h e c o n s t r u c t i n gf e e s i ne a c hy e a l9 3 2 7 m i l l i o n sy u a no ft h er u n n i n gf e e s t h et e c h n i q u eo f p o l y m e rf l o o d i n gh a sb e e n w i d e l yu s e di nn o 1 ，n o 2 ，n o 3 ，n o 4 ，n o 6m a i no i le x t r a c t i n gf i e l d s s oa v a s tq u a n t 时o f m o n e yh a v eb e e n g a i n e df o rt h ed a q i n go i l f i e l dc o m p a n y k e yw o r d s ：f r e ew a t e r ；f w k o ；p o l y m e rf l o o d i n g ；e m u l s i o n t h e t r e a t i n go f e m u l s i o n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本文的所有工作，是在导师的指导下， 由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等引 用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发 表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 作者( 签字) ：# 一4 - 日期：眄俨年，月，日 哈尔演工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的及意义 以注聚合物驱油为主体的三次采油技术，是一项适合于大庆油田的增油 措施。经过“八五”攻关，基本技术界限已经确定。达到了工业化应用的条 件。聚合物驱油技术在“九五”期间的工业化应用，已经成为大庆油田高水 平、高效益、可持续发展的重要基础。经过多年的攻关，我们研制出了适应 聚合物驱采出液处理的高效破乳剂，开发了包括游离水脱除和电脱水在内的 原油脱水配套工艺技术。其研究成果的推广应用和在实践中的完善，解决了 生产中存在的问题，确保了聚合物驱油技术工业化顺利实施。 在“八五”末及“九五”期间，在喇嘛甸、萨尔图油田的大部分地区， 开展了大规模工业化聚合物驱采油。在这些地区地面工程的主体框架基本形 成，聚合物驱采出液脱水技术得到较大规模的推广应用。到2 0 0 3 年底，全油 田聚合物驱累计采油已经达到6 0 1 2 w 1 0 4 t 。 油田地面生产的工艺流程框图见图1 1 。从生产流程框图看出，从油井 产出的采出液，先进入计量间，计量、汇总后，进入中转站，进行气液分离， 然后输送到联合站系统，进行油水分离，合格的原油进入原油稳定系统，最 后进入成品油储罐，经外输泵输送到炼油厂或火车运到炼油厂。 图1 1 油田地面采出液处理系统框图 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表1 1油田地面工艺环节的主要设备和功能 序号环节主要设备和功能 采油井有3 种：抽油机、螺杆泵、潜油电泵。 1 采油井 采出液为油气水3 相。 多口采油井在计量间汇合。同时完成每口油井的计 2 计量间 量、掺水分配。介质为油气水3 相。 多座计量间汇合、集中。完成气液分离。气体单独 3 中转站 输送、液体用外输泵升压后输送到联合站。 多座中转站汇合、集中。完成游离水脱除、乳化油 脱水、污水处理、注水站升压。脱水合格的原油输 4 联合站 送到原油稳定装置。处理合格的污水升压后进入注 水系统。 脱除原油中的组份组份，降低饱和蒸汽压、达到稳 5 原油稳定站 定的目的。主要设备为原油稳定装景。 6 外输系统成品油储罐、外输泵外输炉 从地面采出液的组成来看，油井采出液为油气水三相，油中含水在 8 0 - 9 2 。