前面在有關(guān)油田開發(fā)部分中所述的內(nèi)容,都是圍繞如何使石油和天然氣從油氣層中順利地流向井底,又從井底流到地面來的一套地下工程技術(shù)措施。至于石油和天然氣由油井流到地面以后,又如何把它們從一口口油井上集中起來,并把油和氣分離開來,再經(jīng)初步加工成為合格的原油和天然氣分別儲存起來或者輸送到煉油廠,這就是通常稱之為“油田集輸技術(shù)”和“油田地面建設(shè)工程”。
油田的集輸技術(shù)和建設(shè),是據(jù)不同油田的地質(zhì)特點和原油性質(zhì),不同的地理氣候環(huán)境,以及油田開發(fā)進(jìn)程的變化而選定、而變化的。例如,由于原油粘度大小、凝固點高低的不同,高寒與炎熱地區(qū)的差別,對原油的集輸技術(shù)就有很大的影響;又如,有的原油和天然氣中,因含硫化氫,需經(jīng)脫硫后才能儲存和輸送出去,這就要有相應(yīng)的脫硫技術(shù)和建設(shè);再如,當(dāng)油田開發(fā)進(jìn)入中、后期,油井中既有油、氣,又有大量的水,不僅要把油、氣分離開來,而且還要把水分離出來,把油、氣處理成合格的產(chǎn)品,把水也要處理干凈,以免污染環(huán)境……如此等等的眾多問題所涉及的眾多技術(shù)與工程建設(shè),都是油田建設(shè)的主要內(nèi)容。
原油集輸就是把油井生產(chǎn)的油氣收集、輸送和處理成合格原油的過程。這一過程從油井井口開始,將油井生產(chǎn)出來的原油和伴生的天然氣產(chǎn)品,在油田上進(jìn)行集中和必要的處理或初加工。使之成為合格的原油后,再送往長距離輸油管線的首站外輸,或者送往礦場油庫經(jīng)其它運(yùn)輸方式送到煉油廠或轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭;合格的天然氣集中到輸氣管線首站,再送往石油化工廠、液化氣廠或其他用戶。
概括地說油氣集輸?shù)墓ぷ鞣秶侵敢杂途疄槠瘘c,礦場原油庫或輸油、輸氣管線首站為終點的礦場業(yè)務(wù)。
一般油氣集輸系統(tǒng)包括:油井、計量站、接轉(zhuǎn)站、集中處理站,這叫三級布站。也有的是從計量站直接到集中處理站,這叫二級布站。集中處理、注水、污水處理及變電建在一起的叫做聯(lián)合站。
油井、計量站、集中處理站是收集油氣并對油氣進(jìn)行初步加工的主要場所,它們之間由油氣收集和輸送管線聯(lián)接。
(一)油井的地面建設(shè)
采油井分兩種類型:即自噴井和機(jī)械采油井。
自噴井井口的設(shè)備一般有采油樹、清蠟設(shè)備(如:絞車、鋼絲、刮蠟片)、油嘴、水套加熱爐、油氣計量分離器等(井口房和值班房根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和社會因素考慮是否設(shè)置)。
機(jī)械采油井目前一般采用有深井泵(即管式泵)、水力活塞泵、電動潛油泵和射流泵四種采油方式。機(jī)械采油井場的工藝設(shè)備和輔助設(shè)備主要有:采油樹、油氣計量分離器、加熱和清蠟設(shè)備及采油機(jī)械。因為機(jī)械采油的方式不同,所以在井口的地面工程也就有所不同,水力活塞泵采油技術(shù)是現(xiàn)在比較先進(jìn)的機(jī)械采油方式,下面就此來談井口的工程建設(shè)內(nèi)容。
水力活塞泵采油是用高壓液體作為井下抽油泵動力的無桿抽油泵。主要用于比較深的井、叢式井、結(jié)蠟井、稠油井以及條件較復(fù)雜的油井。水力活塞泵抽油裝置,由地面泵組、井口裝置和管線系統(tǒng)、水套加熱爐、沉降罐和井下水力活塞泵機(jī)組等部分組成。
