（油气储运工程专业论文）吉林油田地面集输系统节能降耗试验研究.pdf

查塞至垫兰堕堡圭! 塞兰兰堡笙兰 s t u d yo ne n e r g ys a v i n go f s u r f a c e c o l l e c t i o ns y s t e mi nj i l i no i lf i e l d a b s t r a c t j i l i no i lf i e l di s o l df i e l dt h a th a v i n gb e e nd e v e l o p e df o rm o r et h a n3 0 y e a r s w i t ht h ed e v e l o p m e n l t h eg a t h e r i n gc o n s u m p t i o ni s i n c r e a s i n go b v i o u s l y , w h i c hw a si n c a r n a t e da s f o l l o w s ：t h eg a t h e r i n g t e c h n o l o g yh a sf a l l e nb e h i n d , g a t h e r i n gt e m p e r a t u r ea n da d u l t e r a t e d w a t e rt e m p e r a t u r ea r eh i g h , e o n s t a n t - t e m ；i e r a t u r e - d e l i v e r yo fs e a s o n a lc o n s t a n t - t e m p e r a t u r e - d e l i v e r yh a sn o t b e e na c h i e v e df o r t h eh i g h w a t e rc o n t e n tw e l l s ，a n dt h es t e e lp i p el i n e sa r es e r i o u s l yc o r r u p t e d i nt h i sp a p e r , a i m i n ga tt h e s ep r o b l e m s s o m et y p i c a lr e g i o n so fx i n l i c a io f a c t o r ya n dq i a d a n a io i l f a c t o r yi nj i l i no i lf i e l dw e r ec h o s e nt oc a l t yo u tt h es t u d yo ns u r f a c eg a t h e r i n gs y s t e m t h r o u g ht h eo f f i c e t e s ta n df i e l dt e s t , t h et e m p e r a t u r ec o n d e n s i n go i ls t i c k i n gt ot h ep i p e sw a l la c c o r d i n gt od i f f e r e n tf l u i d p r o d u c t i o na n dd i f f e r e n tw a t e rc o n t e n ta r ee s t a b l i s h e d ，a sw e l l 嬲t h em i n i m u mg a t h e r i n gt e m p e r a t u r eo f h i g hw a t e rc u tw e l l s b yc o m p a r i n gt h ef r i c t i o np r e s s u r ed r o pi nt h eh i g l lp r e s s u r eg l a s s t e e lp i p et h a t d e l i v e r st h eo i l w a t e re m u l s i o nw i t ht h a t i nt h en o r m a ls 谢l e s ss t e e lp i p e c o n s i d e r i n gt h ew a t e r w e t t a b i l i t ya n dp i p ew a l la s p e r i t y , i ti sp r o v e d t h a tt h ef o r m e rf r i c t i o ni sm u c hl e s st h a nt h el a t t e ro l l e m u c h e n e r g yh a sb e e ns a v e d k e yw o r d s ：s u r f a c eg a t h e r i n g ；h i g hw a t e rc o n t e n tc r u d eo i l ；e n e r g ys a v i n g ；o