在计量间，对要进行计量的单井完成简单的气液分离后，进行单井 计量；之后，又混合，输送到中转站。在中转站，完成气液分离，采用设备 为气液分离器和天然气缓冲罐。分离的天然气进入气体处理系统，而分离出 来的液体，含水率为8 0 一9 2 ，通过泵升压后输送到联合站。在联合站，首先 进行游离水脱除。将含水率8 0 9 2 的含水原油，沉降分离出游离水，使分离 后的油介质为乳化液，含水率低于3 0 ，成油包水形态。而分离出来的水， 含油量低于0 3 ，在进入污水处理系统。由游离水脱除器分离后的乳化油， 再进入电脱水器，进行电化学脱水，脱除乳化液中的水份，成为合格原油， 此时，原油中含水率低于0 5 ；而在电脱水器中脱除的那部分水也与游离水 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 脱除器脱除的大量游离水一起，进入污水处理系统中。 一般来说，油田生产中脱水最主要的环节是游离水脱除和乳化液破乳脱 水。而游离水脱除则是油田脱水的关键环节，在此部分，需要脱除8 0 以上 的采出永。由于采用聚含物驱采油，地面采出液的性质与常规注水开采相比 发生了很大变化，使采出液处理的难度加大。因此，开展聚合物驱游离水脱 除器的研究，就具有特别重要的意义。 1 ，2 国内外课题现状 1 ，2 1 三次采油方法 所谓三次采油是指提高采收率的强化采油方法三次采油的概念是从油 田开采方式的演变发展而来。最初开发油e 日时，西方国家一般都是利用天然 能量送行开采，直至油墨天然能量桔竭，涵并不能自喷为止，这个阶段称为 一次采油。为了继续开发油田，必须增补油藏能量，通常就是注水开发方法， 称为二次采油。当二次采油末期油田含水上升到经济界限时，再用注水以外 的新技术继续开发油田，这就是三次采油，简称e o r ，也日q 强化采油方法和 提高采收率技术。当前这些技术已经不仅仅局限在油田开发的第三阶段，大 多数三次采油方法在油田开发的各个阶段都可应用。 传统三次采油方法可以分为二大类，即热力采油方法和非热力采油方法， 见表l 。 热采方法包括蒸汽驱、热水驱、火烧油层和油层电加热等，非热力采油 方法包话化学驱、混福稻嚣- 混糨气驱、物理法等，在实际应用中，入们越来 越趋向于把多种方法组合起来使用，以获得更佳的驱油效果。除了传统的三 次采油方法以外，近年来入们对微生物法、微波法、稠油出砂冷采、纳米粕 膜等驱油新技术新方法的研究也越来越多，并显示了良好的前景。 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 表1 2 三次采油方法分类表 注蒸汽 蒸汽驱 热 蒸汽吞吐 力 热水驱 采 油 正向火烧油层 干式正向燃烧 火烧油层湿法正向燃烧 方 反向燃烧 法 电加热 聚合物驱 表面活性剂驱 碱水驱 化学驱 e 乳状液驱 0 胶柬驱 r复合驱 非 方 混相段塞 热 法 富气驱 力 气化气驱 采 混相驱 醇类驱 油 c 0 2 驱 方 氦气驱 法惰性气驱 非混相气驱 烟道气驱 c 0 2 非混相驱 地震法 物理法水力震动法 声波采油 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 2 2 三次采油方法的试验研究和应用情况 国外对三次采油方法的研究和应用较多，据美国油气杂志两年一次 的关于提高原油采收率技术的调查报告，在1 9 9 8 年初，全世界来自e o r 和重 油项目的石油产量大约为2 3 0 x1 0 4 桶天，其数量相当于世界石油产量的 3 5 。 