水力活塞泵一般用稀油作為動力液??捎帽揪蜞従脑徒?jīng)分離器脫氣,再經(jīng)過水套加熱爐(或換熱器)加熱到60C左右,進(jìn)入沉降罐然后被吸入高壓三柱塞泵,加壓后的原油(動力液),通過井口四通閥注入油管,推動井下水力活塞泵組液馬達(dá)上下往復(fù)運(yùn)動,中間拉桿帶動抽油泵,抽出井內(nèi)的油。在井內(nèi)工作過的動力液和抽出的原油通過油管與套管的環(huán)形空間上升到地面,通過四通閥進(jìn)入油氣分離器。脫氣的油再回到沉降罐,沉降后一部分再進(jìn)入地面泵循環(huán)使用,另一部分進(jìn)入集油干線。
(二)計量站的設(shè)置和建設(shè)
計量站的作用主要是計量油井油氣產(chǎn)量,并將一定數(shù)量(7~14口)油井的油氣匯集起來,再通過管道輸送到油氣處理站。另外,計量站還向井口加熱設(shè)備提供燃料等。
計量站的種類,按建筑結(jié)構(gòu)分有:磚混結(jié)構(gòu)、大板結(jié)構(gòu)和列車式;按工藝流程分有:單管計量站、雙管計量站和三管計量站。計量站的設(shè)施,一般有各井來油管匯(也叫總機(jī)關(guān))、計量分離器、加熱爐、計量儀表等。
油氣集輸流程是油田地面工程的中心環(huán)節(jié)。采用什么樣的流程,主要取決于各油田地質(zhì)條件、油井產(chǎn)量、原油的物理性質(zhì)、自然條件以及國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平等。國內(nèi)外油氣集輸流程的發(fā)展趨勢基本是小站計量,大站集中處理,密閉輸送,充分利用天然資源??偟挠袃煞N流程:
⒈ 高凝、高粘原油的加熱輸送流程:
隨著石油工業(yè)的發(fā)展,高凝、高粘原油在石油總產(chǎn)量中所占的比例日益增加。對這類原油國內(nèi)外一般都采用加熱輸送。
加熱輸送分直接加熱輸送和間接加熱輸送。直接加熱輸送是用爐子加熱或摻熱液與井口油氣水混合加熱而進(jìn)行輸送;間接加熱輸送是采用熱水伴隨、蒸汽伴隨或電表皮效應(yīng)等加熱方式進(jìn)行輸送。我國有些油田,像勝利油田、江漢油田、扶余油田、遼河油田等,在部分地區(qū)是采用井口加熱保溫、單管出油的油氣混輸小站流程;也有采用雙管摻液保溫的油氣混輸小站流程;還有采用了三管熱水伴隨小站流程。
⒉ 單管或雙管不加熱密閉混輸流程:
在歐美國家的大多數(shù)油田采用的都是這種流程。其原因是原油的物性好,或油田自然條件好,油井出油溫度高。我國的有些油田,根據(jù)原油物性和油田自然條件的可能,也采用了井口不加熱流程,但有的仍不能采用這種流程。
(三)集中處理站(聯(lián)合站)的工程建設(shè)
集中處理站是油田油氣集輸流程的重要組成部分。它所承擔(dān)的任務(wù)、建設(shè)規(guī)模和在油田的建設(shè)位置,一般由總體規(guī)劃根據(jù)開發(fā)部門提供的資料綜合對比后確定。
集中處理站包括:油氣工藝系統(tǒng)、公用工程(供電、供排水、供熱、通訊、采暖、通風(fēng)、道路、土建等)、供注水、污水處理、消防、變電以及必要的生產(chǎn)設(shè)施。
集中處理站的主要設(shè)備有:分離器、含水油緩沖罐、脫水泵、脫水加熱爐、脫水器、原油緩沖罐、穩(wěn)定塔送料泵、穩(wěn)定塔、穩(wěn)定塔加熱爐、穩(wěn)定原油儲罐、外輸泵、流量計、污水緩沖罐、污水泵等。