i lg a t h e r i n gt e m p e r a t u r el i m i t ； h i g hp r e s s u r eg l a s s t e e lp i p e ；f r i c t i o np r e s s u r ed r o p m 大庆石油学院硕士研究生学位论文 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写 过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并 表示谢意 作者签名：圣盥盐日期：至盟丕2 乒 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论 文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用于非 赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在解密后 适用本规定 学位论文作者签名： 日期： 导婚签名： 日期： 摘要 创新点摘要 i 将吉林油田现场试验与室内测定凝油黏壁温度试验结合，确定了吉林油田的集输界限温度，实现 了降低掺水量或关掉掺水进行集输j 达到节能降耗的目的# 2 高压玻璃钢管道输清水试验，比较得出了计算沿程摩阻系数最小的计算公式 3 用高压玻璃钢管道和无缝钢管道输送含水原油时，输油管道中的摩擦压降除与管道的管壁粗糙度 有关还与管内流体含水率和管壁润湿性，流量有关； 4 输送不同含水率的原油，无缝钢管道中的摩擦压降高于高珏玻璃钢管道。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 引言 我国绝大部分油田所产原油为高含蜡，高凝点、高黏度的“三高”原油，为使其有 较好的流动性，都采用加热流程，以确保油气集输及处理过程正常进行。油气集输流程 是油气集输及处理系统的中心环节，油气集输流程可分为集油、脱水、稳定和储运四个 工艺阶段，其能耗也分别由集油、脱水、原油稳定处理和转油能耗( 稳定能耗) 及储运能 耗4 部分组成。其中集油部分能耗约占集输系统总能耗的6 0 8 0 ，因此设法降低 集油能耗是集输流程节能的关键。而在集输流程能耗中，热能消耗约占9 0 9 7 因 而，如果能够降低对集输过程时的加热投入，将产生很好的经济效益闭。 吉林油田是一个经过3 0 多年开发建设的老油田，随着油田开发，老区已进入高含 水阶段，综合含水己达到9 0 以上；新区含水上升较快，综合含水已超过6 0 ，集输 熟耗明显上升。如果原油产量为l o o 万吨，消耗燃料气量约4 7 3 5 k m 3 ，单位集输热耗为 4 2 6 m 3 t ，而国内先进水平为6 3 8 3 m 3 t ，平均水平为1 7 9 m s t 从数据对比中可以看 出，吉林油田的集输热耗与国内先进水平和平均水平相比差距很大。 分析其原因，主要有以下几个方面的问题： 1 集输工艺落后、能耗大； 从各队站外集输系统流程情况看，大部分站外集输流程采用三管伴随流程，该流程 属于淘汰流程，集输工艺落后，集输能耗大。 2 站外集油运行温度高、热水量和掺水量大、能耗高； 从回油温度情况看，站外集油温度都在4 2 c 5 1 之间，设计规定集油温度应高于 凝固点5 c 以上，而目前实际运行温度要高出凝固点5 c 1 0 c 左右，这说明站外集油 运行温度仍然很高、热水量和掺水量较大，能耗高。 3 部分高产液、高含水油井没有实现常温输送或季节性常温输送； 从综合含水情况看，老区9 5 的油井含水都在8 6 9 9 3 6 之间，属于高含水和 特高含水开发阶段，产出液在集油系统中基本以游离水和水包油型乳状液存在，在满足 集油管线水力条件下，有些高产液、高含水油井可以考虑常温输送或季节性常温输送。 4 没有进行过系统、整体的优化调整； 从生产运行情况看，虽然以前对有些高产液、高含水油井进行过运行温度调整，但 还没有针对不同含水、不同产液变化和季节性变化进行过系统、整体的优化调整。 5 管线腐蚀严重。 因此，针对上述问题开展吉林油田集输边界技术研究以达到节能降耗的目的。 对吉林油田的油井产液含水情况统计得出，产液含水普遍已经达到8 0 油田生产 进入高含水开发阶段，地面工程运行条件与中低含水期相比发生了从量到质的变化， 但仍然维持在油田建设初期的设计参数，运行极不合理。 引言 从经济效益方面看，平均每年吉林油田自用油量为2 2 万吨，若通过对吉林油田集 输系统实行降温集输，如果每年节约自用油按3 5 计算，年节约自用油为0 6 6 万 吨1 2 万吨，每吨原油按1 1 0 0 元计，每年可创效7 2 6 万元1 2 1 0 万元。可见经济效 益是显著的，同时减少了燃料油用量，可减少环境污染，因此也有环境效益。另外对 指导新油田生产运行及管理具有重要意义。 现在吉林油田的地面集输系统中有些地区使用了高压玻璃钢管道，开展现场试验， 对高压玻璃钢管道与无缝钢质管道进行对比分析其性能特点及其在油田应用时所能体 现的优越性，针对其材质比重小，耐腐蚀性强、强度高、内表面光滑、摩阻系数低、 传热系数小、连接方便等优点，对油田实际工程中的设计和运行有着重要的意义。 