表1 3 美国三次采油产油量统计表( 桶天) e o r 方法 1 9 8 61 9 8 81 9 9 01 9 9 2 1 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 0 时间 蒸汽驱 4 6 8 6 9 24 5 5 4 8 4 4 4 4 1 3 74 5 4 0 0 94 1 5 8 0 14 1 9 3 4 94 3 9 0 1 0 4 1 7 6 7 5 热 火烧油层 1 0 2 7 26 5 2 5 6 0 9 04 7 0 22 5 2 04 4 8 54 7 8 02 7 8 1 采 热水驱 7 0 52 8 9 63 9 8 51 9 8 02 5 02 5 02 2 0 03 0 6 小计4 7 9 6 6 9 4 6 4 9 0 5 4 5 4 2 1 24 6 0 6 9 14 1 8 5 7 1 4 2 4 0 8 4 4 4 5 9 7 04 1 7 6 7 5 胶柬聚 1 4 0 31 5 0 96 1 72 5 46 4 合物驱 化聚合物 化学 1 5 4 9 82 0 9 9 21 1 2 3 91 9 4 01 8 2 81 3 91 3 91 5 9 8 学驱 其它 6 0 驱 小计 1 6 9 0 12 2 5 0 1 1 1 8 5 62 1 9 41 8 9 21 3 91 3 91 6 5 8 烃类混 相非混3 3 7 6 72 5 9 3 55 5 3 8 61 1 3 0 7 29 9 6 9 3 9 6 2 6 31 0 2 0 5 31 2 4 5 0 0 相驱 c 0 2 驱混 2 8 4 4 06 4 1 9 29 5 5 9 11 4 4 9 7 31 6 1 4 8 6 1 7 0 7 1 51 7 9 0 2 41 8 9 4 9 3 相驱 气c 0 2 驱非 1 3 4 94 2 09 59 56 6 混相驱 驱 氮气驱 1 8 5 1 01 9 0 5 02 2 2 6 0 2 2 5 8 0 2 3 0 5 02 8 0 1 72 8 1 1 71 4 7 0 0 烟道气驱2 6 1 5 02 1 4 0 0i 7 3 0 0 1 1 0 0 0 其它 6 3 0 04 4 0 04 3 5 04 3 5 0 小计 1 0 8 2 1 61 3 0 9 9 71 9 0 6 3 22 9 8 0 2 02 8 8 6 2 92 9 9 3 4 5 3 0 7 5 4 43 2 8 7 5 9 合计6 0 4 7 8 6 6 1 8 4 0 36 5 6 7 0 07 6 0 9 0 77 0 9 0 9 4 7 2 3 5 6 87 5 9 6 5 37 4 8 0 9 2 哈尔滨工程大学硕十学位论文 美国是三次采油年产油量最高的国家( 见表1 3 、1 4 ) ，2 0 0 0 年初三次采 油的原油产量为7 4 8 x 1 0 4 桶天，占美国总产油量的1 2 ，且主要产油量 来自于聚合物驱、热采和气驱。其次是委内瑞拉，三次采油的石油产量为 5 0 x1 0 4 桶天( 包括重油) ，加拿大为4 0 1 0 1 桶天，印度尼西亚为3 0 l o 桶天，中国为2 8 1 0 4 桶天，前苏联为2 0 x 1 0 1 桶天。 表1 4 美国三次采油正实施的项目数统计表( 个) e o r 方法时间 1 9 8 61 9 8 81 9 9 0 1 9 9 2 1 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 0 蒸汽驱 1 8 l1 3 31 3 7儿91 0 91 0 59 28 0 热火烧油层 1 79885875 采热水驱31 09622 ll 小计 2 0 11 5 21 5 41 3 31 1 61 1 51 0 08 6 胶柬，聚合物驱 2 09532 化 聚合物化学驱 1 8 61 1 54 54 62 81 l1 01 0 学 驱 小计2 0 61 2 45 0 4 93 01 21 11 0 烃类混相非混 2 62 22 32 51 51 41 16 相驱 c 0 2 驱混相驱 3 84 95 25 25 46 06 66 3 气 c 0 2 驱非混相驱 2 8842ll01 氮气驱 999789l o4 驱 烟道气驱 3232 其它 32il 小计 1 0 49 09 19 18 18 58 87 4 合计5 1 23 6 62 9 5：费尹7 2 62 1 21 9 91 7 0 在我国三次采油技术的研究也十分活跃，大庆油田、大港油阳、胜利油 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 田都开展了聚合物驱油矿场试验，试验规模也仅局限于几口井的小区块试验。 