站內(nèi)管線盡可能在地面以上架空(電纜、儀表線等可同架),這樣既便于維修和管理,又不易腐蝕。站外管線盡可能沿路敷設(shè),以便施工、維修和管理。
下面著重介紹原油脫水和原油穩(wěn)定:
⒈ 原油脫水
所有的油田都要經(jīng)歷含水開發(fā)期的,特別是采油速度大和采取注水強(qiáng)化開發(fā)的油田,無水采油期一般都較短,油井見水早,原油含水率增長快。原油含水不僅增加了儲存、輸送、煉制過程中設(shè)備的負(fù)荷。而且增加了升溫時的燃料消耗,甚至因為水中含鹽等而引起設(shè)備和管道的結(jié)垢或腐蝕。因此,原油含水有百害無一利。但水在油田開發(fā)過程中,幾乎是原油的“永遠(yuǎn)伴生者”,尤其是在油田開發(fā)的中后期,油井不采水,也就沒有了油。所以原油脫水就成為油田開發(fā)過程中一個不可缺少的環(huán)節(jié),一直受到人們的重視。
多年的反復(fù)實踐,現(xiàn)在研究成功的多種原油脫水工藝技術(shù)有:
沉降分離脫水。這是利用水重油輕的原理,在原油通過一個特定的裝置時,使水下沉,油、水分開。這也是所有原油脫水的基本過程。
化學(xué)破乳脫水。即利用化學(xué)藥劑,使乳化狀態(tài)的油水實行分離?;瘜W(xué)破乳是原油脫水中普遍采用的一種破乳手段。
電破乳脫水。用于電破乳的高強(qiáng)度電場,有交流電,直流電、交一直流電和脈沖供電等數(shù)種。其基本原理是通過電離子的作用,促使油、水離子的分離。
潤濕聚結(jié)破乳。在原油脫水和原油穩(wěn)定過程中,加熱有利于原油粘度的降低和提高輕質(zhì)組份的揮發(fā)程度。這也就促使了油水分離。
原油脫水甚費(fèi)能源,為了充分利用能源,原油脫水裝置與原油穩(wěn)定裝置一般都放在一起。為了節(jié)約能源,降低油氣揮發(fā)損耗,通過原油穩(wěn)定回收輕質(zhì)烴類,油田原油脫水工藝流程已趨向于“無罐密閉化”。無罐流程的顯著特點就是密閉程度高,油氣無揮發(fā)損耗。在流程密閉過程中,原油脫水工藝流程的密閉是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),因為它的運(yùn)行溫度較高,停留時間又長,油氣容易揮發(fā)損耗。據(jù)測定,若采用不密閉流程,脫水環(huán)節(jié)的油氣損耗約占總損耗的50%。
原油脫水設(shè)備則是脫水技術(shù)的體現(xiàn),它在原油脫水過程中占有重要地位。一項脫水設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理與否,直接關(guān)系到脫水的效果、效率和原油的質(zhì)量,以及生產(chǎn)運(yùn)行成本,進(jìn)而影響原油脫水生產(chǎn)的總經(jīng)濟(jì)效益。因此,人們結(jié)合油氣集輸與處理工藝流程逐漸走向“無罐化”,即不再使用儲罐式沉降分離設(shè)備,而較普遍地采用了耐壓沉降分離設(shè)備,研制了先進(jìn)的大型的脫水耐壓容器。電脫水器是至今效率最高,處理能力最強(qiáng),依靠電場的作用對原油進(jìn)行脫水的先進(jìn)設(shè)備。電脫水器的形式有好多種,如:管道式、儲罐式、立式園筒形、球形等。隨著石油工業(yè)的發(fā)展,經(jīng)過不斷地實踐與總結(jié),趨向于大批采用臥式園筒形電脫水器。它的處理規(guī)模與生產(chǎn)質(zhì)量均已達(dá)到較高水平,每臺設(shè)備每小時的處理能力就能達(dá)到設(shè)備容積的好幾倍,凈化油含水率可降到0.03%以下。為了加快油田建設(shè)速度,提高脫水設(shè)備的施工予制化程度,將臥式電脫水器、油氣分離器、火筒加熱爐、沉降脫水器等四種設(shè)備有機(jī)的組合為一體,這種四合一設(shè)備,不僅結(jié)構(gòu)緊