本文根据现场进行的释低掺热水试验结果和对应用高压玻璃钢管递进行集输的试 验结果，结合相关资料，对吉林油田在不改变集输流程的前提下能否实现节能降耗进 行了理论分析。具体包括： l 对吉林油田当前油井开采液的含水情况进行了分析，分析了试验区块油水乳状 液在管道中的转相点。 2 选取新立采油厂、前大采油厂作为试验基地和代表性油田进行试验研究，采用 方法是首先开展现状调查，摸清目前生产状况及存在问题，进行室内计算和室内模拟 实验工作，针对不同油田研究不同温度、不同含水情况下对含水原油乳状液黏度的影 响关系，确定含水原油的凝油黏壁温度研究不同含水率、不同流量情况下最低极限 集油温度，结合现场实际初选集油温度，开展现场试验优选小环状掺输流程的最佳集 油温度，最终达到利用井口液流的自身温度、压力对油、气、水进行不加热输送。 3 将应用高压玻璃钢管道进行输送油水乳状液时的管道摩阻压降与普通无缝钢管 输送时的管道摩阻压降进行比较。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 第1 章高含水原油的流变特性研究 在油田地面集输管线系统中，多数是油水两种互不相溶的液体共同流动的情况，当 油水形成乳状液之后，其流变特性将变得很复杂。乳状液可呈现出牛顿流体和非牛顿流 体的流动特征，这样对于在管道中流动的沿程摩阻压降的计算带来麻烦。 注水开发油田已进入了开采中后期，采出的液体大多是含水原油，而且含水率均较 高。原油含水后，其流变特性发生了明显的变化，这将给原油生产和集输带来很大的麻 烦。因此有必要研究含水原油的流变特性，对其变化规律有充分的认识，以便对实际油 田生产具有指导意义。 1 i 试验油井流动分析 由于油和水是两种相互不相容的液体，其混合物在一定的条件下会呈现乳化状或悬 浮状。油水混合物的流动，由于流变行为复杂和不同流型压力梯度的较大差异。使其不 相溶的油和水会由于混合液体形成乳状液而变得更加复杂。根据条件不同，乳状液又可 以呈现牛顿流体或非牛顿流体的形态。使油水分散体系更为复杂的另一种现象是相转 变。在相转变中，分散相会变成连续相。而影响油水乳状液流变特性的主要因素是原油 的含水率和原油的温度。 从流动状态可观察到，高含水原油在管道中流动时，游离水是连续的，而原油成块 状或滴状悬浮在连续的游离水中，它们的大小不一，分布密度也不相同，有的管段占的 比例多些，有的管段则较少。当液流速度降低到一定程度时，管道内的油、水介质便会 出现分层乳化现象。因此，原油综合含水率越高，游离水含量则越多，乳化水含量相对 越少。反之，游离水含量越少，则乳化水含量越多，所以，中高含水原油含水构成中游 离水占绝大多数。 1 1 。l 含水率对含水原油流变性的影响 当含水原油的含水率低于0 i 或大于0 9 时，油水乳状液可视为牛顿流体，而其余 含水率值的情况下，乳状液多数呈现出非牛顿流体的特性。1 。 这里选取了吉林油田新立采油厂和前大采油厂部分试验井的数据对其流变特性进 行了理论研究，确定在不对油井进行加热的情况下，集输管路中含水原油的转相点，确 定了选取进行试验油井的范围。 在图i - i 所示的管道流动中，任意半径r 处的摩擦应力为 f ：生 ( 1 1 ) 2 l 。 式中 印一一管道压差m p a ，卸= a p 2 第1 章高含水原油的流变特性研究 假设含水原油属于幂率流体，其流变方程为 r = 七( 1 别d u 、 = 仉石d u 式中 k 一稠度系数，p a s o ； 粕一为表观黏度，仉= 七f t 塑a r l ) “ 0 - 2 ) f i g u r e l - 1 c h a r to f c o n d u i t f l o w 将式( 1 - 1 ) 与式( 1 - 2 ) 合并，得 七= 害 积分得 ；瀣 ；焘( 置，譬 m s ， 由，q = u 2 m d r 将式( 1 3 ) 代入并积分得 q = 万( 封陆 r 半 c ，哪 两边取对数得 z 妒l l g + l g i 石( 封( 志1 ) 五竿i m s ， 一 jl z 颤厶，十j 打，i 对集输管道试验数据处理得到一组，a p ) 值，再由压差计算壁面平衡剪切应力 4 大庆石油学院硕士研究生学位论文 k = a p o ( 4 t ) ，由流量换算剪切率y = 8 v d ，有 g 等= k k 等) ”卜罟 m 回 或 如，砘 七“卜； 式中 珂一一流变指数5 d 一一管道直径，m5 v - - 一油水混合物平均流速，m s 将试验的压降a p 、流量q 整理成7 v = 卸d ( 4 ) 和，= 8 d ，分析得出，埯f w 茅1 1 l g ) 呈直线关系，说明试样是幂率流体，以上假设是正确的。直线的斜率即流变指数1 1 ，截 距止可得稠度系数j = 南一 取新立采油厂和前大采油厂的数据处理得到n ，k 值。 图1 - 2 和图1 - 3 为新立和前大采油厂的含水率与稠度系数k 的关系曲线。 