目前大庆油田聚合物驱年产油量已达9 0 0 万吨以上，大庆油田目前在世界上 是采用聚合物驱采油规模最大的油田。 截止2 0 0 0 年底，大庆油田已经形成了聚合物驱采出液处理的转油站2 9 座、放水站1 3 座和脱水站2 座。建成情况和建成规模分别见表1 和表2 。 表1 1 转油站、放水站和脱水站建成情况 工程概况 项目名称数量 单位 萨中萨北萨南喇嘛甸合计 转油站座 1 01 2522 9 放水站座 52241 3 脱水站座 22 表1 2 转油站、放水站和脱水站建成能力 建成能力 项目名称规模 单位 萨中萨北萨南喇嘛甸合计 转油站1 0 1 t d 1 0 2 38 7 04 6 02 7 02 6 2 3 放水站1 0 4 t d 8 5 01 8 43 8 3“7 42 5 9 1 一段1 0 4 t d 7 6 4 7 6 4 脱水站 二段1 0 1 t do 6 5o 6 5 在“九五”期间，大庆油田每年要注入干粉5 万吨，新增含聚合物采出 液5 0 0 0 万吨，以后规模还要继续扩大。在“十五”其问，聚合物驱每年将新 增产能1 0 0 0 吨以上，聚合物驱已成保持油阳持续稳产的主要措施。 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 1 3 本论文的主要研究内容 1 、聚合物驱采出液系统处理工艺分析和研究：分析油田的集输处理现状， 提出工业化应用的处理工艺流程。 2 、围绕聚驱采出液处理的游离水脱除器结构，确定波纹聚结板填料、分 柝聚合物对油水分离的影响，提出游离水脱除器的结构，确定用于油嗣采出 液处理的游离水脱除器。 3 、确定现场应用试验方案。 4 、对现场使用的游离水脱除器进行试验，分析影响因素，确定油用各区 域工业化应用的游离水脱除参数。 5 、根据油田应用情况，建立游离水脱除设备数学模型，为游离水脱除设 计奠定基础。 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 第2 章聚驱采出液系统处理工艺 大庆油田从开始开发到现在，已经走过了4 0 余年的历程。采油方式也从 一次采油( 自喷采油) 、二次采油( 注水开发采油) 到了三次采油的方式的转 变。从“八五”着手，“九五”初步实施到“十五”的大规模采用聚合物驱的 三次采油技术，大庆油田已经逐步形成了几种地面采出液处理工艺模式。 2 1 总体布局 在聚驱开发过程中，出现了多种采出液处理系统总体布局模式，具有代 表性的两种模式：一种是“聚北十三”模式，另一种是“聚喇3 6 0 ”模式。 “聚北十三”模式采出液处理系统完全独立于水驱系统，聚合物脱水及 污水处理部分均新建。 “聚喇3 6 0 ”模式是聚合物采出液在新建放水站先进行游离水脱除，将 脱后含水油输至己建水驱脱水站生产出净化油，游离水输至新建聚合物含油 污水处理站处理，新建部分尽可能靠近已建水驱脱水站。“聚喇3 6 0 ”模式 有以下特点： ( 1 ) 含水油中聚合物浓度越高脱水难度越大，如将采出液( 含水8 0 一 9 2 ) 中游离水放出，送至聚合物污水站进行处理，而将含水油( 含水2 0 一3 0 ) 送至水驱脱水站，与水驱采出液混合稀释，可降低进脱水器的含水油中 p a m 浓度( 可从3 5 0 p p m 降至8 0p p m ) ，使得脱水容易：水驱污水系统混入了聚 合物，但p a m 浓度很低，对水驱注采系统影响很小。 ( 2 ) 大庆油田水驱开发现处于中后期，其已建脱水设备处理能力均有不 同程度的余量，只需将已建脱水站适当扩改建，即可完成与之相邻聚驱放水 站输来的含水油的脱水任务，生产出净化油。此外，“聚喇3 6 0 ，模式可利 用与之毗邻脱水站的事故罐，节约大量投资和占地。 哈尔滨工程大学硕十学位论文 2 2 聚驱采出液脱水工艺流程 由于聚合物采出液的水相含有聚合物部分水解聚丙烯酰胺，水相粘 度增加，使得脱水及污水处理工艺或工艺参数不同于水驱系统。 注聚开发几年来，出现了多种脱水工艺流程，但都是一段为热化学沉降， 二段为电化学脱水密闭式工艺流程的变形。