湊,而且節(jié)約了大量的管線、閥門、動力設(shè)備,特別是油田規(guī)模多變的情況下,這種合一設(shè)備可以根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的需要增加或減少設(shè)置臺數(shù),所以說它具有較大的機(jī)動靈活性。
⒉ 原油穩(wěn)定
原油穩(wěn)定就是把油田上密閉集輸起來的原油經(jīng)過密閉處理,從原油中把輕質(zhì)烴類如:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等分離出來并加以回收利用。這樣,原油就相對的減少了揮發(fā)作用,也降低了蒸發(fā)造成的損耗,使之穩(wěn)定。原油穩(wěn)定是減少蒸發(fā)損耗的治本辦法。但是,經(jīng)過穩(wěn)定的原油在儲運(yùn)中還需采取必要的措施,如:密閉輸送、浮頂罐儲存等。
原油穩(wěn)定具有較高的經(jīng)濟(jì)效益,可以回收大量輕烴作化工原料,同時,可使原油安全儲運(yùn),并減少了對環(huán)境的污染。
原油穩(wěn)定的方法很多,目前國內(nèi)外采用的大致有以下四種:
一是,負(fù)壓分離穩(wěn)定法。原油經(jīng)油氣分離和脫水之后,再進(jìn)入原油穩(wěn)定塔,在負(fù)壓條件下進(jìn)行一次閃蒸脫除揮發(fā)性輕烴,從而使原油達(dá)到穩(wěn)定。負(fù)壓分離穩(wěn)定法主要用于含輕烴較少的原油。
二是,加熱閃蒸穩(wěn)定法。這種穩(wěn)定方法是先把油氣分離和脫水后的原油加熱,然后在微正壓下閃蒸分離,使之達(dá)到閃蒸穩(wěn)定。
三是,分餾穩(wěn)定法。經(jīng)過油氣分離、脫水后的原油通過分餾塔,以不同的溫度,多次氣化、冷凝,使輕重組分分離。這個輕重組分分離的過程稱為分餾穩(wěn)定法。這種方法穩(wěn)定的原油質(zhì)量比其它幾種方法都好。此種穩(wěn)定方法主要適用于含輕烴較多的原油(每噸原油脫氣量達(dá)10立方米或更高時使用此法更好)。
四是,多級分離穩(wěn)定法。此穩(wěn)定法運(yùn)用高壓下開采的油田。一般采用3~4級分離,最多分離級達(dá)6~7級。分離的級數(shù)多,投資就大。
穩(wěn)定方法的選擇是根據(jù)具體條件綜合考慮,需要時也可將兩種方法結(jié)合在一起使用。
(四)原油庫的建設(shè)
用來接收、儲存和發(fā)放原油的場所叫原油庫。原油庫具有儲存油品單一、收發(fā)量大、周轉(zhuǎn)頻繁等特點,它是油田正常生產(chǎn)和原油外運(yùn)(或外輸)的一個重要銜接部分。根據(jù)不同的原油外運(yùn)方式,原油庫可分以下幾種。
鐵路外運(yùn)原油庫:油庫內(nèi)建有專用鐵路線及有關(guān)裝油設(shè)備。如大慶油田在六十年代,其原油主要就是靠鐵路外運(yùn),油罐列車每天象長龍一樣,從油庫將原油源源不斷的運(yùn)向全國有關(guān)煉油廠。
管線外輸原油庫:是利用管線將原油外輸?shù)礁饔糜蛦挝弧5?,利用管線外輸?shù)挠吞?,又不一定都有原油庫,如華北油田就沒有原油庫。華北的原油往北送往石樓