图1 - 2 新立采油厂含水率对稠度系数k 的影响 f i g u r e l - 2 i n f l u e n c eo f w a t e rc o n t e n to l lc o n s i s t e n c yc o e f f i c i e n ti nl i x i no i lf a c t o r y 第1 章高含水原油的流变特性研究 图1 3 前大采油厂含水率对稠度系数k 的影响 f i g u r e1 - 3i n f l u e n c eo f w a t e rc o n t e mo l lc o n s i s t e n c yc o e f f i c i e n ti nq i a n d a c a io i lf a c t o r y 1 1 2 转相点的确定 黏度是油水混合物流变性的重要参数。与油水混合物的黏度有关的三个重要参数 是：原油黏度、液体温度、原油含水率。当油水混合物流变特性不符合牛顿内摩擦定律 时，其黏度变化与速度梯度有关。这种情况下的黏度一般称为表观黏度。实验证明：含 水原油的表观黏度在很大程度上取决于原油的含水率。从图1 2 新立采油厂含水率与稠 度系数k 的关系曲线圈可以看出，含水率在7 0 8 0 之间时，稠度系数k 有个转变的 过程，证明管道中的含水原油在7 0 8 0 之间发生转相；由图1 3 前大采油厂含水率 与稠度系数k 的关系曲线图可以看出，含水率在6 0 7 0 之间时，稠度系数k 有个转 变的过程，说明管道中的含水原油在6 0 7 0 之间发生转相。产生此种现象的原因是： 当含水率较小时，分散相( 水) 液滴间隔较大，它们之间的相互作用只有通过连续相( 油) 速度场的相互作用才能表现出来；随着含水率的增加，含水原油的表观黏度变化不大， 而当含水率大到一定程度时，连续相( 油) 中的分散液滴( 水) 急剧增多，这使得相间表面 增大。由于液滴的相互作用增强，在液流中发生液滴间的碰撞和相对滑动，以及相间表 面能的作用，从而导致表观黏度的迅速上升；当含水率达到转相点时，液滴发生变形， 此时含水原油表观黏度发生突变“1 。 当含水超过反转点时，分散相( 水) 成为连续相，而连续相( 油) 则成为分散相，即油包 水型转变为水包油型乳状一悬浮液。 输送连续相为水的水包油型含水油所有消耗的能量比输送连续相为油的油包水含 水原油所消耗的能量少。所以在实际地面集输管道中要特别注意这个问题。 影响相转变的因素主要有温度、含水率、油黏度、混合物流速、液滴直径及其分布 以及流态。由于试验条件的限制，只研究了一定流态下含水率、油温度的影响。 通过上面的分析选择试验油井时应该选择产液量较大，平均含水率大于转相点的油 6 大庆石油学院硕士研究生学位论文 井来进行试验。 在相转变点附近，油水乳状液的表观黏度明显地提高，相应管道中的沿程摩阻急剧 增加，这一现象在油水输送过程中要极力避免，因此相转变点是油水输送系统管道设计 中一个至关重要的参数。在以往的文献 5 ，6 】中已有一些关于油水两相流动的研究报导， 但是这些研究大多是基于油水两相并未乳化情况下进行的。h a r a l d 等研究了水平管内油 水乳状液在油包水时的压力降及表观黏度”1 ，但未对水包油型油水乳状液进行研究，对 于油水乳状液在w o 和o ，w 时的流动特性未获得一个全面的认识和了解。 1 2 含蜡量对含水原油流动的影响 由表1 - 1 和表1 2 的统计结果可以看出，在进行常温输送时，集输温度均达不到蜡 熔点，在集输管道中还有大量的蜡存在，对进行常温输送会带来很大的安全隐患，而含 蜡量的存在也会对集输管道中油水乳状液的稳定性有一定的影响。 表1 - 1吉林油田试验油区物性情况表 t a b l e1 - 1 p h y s i c a lp r o p e r t yo f j i l i nt e s tr e g i o n 表l 一2 部分油井产液量与井口出油温度统计表 t a b l e l - 2s t a t i s t i c so f f l u i dp r o d u c t i o na n dw e l lh e a dt e m p e r a t u r eo f s o m eo i lw e l l s 第1 章高含水原油的流变特性研究 我国所产原油多属于高含蜡原油，在实际生产过程中，含蜡原油的低温安全经济输 送问题一直没有得到很好的解决。含蜡原油是一种组成复杂的混合物，其流变性与其组 成( 蜡、胶质和沥青质) 有关，也与其经历的热历史和剪切历史有关。含蜡原油的流变性 是输油管道科学设计和安全运行的重要基础数据。国内为许多学者对含蜡原油的宏观流 变性进行了大量研究，在定性方面已取得了若干共识，即在较高温度下，原油总的蜡以 分子形式溶于液态原油中，此时原油呈现牛顿流体流变性质；当温度降低到一定程度时， 蜡逐渐结晶析出，并以固体颗粒形式悬浮于液态原油中，此时原油表现出假塑性、触变 性等非牛顿流体性质，温度进一步下降，则蜡晶进一步增多并互相联结，形成三维网络 结构，原油的液态组分包含于其中；原油就会失去流动性“3 ，对于含水原油在集输管道 中的黏度增大，对于含水率低的原油温度低时就可能会失去流动性，堵塞管道，出现凝 管现象。 油水界面膜稳定是原油乳状液稳定的一个重要因素。通常认为，原油中的界面活性 组分( 如沥青质、胶质混合物) 能在油水界面形成界面膜，阻止液滴聚并，增加原油乳状 液的稳定性。