对完全聚合物驱采出液处理，使 用“聚北十三”模式采出液脱水工艺流程；对采出液处理系统中，部分含有 聚合物驱采出液的处理系统即水驱见聚采出液处理系统，采用“聚喇 3 6 0 ”模式采出液脱水工艺流程。 2 2 1 “聚北十三”模式采出液脱水工艺流程 目前，大庆油田聚合物驱采出液脱水处理采用两种模式，一是聚驱系统 单独建脱水站，如北十三和北十五联合站，采用的是新两段脱水工艺。 图2 1新两段原油脱水流程图 2 2 2 “聚喇3 6 0 ”模式采出液脱水工艺流程 如图2 2 ，为大庆油田应用较广泛的“聚喇3 6 0 ”模式对应的工艺流程。 该工艺充分挖掘利用了已建脱水设施的潜力，新建放水站只需设三相分离器、 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 天然气除油器、掺水炉等设备，而其它脱水设备如脱水炉、净化油缓冲罐等 均利用了己建水驱脱水设施，在挖潜利用己建电脱水器富余能力的基础上， 扩建了部分电脱水设施。此外，如采用“聚北十三”模式，则需按脱水站标 准设2 座事故罐，“聚喇3 6 0 ”模式相对而言，既节约投资又减少占地。 需要指出的是：在最初新建的聚驱放水站中，设一座污水沉降罐，将三 相分离器( 或游离水脱除器) 放出的含油污水进行沉降，沉降后污水用泵提升 至污水处理站，目的是保证输至污水站的污水质量( 水中含油3 0 0 0 m g 1 ) 。 但现多个类似放水站运行表明，三相分离器( 或游离水脱除器) 脱除的污水中 含油已达到3 0 0 0 m g 1 的指标，不必再经污水沉降罐沉降，故出现了如图 2 1 的工艺流程，大大简化了脱水工艺，为大幅度降低注聚开发成本和能耗， 起到积极作用。 以某一放水站为例，该站管辖聚驱油井5 7 口，计量间5 座，处理规模为 1 6 x 1 0 4 t d 。若按老流程设计，需设3 0 0 0m 污水沉降罐1 座，罐前阀室1 座( m ：7 5 7 5 ) ，防火堤1 座( m ：6 1x 4 2 ) ，污水泵4 台，收油泵l 台，排 泥泵1 台。三相分离器放出的含油污水，自压至3 0 0 0m 3 污水沉降罐，沉降 后一部分水用泵提升至污水处理站进一步处理，一部分水通过掺水泵、加热 炉加热后掺至井口，罐内分离出来的原油通过收油泵回收；若采用新流程， 三相分离器放出的含油污水( 水中含油3 0 0 0 m g 1 ) ，自压至污水处理站的一 次沉降罐，工艺简单，操作及管理方便。可减少占地6 0 0 0 玎1 2 ，节约一次性投 资3 5 2 万元，若污水泵按正常运行3 台计，收油泵按一天工作1 2 h 计，可节 约电能1 2 8 x 1 0 4 k w h a ，以每度电o 4 7 元计，可节约运行费用6 0 万元a 。 另外，3 0 0 0 一污水沉降罐保温需热负荷0 0 6 m w ，热能损耗5 2 x 1 0 1 k c a l ，若 加热炉热效率按8 5 计算，天然气燃烧值按1 0 0 0 0k c a l m 3 计，则每年可节 约天然气4 ，5 x 1 0 4 m l 。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 2 聚驱采出液脱水工艺流程图 i - - - 聚驱油井：2 _ 计量站；3 - - - 三相分离器；4 - - - 输油泵；5 液位调节阀：6 火筒 式脱水炉；7 一游离水脱除器：8 一电脱水器：9 净化油缓冲罐：1 0 一水驱转油站：1l 界面调节阀；1 2 压力调节阀：l3 一掺水泵；1 4 一管式掺水炉。 注：6 一1 0 均为水驱系统( 已建或扩建) 设施a 一聚驱采出液；b 一天然气；c - - - 聚合 物含水油( 含水 3 0 ) ：d - 一水驱含水油：e 一含水油；f 一聚合物禽油污水：g 一水驱 含油污水；h 一一净化油；i 一掺水；j 一破乳剂：k 一防垢剂 2 3 放水站的集油流程 生产单位对放水站的集油流程可根据生产实际情况进行调整。如在产液 量低时，采用双管掺水流程，而在产液量较大、处于夏季生产时，可实现双 管出油，以节约能源。 