CN111518587A - 海上石油平台稠油除砂系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上石油平台稠油除砂系统，包括依次相连通的第一混合组件、初步除砂组件、第二混合组件以及分离组件，第一混合组件用于将稠油与水源混合形成含砂油水混合物；初步除砂组件用于将含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；第二混合组件用于将初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；分离组件用于将不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。通过提高稠油的含水率，从而有利于含砂油水混合物通过离心等方法初步除砂，进而在破乳剂的作用下进行二次除砂并除水，能够充分发挥乳化再破乳、离心分离以及重力沉降的协同作用，最大化发挥单台设备处理效果，大大提高除砂分离效率。

Description

海上石油平台稠油除砂系统及方法

技术领域

本发明属于海洋石油平台稠油处理技术领域，具体涉及一种海上石油平台稠油除砂系统及方法。

背景技术

我国海洋稠油资源较为丰富，越来越多的海底稠油、超稠油需要开发。以渤海油田为例，探明稠油地质储量占总探明储量55％，由于热采降黏增产效应明显，单井产量将是常规采油3～10倍以上，5.6亿吨二类稠油(＞350cP)需要采用热采开发，1亿吨需要热采的稠油已动用，4.6亿吨稠油未动用。

当前，我国海洋稠油热采规模化开发处于起步阶段，稠油热采由于井底防砂的特殊性使得采出的原油含砂量远大于常规采出的原油。且稠油由于粘度大，乳化较为严重，采出原油中“油裹砂”、“油包水”现象较为明显，此种条件下稠油除砂难度极大。根据对国内外厂商的调研沟通，需要将稠油粘度大幅下降或从中除砂。在陆上油田，通常通过以下两种方式来进行稠油除砂：一是升温降粘，通过注入高温蒸汽等措施将采出液粘度降低至100mPa.s左右进行除砂，二是通过大罐重力沉降除砂，在辅助掺热的条件下沉降时间约在24h左右。当前，海洋石油稠油开发还处于起步阶段，利用高温蒸汽降黏条件还不充分，且受空间重量限制，无法实现大罐沉降除砂，因此需要探寻适合海洋平台的稠油除砂方案。

发明内容

本发明针对海上石油平台稠油除砂受空间限制，无法采用传统的陆上除砂工艺的技术问题，提供一种海上石油平台稠油除砂系统及方法。

本发明提供的一种海上石油平台稠油除砂系统，所述除砂系统包括依次相连通的第一混合组件、初步除砂组件、第二混合组件以及分离组件，所述第一混合组件用于将稠油与水源混合形成含砂油水混合物；所述初步除砂组件用于将所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；所述第二混合组件用于将所述初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；所述分离组件用于将所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

在其中的一个实施例中，所述初步除砂组件包括旋流除砂器。

在其中的一个实施例中，所述旋流除砂器为一组或两组以上联用。

在其中的一个实施例中，所述分离组件包括四相分离器。

在其中的一个实施例中，所述除砂系统还包括砂浆收集处理组件，所述砂浆收集处理组件与所述初步除砂组件以及所述分离组件相连通。

本发明还提供了一种海上石油平台稠油除砂方法，所述除砂方法包括以下步骤：

第一混合步骤，使稠油与水源混合形成含砂油水混合物；

初步除砂步骤，使所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；

第二混合步骤，使初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；

分离步骤，使所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

在其中的一个实施例中，在所述第一混合步骤中，所述含砂油水混合物的含水率至少在反相点以上20％且所述含砂油水混合物的含水率高于70％。

在其中的一个实施例中，所述初步除砂步骤采用旋流除砂器进行初步除砂，进入所述旋流除砂器的含砂油水混合物的流速为5m/s～8m/s，所述旋流除砂器的单台压降小于3bar。