原油中的蜡组分含有极性基团，当温度较高时，蜡组分可以吸附在油水界 面上，脾低油水界面张力；当温度较低时，蜡组分形成的蜡晶聚集在油水界面，能提高 界面膜的强度和乳状液的稳定性”1 。 图1 4 为在吉林含水原油中拍摄到的蜡晶图片“”。 图l - 4 吉林含水原油中的蜡晶 f i g u r e l - - 4w a xc r y s t a li nt h ew a t e rc o n t e n tc r u d eo i l 由于目前对蜡晶形态、结构的描述本质上还是定性的，因此阻碍了蜡晶微观结构与 原油宏观流变性间定量关系的建立妨碍了对含蜡原油流变性及改性机理的深入认识。为 了建立含蜡啄油流变性与蜡晶形态和结构关系的机理模型，深入探讨含蜡原油的流变性 及改性机理，应首先对蜡晶的大小、形态等特征进行量化描述。对于给定的原油，在不 同的处理条件下，蜡晶的大小及其分布有明显的不同，其流变性表现出显著的差别，因 而蜡晶的大小及其分布、形状等将是衡量含蜡原油改性效果的重要技术指标。对于给定 大庆石油学院硕士研究生学位论文 的原油，在温度一定的情况下，蜡晶的平均粒度越大，蜡晶粒度的分布越宽，对应条件 下原油的流变性越好，黏度越小，屈服应力越小，或在同样条件下凝点越低；在不同的 处理条件下，如果蜡晶图像特征变化不明显，则原油的流变性也无显著变化。 图1 - 5 吉林含水原油油水界面黏度与温度关系 f i g u r e l - 5 r e l a t i o nb e t w e e no i l w a t e ri n t e r f a c ev i s c o s i t ya n dt e m p e r a t u r ew a t e rc o n t e n tc r u d eo i lo f t h e w a t e rc o n t e n tc r u d eo i l 由图1 5 可以看见，在相同剪切时间下，在2 0 c 4 0 c 温度范围内，随温度升高， 界面黏度逐渐增加，表现出三维体系的负触变体的特性。当温度升到4 0 c 后，界面黏度 急剧下降。 由胶质、沥青质等界面活性组分形成的界面膜结构强度在剪切作用下逐渐降低。当 原油界面活性组分含有蜡晶、温度较低时，界面黏度随温度升高而增大，界面膜表现为 负触变性或胀流性；当温度高于析蜡点时，界面黏度随温度升高而降低。蜡晶的存在可 以改变界面膜的流变特性，增大界面膜的强度。蜡晶与胶质、沥青质等界面活性组分形 成的界面膜能有效地阻止液滴的聚并，增加乳状液的稳定性1 。 9 第2 章管输高含水原油降低掺热水量试验研究 第2 章管输高含水原油降低掺热水量试验研究 节能降耗已成为油田至关重要的亟待解决的问题。对油井实施不加热集输是矿场油 气集输系统节能降耗的主要措施之一，是国内外油田地面工程中的对含蜡原油进行输送 的一项新工艺，而且经济效益显著。针对吉林油田地面集输系统集油温度高出凝固点 5 1 0 c ，热能消耗大的缺点，开展室内试验研究，测试凝油的黏壁温度，找到最低 极限集油温度，依据室内的试验结果进行现场试验“”。 2 1 最低集油温度研究 根据新立和前大采油厂目前油井的生产情况和不同油层的原油性质，在压力不大于 1 5 m p a 时，对含水率分别为3 0 ，5 0 ，6 0 ，7 0 ，8 0 0 6 ，8 5 ；流量分别为5 m 3 d ， 1 0 m 3 d ，2 0 m 3 d ，3 0 m 3 d ，4 0 m 3 d ，6 0 m 3 d 情况下的最低极限集油温度进行研究。 该项研究是在引迸挪威p e t r e c o 公司制造的“轮形管流动模拟器”“”上进行的。 l 试验条件 含水率：3 0 ，5 0 ，6 0 ，7 0 ，8 0 ，8 5 ； 流量：5 m 3 d ，1 0 m 3 d ，2 0 m 3 d ，3 0 m 3 d ，4 0 m 3 d ，6 0 m 3 d ； 油气比：1 5 0 m 3 t 最低极限集油温度测试中的转轮线速度见表2 1 ： 表2 1最低极限集油温度测试中的转轮线速度表单位：m s t a b l e 2 - 1l n e a rs p e e do f t h er o t a t o ri nt h et e s to f m i n i m u mo i lg a t h e r i n gt e m p e r a t u r eu n i t ：m s 2 “轮形管流动模拟器”选用的测试参数如下 转轮规格：2 英寸轮( 内径0 0 4 9 3 m ) ； 1 ) 液相体积填充率：4 0 ( 4 0 ) ； 2 ) 起始降温温度：5 0 。