2 4 放水站的掺水流程 有两种形式，一种用高压掺水泵直接掺至井口( 掺水压力2 o m p a ) ；一种 为分掺式，一路掺高压水至并1 3 ( 掺水压力2 o m p a ) ，一路掺低压水至站内集 油阀组( 掺水压力0 4 m p a ) ，见图2 3 。 图2 3 放水站掺水流程图 1 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 前者，掺水量以保证混合液进站温度满足三相分离器放水要求( 一般4 4 0 ) 为前提确定；后者，掺至集油系统高压掺水的掺水量，以保证混合液进站 温度高于原油凝固点3 5 为前提确定，如进站温度达不到放水温度( 3 8 4 0 ) ，则利用掺至集油阀组的低压水升温。 以某一管辖聚驱油井3 6 口，计量间5 座的放水站为例，陔站最大产油量 1 6 2 0 t d ，最大产液量9 3 6 0 t d ，含水8 0 。这里对两种掺水方式进行了比 较，详见表2 1 、表2 2 、表2 3 。 由上表可看出，分掺式掺水方式一次性投资比高压掺水方式少1 1 5 9 万 元，运行费用也比其少3 1 万元。因此，从经济上看分掺式掺水方式比较好。 但从工艺上看，高压掺水工艺简单，操作及管理方便。 表2 1 高、低压分掺式掺水情况表 计量管辖站间 计量站 平均单掺至计掺水炉来液进掺至集 站并数距离来液量 井掺水量站水出 口蚰油阀组 量量温度温度水量 备注 名称( 口)( 皿)( t d ) ( m h )( m 1 h )( )( )( m 3 h ) l #61 5 6 0 1 1 4 0o 42 47 03 5 13 8 7 均为电泵井 2 苒92 1 0 01 9 9 0o 21 87 03 5 16 7 6 均为电泵井 t 3 #81 3 2 0 1 7 7 00 10 87 03 5 45 3 9 均为电泵井 4 口电泵井 4 #71 0 2 01 1 2 0o 7 34 47 03 5 o 3 9 4 3 口抽油机井 2 口电泵井 5 #62 3 2 01 1 2 01 0 67 47 03 5 1 3 8 0 4 口抽油机井 掺至计量站水量：1 6 8m h 需热负荷：q = c m t = l x l 6 8 ( 7 0 3 5 1 4 ) x 1 1 6 3 x 1 0 = 0 ，6 8m w 掺至集油阀组水量：2 3 7 6m 4 h 需热负荷：q = c m a t = l x 2 3 7 6 ( 7 0 - 3 8 ) x 1 1 6 3 x 1 0 i 1 = o 8 8 m w 掺水需总热负荷：1 5 6 m w 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表2 2高压掺水情况表 计量站管辖站间计量站平懒掺至计量掺水炉出来液进站备注 名称井数距离来液量掺力遏站水量口温度温度( ) ( 口) ( m )( t d )( m 。h )( m 3 h )( ) 1 苒61 5 6 01 1 4 01 2 87 77 03 8 1 均为电泵井 2 #92 1 0 01 9 9 01 1 41 0 37 03 8 1 均为电泵井 3 #81 3 2 01 7 7 01 o8 07 03 8 1 均为电泵井 4 口电泵井 4 t t71 0 2 01 1 2 01 2 77 67 03 8 。o 3 口抽油机并 2 口电泵井 5 #62 3 2 01 1 2 01 8 91 3 ，27 0 3 8 2 4 口抽油机井 掺至计量站水量：4 6 8 m 3 h 来液进站平均温度： 3 8 1 掺水需热负荷：q = c m at = l x 4 6 8 ( 7 0 - 3 8 1 ) x 1 1 6 3 x 1 0 k 1 7 4 m w 表2 3 两种掺水方式投资对比表 投资投资投资差值 序号内容分掺式掺水高压掺水 ( ) j 冠( 万元)( 万元) 1加热缓冲装置1 5 m w2 台1 5 m w2 台 d g l 2 5 - 3 0 x 7d g l 4 6 5 0 x 4 2高压掺水泵7 21 0 73 5 2 台p = - 3 0 k w2 台p - - 4 5 k w d g k 2 5 2 0 x 2 