在其中的一个实施例中，所述第二混合步骤中，所述破乳剂选用耐剪切的破乳剂，所述不稳态稠油悬浊物中破乳剂的体积浓度为100ppm～200ppm。

在其中的一个实施例中，所述分离步骤采用四相分离器，所述不稳态稠油悬浊物在所述四相分离器中的停留时间为10.0min～30.0min。

上述海上石油平台稠油除砂系统及方法，通过提高稠油的含水率，形成含水率在反相点以上20％且含水率高于70％的含砂油水混合物，从而有利于含砂油水混合物通过离心等方法初步除砂，进而在破乳剂的作用下进行二次除砂并除水，实现油砂、油水分离；通过初步除砂以及二次分离，以及机械、化学除砂方法组合，能够充分发挥乳化再破乳、离心分离以及重力沉降的协同作用，最大化发挥单台设备处理效果，大大提高除砂分离效率，且除砂系统紧凑，工艺流程短，无需额外调整物流温度，更适用于海上石油平台的空间、重量特点。

附图说明

图1本发明海上石油平台稠油除砂系统结构示意图；

其中，100-第一混合组件；110-稠油管线；120-水源管线；130-含砂油水混合物管线；200-初步除砂组件；210-砂浆管线；220-初步除砂稠油管线；300-第二混合组件；310-破乳剂管线；320-不稳态稠油悬浊物管线；330-常规原油管线；400-分离组件；410-气相出口管线；420-油相出口管线；430-水相出口管线；440-砂浆出口管线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

请参阅图1所示，本发明一实施例的海上石油平台稠油除砂系统，包括依次相连通的第一混合组件100、初步除砂组件200、第二混合组件300以及分离组件400，所述第一混合组件100用于将稠油与水源(例如高含水物流)混合形成含砂油水混合物；所述初步除砂组件200用于将所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；所述第二混合组件300用于将所述初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；所述分离组件400用于将所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

上述海上石油平台稠油除砂系统，通过提高稠油的含水率，形成含水率在反相点以上20％且含水率高于70％的含砂油水混合物，从而有利于含砂油水混合物通过离心等方法初步除砂，进而在破乳剂的作用下进行二次除砂并除水，实现油砂、油水分离；通过初步除砂以及二次分离，以及机械、化学除砂方法组合，能够充分发挥乳化再破乳、离心分离以及重力沉降的协同作用，最大化发挥单台设备处理效果，大大提高除砂分离效率，且除砂系统紧凑，工艺流程短，无需额外调整物流温度，更适用于海上石油平台的空间、重量特点。

此外，上述海上石油平台稠油除砂系统通过引入已有井口的高含水物流，可利用原有集输流程中已有的药剂和分离组件400，充分发挥乳化再破乳、离心分离以及重力沉降的协同作用，最大化发挥单台设备处理效果，占地小、重量轻、结构紧凑，特别适用于海洋石油平台。

与陆上稠油除砂系统相比，本发明的海上石油平台除砂系统不消耗热蒸汽，节省能源，同时，所采用的设备结构紧凑，占地小、重量轻，在海洋稠油开发过程中均有很好的应用前景。

其中，第一混合组件100的进口与稠油管线110以及水源管线120连通，第一混合组件100的出口通过含砂油水混合物管线130与初步除砂组件200的进口连通。按一定比例通过稠油管线110引入的稠油以及通过水源管线120引入水源并在第一混合组件100中充分混合，利用高含水物流提高含砂稠油的含水率，使形成的含砂油水混合物含水率在反相点以上20％且含水率高于70％，降低了含砂油水混合物的黏度以及油水界面张力，使第一混合组件100中的含砂稠油的油砂乳状液被打破，部分砂粒进入水相，然后通过含砂油水混合物管线130进入初步除砂组件200，在初步除砂组件200中更便于含砂油水混合物在离心力的作用下被除去，从而将含砂稠油中的部分砂粒除去。

初步除砂组件200的底部还与砂浆管线210连通，用于收集被旋流沉降的砂粒，进而对收集的砂粒进行进一步的处理。

第二混合组件300通过初步除砂稠油管线220与初步除砂组件200连通，通过初步除砂稠油管线220引入初步除去砂粒的初步除砂稠油，同时，第二混合组件300还与破乳剂管线310连通引入破乳剂，使初步除砂稠油与破乳剂在第二混合组件300中充分混合，趋于分离的油砂液滴被破坏，砂粒从原油中释放，小的原油颗粒在破乳剂作用下结合成大颗粒，并与砂粒实现分离，形成不稳态稠油悬浊物，进而通过不稳态稠油悬浊物管线320引入分离组件400。不稳态稠油悬浊物进入分离组件400进行重力沉降，油、水、砂在分离组件400中实现分离。