c ； 3 ) 终止降温温度：5 c ； i o 大庆石油学院硕士研究生学位论文 4 ) 降温速率：1 0 h ： 5 ) 加样温度：4 0 4 5 3 凝油黏壁温度测试结果 应用“轮形管流动模拟器”分别对新立采油厂和前大采油厂原油在不同含水、不同 流量情况下的凝油黏壁温度进行了测试，测试结果如下： 前大采油厂不同条件下凝油黏壁温度见表2 - 2 表2 - 2 前大采油厂不同条件下凝油黏壁温度单位： t a b l e 2 - 2 t h e 劬p e l i | r e c o n d e n s i n g o i ls t i c k i n g t o t h e p i p e s w a l l i n d i f f e r e n t c o n d i t i o n - - q i a n d a c a i c r u d eo i lu n i t ： 图2 1 前大采油厂原油在不同含水率情况下流量与黏壁温度关系曲线 f i g u r e 2 1 r e l a t i o nc a r v eo ft h ep i p e - w a l l s t i c k i n gt e m p e r a t u r ea n d f l o wr a t ew i t hd i f f e r e n tw a t e r c o n t e n t - q i a n d a c a ie t u d eo i l 第2 章管输高含水原油降低掺热水量试验研究 图2 - 2 前大采油厂原油在不同流量情况下含水率与黏壁温度关系曲线 f i g u r e 2 - 2r e l a t i o nc u r v eo fp i p e - w a l l s t i c k i n gt e m p e r a t u r ea n dw a t e rc o n t e n tw i t hd i f f e r e n tf l o wr a t e - - q i a n d a c a ic r u d eo i l 表2 - 2 是前大采油厂不同含水、不同流量情况下的含水原油的黏壁温度测试结果。 图2 1 是用表2 - 2 的试验数据绘成的前大采油厂在不同含水情况下、含水原油黏壁温度 随流量变化曲线图。从图2 1 中可以看出，在管道中介质含水一定的情况下，黏壁温度 的变化趋势随管道中的流量增加而降低。凝油黏壁温度在含水较低的情况下，黏壁温度 较高。这是因为低含水时，原油乳状液是油包水型，在管道中流动时，与管道内壁接触 比较均匀，所以黏壁温度较高。比如含水3 0 、流量为5 m 3 d 时，其黏壁温度为最高， 为2 9 ；丽含水为8 5 、流量为6 0 m 3 d 时，其凝油黏壁温度最低，为2 0 新立采油厂不同条件下凝油黏壁温度见表2 3 表2 - 3 新立采油厂不同条件下凝油黏壁温度 单位： t a b l e 2 - 3t h et e m p e r a t u r ec o n d e n s i n go i ls t i c k i n gt ot h ep i p e sw a l li nd i f f e r e n tc o n d i t i o n l i x 扯c r u d e o i lu n i t ： 大庆石油学院硕士研究生学位论文 图2 - 3 新立采油厂不同含水率情况下流量与黏壁温度关系曲线 f i g u r e 2 - 3 r e l a t i o nc u r v eo fp i p e - w a l l - s t i c k i n g t e m p e r a t u r e a n d f l o wr a t ew i t hd i f f e r e n tw a t e r c o n t e n t - l i x i nc r u d eo i l 图2 - 4 新立采油厂不同流量情况下含水率与黏壁温度关系曲线 f i g u r e 2 4 r e l a t i o nc u eo fp i p e - w a l l - s t i c k i n gt e m p e r a t u r ea n dw 撕c o n t e n tw i t hd i f f e r e n tf l o wr a t e - l i x i nc r u d eo i l 表2 3 是新立采油厂不同含水、不同流量情况下的含水原油的黏壁温度测试结果。 图2 3 是用表2 3 的试验数据绘成的新立采油厂在一定含水情况下、含水原油黏壁温度 随流量变化曲线图。从图2 4 中可以看出，在管道中介质含水一定的情况下，黏壁温度 的变化趋势随管道中的流量增加而降低。其变化趋势与前大采油厂含水原油黏壁温度相 同。 由于新立采油厂原油的凝固点为3 5 c ，比前大采油厂原油凝固点高3 ，因此比同 条件下的前大采油厂原油黏壁温度高。 对于水包油型原油乳状液的管输过程中，当温度较低时油珠将聚结成油块。在管线 内流动过程中的旋涡作用下，油块有向管内壁撞击的概率，如果油块与管内壁的撞击具 有足够的强度，油块与内管壁的机械碰撞将破坏管内壁上的水膜，油块将部分或全部黏 第2 章管输高含水原油降低掺热水量试验研究 附在管内壁上n ”。 水包油型原油乳状液承受的剪切作用越大，即管道内的流速越高，则油珠的聚结温 度越低。其凝油黏壁温度也低。有些高产液量油井由于产出液含水率高和产液量高，即 使在不加药的情况下也能实现长期不掺水集油就是一个很好的说明“。 实验研究结果表明，当流量一定的情况下，凝油黏壁温度的变化趋势是随管道中介 质的含水率升高而降低；当管道中介质的含水率一定的情况下，凝油黏壁温度的变化趋 势是随管道中介质的流量增加而降低。 