3低压掺水泵4 74 7 2 台p = 7 5 k w 管 ( 1 ) 长度差异 1 5 9 x 6 多7 mo 5 2 1 4 中8 9 x 4 5 多4 0 m 1 6 线 ( 2 ) 管准辫中1 1 4 x 4 5 中1 5 9 x 62 0 p n l 6 臻8 01 1 个1 6p n l 6d n l 5 02 夼0 4 4 5阀门一o 6 9 p n 2 5 d n s o1 1 个1 3p n 2 5d n l 5 09 个3 1 5 6建筑面积差值 5 3 群5 85 8 7一次性投资差值一1 1 5 9 耗电耗电 8每年运行费用1 5 4 1 8 53 1 3 2 8 x 1 0 4 k w h a3 9 4 x 1 0 4 k w h a 哈尔滨 ：程大学硕士学位论文 2 5 聚合物污水处理工艺 聚合物污水处理的工艺流程见图2 4 ，为两次大罐沉降，一次压力过滤 的工艺流程。设计中一次沉降时间为1 0 3 h ，二次沉降时间为5 2 h ，总沉降 时间为1 5 5 h ，较水驱沉降罐体积大一倍多，如能缩短沉降时问，效益会很 明显。 1 一自然除油罐；2 一混凝除油罐；3 一缓冲水罐：4 压力滤罐：5 污油罐； 6 一回收水池；7 反冲洗水罐；8 一外输缓冲罐；9 一污水泵：10 一污油泵： a 一含油污水( 水中含油 2 5 0 m 2 m 38 0 m m 面积温度 密度7 1 k g m 3峰距 2 9 m m 润湿角0 油= 7 。3 8 热变型1 1 5 孔隙率 9 5 倾斜角4 5 。润湿角 e 水= 1 0 2 。 温度 与传统的陶瓷与金属制填料相比，聚丙稀波纹板填料具有质轻耐蚀，不 易破损，加工方便，价格低廉等特点。我们在该装置中用规整波纹板填料替 代原有的散装填料，与散装填料相比，虽然比表面积小一些，但应用散装填 料时丝网破损后原件容易被液流带走，堵塞后续过滤器影响生产，而规整波 纹板填料克服了这个缺陷。应用规整波纹板填料后，不仅便于管理，而且设 备的处理能力和处理效果都有大的提高。 3 3 4 采用防砂技术 以往填料使用一段时间后，杂质、泥沙等粘附在填料表面，阻塞液体流 通，影响油水分离。为了有效地防止沉淀物的产生、淤积、固化，对填料的 材质与结构进行了研究，加入起润滑作用的c a c o 。同时加入抗老化荆，采用适 当的比表面积，一方面起到防砂作用，提高油水分离效果，同时也延长了填 料的使用寿命。 3 3 5 改进收油、收水结构 哈尔滨工程大学硕士学位论文 作为收油、收水装置的油室和水室，增大了脱除设备的有效处理空间， 而且结构紧凑、合理。根据含水较高的情况，采用较小的油室，设置高位置 油室堰板，使油水界面可控制在较高的位嚣上，节省处理空间、增大水相沉 降面积，进而提高设备的处理能力。 3 3 6 游离水脱除器结构 根据上述研究。确定了用于聚合物驱采出液处理的游离水脱除器结构如 图3 2 所示。它分为入口布液部分、油水初步导流分布区、第一段分离聚结 填料、第一沉降分离区、第二段分离聚结填料、加速沉降分离区、缓冲区和 油水收集排除结构部分组成。 游离水脱除器的结构简图见图1 。来液自进液口首先经过迸液分布器， 缓冲消能后经过整流板初步分离，进入沉降段，此段设置亲油性聚丙稀规整 波纹板组两段，波纹板对油滴有吸附作用，在波纹板上由小油滴聚结成大油 滴，在填料与收油、收水区之间必须有沉降区段，在此段内密度较小的原油 逐渐升浮到容器顶部轻相油层之中，而密度较大的水、沙则向下沉入容器底 部，油经油室排出，水经收水室排出。 油水混合物进入分离器( 油为分散相) ，经过波纹板填料时，随着流体的 流动，同时由于重力和浮力的作用，油滴上浮到作为聚结元件的波纹板的下 表面进行聚结、分离，在出口区，已经分离的油和水沿着各自的出v i 排出。 游离水脱除设备的效果好坏。与聚结填料的聚结效果、排列方式以及设 备的整体结构有很大的关系。 ”s 图3 2 波纹板填料油水分离器 2 1 二二- 。；j 。