扶余油田探91区块注热水站工艺技术研究

2023-02-14

前言

热水驱与常规注水驱相比增加了加热部分, 运行成本大幅度增加, 如何优化简化、降低能耗、减小运行费用, 是热水驱配套技术面临的主要问题。特别是注热水站如何降低热损失, 配套选择增压和加热设备, 优化站内工艺流程和附属设施, 是顺利实施热水驱和效益最大化的技术关键。

一、探91区块热水驱注热水站工艺技术优化研究

1. 注热水站升温技术优化

注热水站的核心是加压和加热设备。根据管网热力计算, 确定热水站出站温度为90℃;根据压力计算, 确定出站压力为9MPa。在这样的温度和高压条件下, 目前没有成熟的加热设备, 也没有成熟的高效加压设备。通过总结以往热水驱地面工程经验, 探91区块热水驱注热水站选择高压条件下加热设备配套技术。通常给介质加热分为直接加热和间接加热。不同的加热方式取决于被加热介质的压力、温度等特性。每种加热方式都有其优势和不足。

(1) 直接加热的方式

用锅炉直接加热的方式, 一般适用于低压水升温。探91区块热水驱注水泵出口压力在9MPa以上。在工艺流程上, 如果把水先加热到90℃以上再升压到9MPa以上, 受热膨胀影响, 高压注水中常用的柱塞泵就无法使用。如果先升压后加热就会无法避免的出现工艺管线震动等问题。采用小排量离心式高压注水泵能耗高、效率低, 因为, 小排量离心式高压注水泵受本身结构制约效率本来就低, 目前离心泵用于高压注水的流量调节主要靠回流和控制出口阀门开启来实现, 使系统效率更低。

(2) 通过换热器间接加热的方式

用换热器间接给介质加热的方式, 一般用于中低压介质的加热, 而且, 升温幅度受热媒本身温度影响。探91区块的升温幅度高, 普通的热水换热器无法实现。理论上采用导热油换热或过热蒸汽换热能够实现。但是, 能够承受9MPa以上压力的换热器, 需要特殊制造。在工艺流程上与加热炉直接加热存在同样问题。

(3) 高压饱和过热蒸汽与水直接混合加热方式

高温高压饱和蒸汽与高压注入水直接混合, 使低温水瞬时升温。这种加热方式需要的设备有高压蒸汽锅炉和高压汽水混合装置。目前, 高压蒸汽炉在蒸汽驱和蒸汽吞吐采油中广泛应用, 有成熟的设备和技术。高压汽水混合装置, 目前, 虽然系列产品中最大压力只有4MPa。但是, 其结构与加热炉和换热器相比要简单很多, 其体积小、结构简单, 理论技术成熟, 提高其承压能力比较容易。这种加热方式同时解决了工艺流程中升温与升压设备匹配上的矛盾。实际工程中也得到了很好的验证。

经过以上分析, 高、低压锅炉直接加热和蒸汽换热的方法有易造成注水泵损坏或者工艺复杂、占地多、增加工程造价的缺点, 不适合生产需求。探91区块热水驱优先选择导热油换热和高压蒸汽瞬时加热的升温技术, 工艺简单, 满足生产需求, 节省工程造价。

2. 注热水站注入工艺流程的技术优化

根据升温技术的不同选择, 站内注入工艺流程设计两个方案进行对比。

(1) 方案一:注入水选择高压蒸汽瞬时加热技术升温

采用高压燃气蒸汽炉为升温锅炉, 注入水先升压后升温, 利用高压燃气蒸汽炉提供的高温高压蒸汽通过高压汽水混合器与高压注入水混合, 使高压注入水瞬时加热至需求的温度后出站分配。

工艺流程:

净化污水经防垢器进入注水泵加压到10MPa, 利旧蒸汽炉提供310℃、10MPa饱和蒸汽, 通过高压汽水混合器混合到注水泵出口使10MPa高压水升温到90℃出站, 分配到站外注热水管网, 至注水井口温度为65-75℃, 满足开发需求。

(2) 方案二:注入水选择导热油换热技术升温

选用低压燃气导热油炉为升温锅炉, 注入水先升压后升温, 利用低压燃气导热油炉及其换热设备将高压注入水瞬时换热, 达到需求的温度后出站分配。

工艺流程:

净化污水经防垢器进入注水泵加压到10MPa, 再通过换热器与导热油换热, 使注入水温度提升到90℃后出站, 分配到站外注热水管网, 至注水井口温度为65—75℃, 满足开发需求。其中的换热介质导热油是通过低压燃气导热油炉加热到160℃, 经高温油泵输送到换热器, 换热后的导热油再回到导热油炉加热, 形成循环。

(3) 方案比选

扶余油田先期开展了注热水试验, 升温锅炉为高压燃气蒸汽炉。工艺流程为将高压燃气蒸汽炉提供的7.5MPa、200℃饱和蒸汽直接注入注水支干线, 使支干线内的注入水升温至40℃注入地下。出现的问题是注水管线震动严重, 且经常发生断裂, 注入水温度不可调控。

借鉴其试验经验, 方案一将试验中出现的问题进行分析, 研究问题的解决方案, 将其工艺流程进行改进和完善。与试验流程相比, 高压蒸汽与高压注入水在高压汽水混合器内得以均匀的混合和有效的缓冲, 减轻了对管线的冲击, 减少了水锤现象的发生, 避免了注水管线的震动和断裂;燃气蒸汽炉具有自动化操作调控的功能, 汽水混合管路设有高低温度自动报警, 实现自动化操作调控, 使注入水温度可调可控。

方案一解决了高温高压管线的保温和易伸缩变形的难题, 满足了油藏要求的注入功能。为了确保运行安全可靠、方便操作管理, 最终选择实施方案一。