在相同条件下，新立采油厂凝油黏壁温度比前大采油厂凝油黏壁温度高。 前大采油厂凝油黏壁温度在含水率3 0 、流量5 m 3 d 的情况下最高，为2 9 ；凝油 黏壁温度在含水率8 5 、流量6 0 0 d 的情况下最低，为2 0 新立采油厂凝油黏壁温度在含水率3 0 、流量5 m 3 d 的情况下最高，为3 4 ；凝油 黏壁温度在含水率8 5 、流量6 0 m 3 d 的情况下最低，为2 1 通过以上的试验数据的分析，结合以往矿场实际经验，油井低温集输温度界限为凝 油黏壁温度以上1 0 1 5 1 2 2 2 现场试验结果分析 2 2 1 试验方案 l 试验前准备 为了确保试验区块的安全生产、试验项目的顺利进行，在正式试验前应做了以下方 面的准备工作： 1 ) 合理确定试验区块及试验井组、单井。 2 ) 结合室内实验研究结果及现场实际情况编写试验研究试验方案。 3 1 检查生产流程上所配备的阀门、压力表、温度计等设施是否完整好用，是否满足 试验需要。 钔准备试验用记录表； 5 ) 落实泵、罐车，以备出现凝管事故时可以进行通管。 2 试验的内容及试验过程 1 ) 对现有条件下的集油单井和集油环逐步减小伴热水量或掺输热水量来降低回液 温度，以每2 1 2 为一界限，每降低2 后运行2 4 小时，正常后继续降温，直至完全停止 伴热热水量和掺输热水量来实现无附加条件的常温输送。 2 1 试验过程的控制参数：井1 2 1 回压不超过1 5 m p a 3 1 试验过程中需要监测的参数为： ( 1 ) 油井回压； ( 2 ) 油井出油温度； ( 3 ) 油井回液温度； 1 4 大庆石油学院硕士研究生学位论文 ( 4 ) 掺输环回液温度； ( 5 ) 井组回油温度； ( 6 ) 间内回液总管压力； ( 7 ) 抽油机上、下载荷。 3 试验步骤 1 ) 在不改变现有生产时记录井口回压、井口出油温度、集油环回油温度、井组回 油温度、间内回液总管压力、抽油机上、下载荷、测量油井产液、产油情况。 2 ) 将单井伴热水量和集油环掺输水量减少来降低回液温度，以每2 c 为一界限，每 降低2 c 后运行“小时，期间观察生产各项参数，记录变化情况。正常后继续降温，直 至完全停止伴热热水量和掺输水量来实现常温输送。如果出现异常，当油井井口回压不超 过1 5 m p a 时或抽油机上、下载荷出现变化时进行分析研究决定是否恢复小环状掺输流 程进行生产。 4 试验及记录要求 1 ) 试验前要求记录一组原始数据，按目前生产温度为基准，以2 c 为梯度往下降， 跟踪运行情况保证生产安全。 2 ) 调节单井或集油环的掺水阀门开度，使该单井或环的回油温度达到试验要求。 3 ) 要求回油温度二小时记录一次，井口压力- d , 时记录一次，掺水流量、回液流 量四小时记录一次，油井的上载荷、下载荷要求四小时记录一次。 2 2 2 井口温度的影响 l 井口温度与含水率的关系 不同含水期的井口液流的温度是由地层温度所决定的。由于在一般情况下，当温度 高于3 5 c 时原油属于牛顿流体；当温度低于3 5 c 时原油属于非牛顿流体；当温度低于 2 5 c 时属假塑性的非牛顿流体“”。因此，液流温度越高，就越有利于石油的管道输送和分 离。通过对新立采油厂2 1 8 区块的1 2 口油井的实际检测，得出了井口温度随含水率变 化的关系曲线及井口温度与产液量的关系曲线( 见图2 5 ) 从图2 - 5 可以看出，随着油田开发时间的延长，综合含水率成急剧上升趋势，而液 流温度亦随含水率的上升而升高。当含水率大于7 8 以后，井口温度均高于3 5 ，即 此时油流都属于牛顿流体。通过试验表明，此时液流温度不仅可以满足管路集输的要求， 而且也能满足计量分离等工艺需要。油田进入高含水期生产后，液流温度已完全满足常 温输送技术要求“”。 第2 章管输高台水原油降低掺热水量试验研究 图2 - 5 井口温度与含水率关系曲线 f i g u r e2 - 5 r e l a t i o nc u r v eo f w a t e rc o n t e n ta n dw e l lh e a dt e m p e r a t u r e 2 井口温度与产液量的关系图 图2 - 6 为新立3 样计量间各井井口温度与产液量分布关系图，由井口温度与产液量的 关系图可以看出，产液量越大井口温度越高，产液量越小井口温度越低。 图2 - 6 井口温度与产液量关系图 f i g u r e 2 - 6r e l a t i o n c u r v eo f f l u i d p r o d u c t i o n a n d w e f t h e a d t e m p e r a m r e 2 2 - 3 计量间数据统计结果 l 流程介绍 在新立采油厂选取的是采油八队3 群计量间的5 个集油环，所采用的流程是，小环状 掺输流程。 1 ) 流程介绍：小环状掺输流程是指将3 5 口井串在一个集油环上，油从环的一端 迸站，另一端由集油站掺水，掺入水是三相分离器脱除后的活性水，在适当的温度和机 械剪切作用下，使油以小的滴状分散在水中，被油水晃面间的薄膜所包围，形成水包油 大庆石油学院硕士研究生学位论文 型乳化液，从而使油与管道内壁间的摩擦及油和水间的内摩擦，改变为水与管道内壁问 的摩擦和水与水间的内摩擦，大大地降低了管路输送时的摩阻“”。 