i 哈尔滨工程大学硕士学位论文 该游离水脱除器设计指标为： 设计压力：p = o 4 5 m p a 设计温度：4 5 容器类别：i 类 设备主体材料：q 2 3 5 一a 处理介质：来液含水：6 0 9 0 ， 停留时间：2 0 m i n 加药量f p w 一3 2 02 0 m g l 或s p l 6 93 0 4 0 m g l 处理后达到；油中含水 3 0 。污水含油 3 0 0 0m g l 。 3 4 本章小结 本章主要讨论了聚合物驱采出液处理的游离水脱除器结构的确定方法。 主要包括： 1 ) 游离水脱除器填料的型式及作用； 2 ) 聚合物对油水分离的影响； 3 ) 游离水脱除器结构参数的确定： 4 ) 现场生产实际应用的游离水脱除器实际结构。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4 1 试验目的 第4 章现场应用试验方案 开展聚合物驱采出液处理游离水脱除器现场应用试验的主要目的有： 1 ) 实际测试现场在用游离水脱除器的实际处理能力和处理效果； 2 ) 确定影响现场脱水质量的主要因素，为继续在油田产能地面工程应用 提供技术参数。 3 ) 考核游离水脱除器的工艺流程、工艺参数，为降低地面建设投资、降 低生产成本提供借鉴。 4 2 试验地点及条件 根据大庆油f 日现场试验条件，结合本课题的研究内容和目标，并从试验 测试及推广应用的代表性出发，结合考虑采出液游离水脱除的难易程度和采 出液处理及含聚合物浓度要求等因素，经优化选择后，我们选择采油三厂北 十三、采油六厂喇3 6 0 联合站作为试验地点。 由于目前喇3 6 0 联合站正处于聚合物高峰期，处理液中聚合物浓度超过 5 0 0 m g l ，最高时峰值超过7 0 0 ，远远大于开题要求，因此将其作为本项目的 重点试验地点进行现场试验，以验证高聚合物含量下的新型游离水脱除器的 处理能力。 该站现有游离水脱除器5 台，总来液量为1 7 0 0 0 1 8 0 0 0 m 。d ，因试验要求， 根据游离水脱除器的处理能力，试验采用两台设备，综合含水率为9 0 9 2 。 游离水脱除器的运行参数如下： 现场条件参数： 工作压力：0 1 0 0 2 2 m p a 。 2 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 来液温度：4 1 4 5 。 o 每同最大来液量：1 7 0 0 0 1 8 0 0 0 m 。d 。 综合含水率：8 9 。 喇3 6 0 联合站原油物性参数如下： 密度：0 8 6 6 4 9 c m 粘度：5 4 2m p s ( 4 5 ( 3 时) 凝固点：3 5 0 c 含蜡量：3 1 o 胶质：1 1 8 杂质：0 0 1 6 4 3 现场应用试验参数确定 4 3 1 破乳剂筛选试验 为选出一种适合现场试验的破乳剂，我们利用静止分层方法现场取样、 分析，数据结果见下表4 1 。 表4 1 破乳剂对比选试验数据表 序号破乳刹加药量处理量脱后综合油中脱后综合水中 ( m g l ) ( t d )含水( ) 含油( m g l ) 1现用破乳剂1 58 0 0 0l o 22 5 1 2 2f p 坩3 2 01 58 0 0 05 31 6 0 9 试验数据表明：设计选所用的f p w - 3 2 0 破乳剂分离效果较好。由于试验 设备所在地的采油六厂喇3 6 0 站现用的破乳剂不能满足试验要求，更换为 f p w 一3 2 0 型破乳剂进行现场试验。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4 3 2 试验仪器及参数 4 3 2 1 污水含油分析法公式中k 值的确定试验 污水含油指标在化验分析公式中有常数k 值，每种油都有自己的k 值。 因此依照“s y t 0 5 3 0 9 3 油田含油污水中油量测定方法”取样、蒸馏，配制标 准贮液，并按要求配制各种基液，并测试其吸光度，计算得出k 值为 0 0 0 3 9 l m g 。 。 4 3 2 2 试验测试所用仪表 污水含油测定：采用s y t 0 5 3 0 9 3 油田污水含油量测定法7 2 1 型分光 光度计 油中含水测定：采用g b t 6 5 3 3 1 9 8 6 原油中水和沉淀物钡4 定法( 离心法) 台式离心机； 介质流量计