试验所在的采油八队3 群计量间共有5 个集油环，其中在a 、c 、f 集油环上开展试 验，管辖1 2 口油井，各环的长度、规格、含水率、掺输环回液汇管温度及产液量等见 下表： 表2 4 试验区块自然条件 t a b l e2 - 4n a t u r a lc o n d i t i o no f t h et e s tr e g i o n 从表2 - 4 中可以看出，各环产液量在3 8 t d 5 5 t d ，含水率在1 5 8 9 8 1 井口出 油温度最低1 6 ，最高3 5 2 试验结果分析 从2 0 0 6 年5 月3 0 日至7 月3 0 日，对新立3 # 计量间，实验区块a 、c 、f 集油环 进行关掺水试验。下面绘制了该三个集油环计量间回油温度及回油压力随时间的变化曲 线图。 1 ) 关掺水集油环集输分析 f 环a p + 2 1 s 一2 0 6 环m 1 8 - 2 0 6 、2 1 8 0 3 0 5 、+ 2 1 8 - 4 0 5 、2 1 8 - 0 4 0 6 、2 1 8 0 4 0 5 ) 51 2 1 油井 进行降温集油现场试验。 第2 章管输高含水原油降低掺热水量试验研究 1 8 + 2 1 8 2 0 62 1 8 一0 3 0 5 2 1 8 一0 4 0 5 图2 7f 环流程图 f i g u r e 2 - 7f l o wd i a g r a mo f c i r c l ef 2 1 8 4 0 5 图2 - 8f 环回液回管温度 f i g u r e 2 - 8 b a c kf l u i dp i p et e m p e r a t u r eo f c i r c l ef 图2 - 9f 环回液汇管压力 f i g u r e 2 9 b a c kf l u i dp i p ep r e s s u r eo f c i r c l ef 大庆石油学院硕士研究生学位论文 表2 - 5f 环各井生产情况 1 h b l e 2 - 5p r o d u c t i o nc o n d i t i o n so f c i r c l ef 1 9 89 84 30 82 3 66 0 从2 0 0 6 年5 月3 0 日到7 月2 日的关掺水实验中，井口温度稳定在 + 2 1 8 2 0 64 3 c ，比试验前有所升高，井口压力稳定在o 8 m p a ，端点井为高含 水井，井口温度较高，井口含水原油为牛顿流体，有利于输送，运 行平稳，没有出现凝管及产量下降现象。 0 83 7 53 00 8 54 5 0 6 0 从2 0 0 6 年5 月3 0 日到7 月2 日的关掺水实验中，井口温度稳定在 2 1 8 一0 3 0 5 3 0 ，井口压力最高为o 8 5 m p a ，含水率低，运行平稳，没有出现凝 管及产量下降现象。 2 3 49 94 30 82 1 06 0 从2 0 0 6 年5 月3 0 日到7 月2 日的关掺水实验中，井口温度稳定在 + 2 1 8 4 0 5 4 3 ，井口压力稳定在0 8 m p a ，运行平稳，没有出现凝管及产量下 降现象。 0 56 03 l0 82 9 66 0 从2 0 0 6 年5 月3 0 日到7 月2 日的关掺水实验中，井口温度稳定在 2 1 8 - - 0 4 0 6 3 l ，井口压力稳定在o 8 m f a ，运行平稳，没有出现凝管及产量下 降现象。 2 34 02 80 82 8 56 0 从2 0 0 6 年5 月3 0 日到7 月2 日的关掺水实验中，井口温度稳定在 2 1 8 一0 4 0 5 2 8 ( 3 ，井口压力稳定在o 8 m p a ，运行平稳，没有出现凝管及产量下 降现象。 从上表中可以看出，在进行停掺热水的试验过程中，每口井的井口温度都有较大升 高，由于停掺水端点井+ 2 1 8 - - 2 0 6 的产液量降低，2 1 8 - - 0 4 0 6 油井的产液量有点降低， 受井口压力的影响其它三口井产量均升高。 5 月3 0 日通过对掺输水阀进行大幅度往下调，回液温度从5 4 降至4 2 ，掺输水 压力从1 3 m p a 降至1 1 5 m p a ，掺水量、掺水压力，回油温度均较稳定，稳定生产至6 月2 日，继续下调掺输水阀，回液温度从4 2 降至3 8 ，掺输水压力从1 1 5 m p a 降至 o 7 8 m p a ，稳定生产至6 月8 日，继续下调掺输水阀直至完全关闭，成功的作到了停掺， 回液温度仍然稳定在3 8 ，没有出现堵环现象。 1 9 第2 章管输高含水原油降低掺热水量试验研究 紧密跟踪该环动态数据，生产正常。6 月2 1 日由于+ 2 0 6 作业停井、0 3 0 5 开抽，致 使回液温度降至2 30 c ，考虑维护正常生产打开掺输水阀，使回液温度回升，第二天继续 下调，6 月2 5e t + 2 0 6 作业停井、+ 4 0 5 、0 4 0 5 待修停，6 月2 9 日0 4 0 5 开抽，7 月1 日 + 4 0 5 开抽，在这些生产波动情况下，试验还在继续，通过下调掺输水阀，将回液温