可选的，分离器组件包括四相分离器，该四相分离器除了与不稳态稠油悬浊物管线320连接外，还分别与气相出口管线410、油相出口管线420以及水相出口管线430连通，进而通过气相出口管线410、油相出口管线420以及水相出口管线430将分离的气相物流、油相物流以及水相物流分别引入不同的暂存装置中以进一步的处理或输送。进一步可选的，分离器底部设有在线除砂装置，以便于操作和及时排砂。

可选的，第一混合组件100、第二混合组件300可以选用管道混合器，管道混合器结构简单，无需任何机械运动部件，适用于海上石油平台对空间以及重量的要求。

作为一种可选实施方式，所述初步除砂组件200包括旋流除砂器。其中，初步除砂组件200可以单独使用一组旋流除砂器，也可以多组旋流除砂器联用。例如，两组旋流除砂器或三组旋流除砂器联合使用进行初步除砂。根据除砂工艺的需求，可灵活选择旋流除砂器的串联使用或并联使用。进入旋流除砂器的含砂油水混合物为油、气、水、砂四相，旋流除砂器内部旋流子选用耐磨蚀材料。

作为一种可选实施方式，第二混合组件300还通过常规原油管线330引入常规采油井口物流，引入常规方法开采的原油一并进行除砂处理。

作为一种可选实施方式，所述除砂系统还包括砂浆收集处理组件，所述砂浆收集处理组件与所述初步除砂组件200通过砂浆管线210连通，通过砂浆出口管线440与所述分离组件400相连通。

本发明的第二大方面，提供了一种海上石油平台稠油除砂方法，本发明一实施例的所述除砂方法包括以下步骤：

第一混合步骤，使稠油与水源混合形成含砂油水混合物；

初步除砂步骤，使所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；

第二混合步骤，使初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；

分离步骤，使所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

上述海上石油平台稠油除砂方法，通过提高稠油的含水率，从而有利于含砂油水混合物通过离心等方法初步除砂，进而在破乳剂的作用下进行二次除砂并除水，实现油砂、油水分离，通过初步除砂以及二次分离，利用机械和化学处理相结合的方法，在海洋平台有限的空间内提高分离效率，实现稠油除砂；且除砂系统紧凑，工艺流程短，更适用于海上石油平台的空间、重量特点。

可选的，本发明的海上石油平台稠油除砂方法采用上述海上石油平台稠油除砂系统实现。其中，第一混合步骤在第一混合组件100中进行，使稠油与水源混合形成含砂油水混合物；初步除砂步骤在初步除砂组件200中进行，使所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；第二混合步骤在第二混合组件300中进行，使初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；分离步骤在分离组件400中进行，使所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

上述海上石油平台稠油除砂系统基于除砂方法运行时，

根据含砂稠油的产液量，确定引入高含水井流(含水率在90％以上的井口)流量，使混合后的含砂油水混合物的含水率高于70％且高于反相点含水率20％以上。混合后的含砂油水混合物进入第一混合组件100中进行充分混合，含砂油水混合物中油砂液滴被破坏，部分砂粒进入水相。经第一混合器作用后的含砂油水混合流体进入旋流除砂器，大部分水中砂粒和少量油中砂粒被去除，在离心力的作用下，油中砂粒与原油处于分离趋势，后与常规采油原油、破乳剂混合后进入第二混合组件300，经过第二混合组件300混合后，趋于分离的油砂液滴被破坏，砂粒从原油中释放，小的原油颗粒在破乳剂作用下结合成大颗粒，并与砂粒实现初步分离，从第二混合组件300出口的不稳态稠油悬浊物进入分离组件400，借助于分离器重力沉降实现油、气、水、砂的四相分离。经分离器除砂的砂浆经砂浆出口管线440与经旋流除砂器部分除砂的砂浆管线210汇合后进入下游沉砂洗砂工艺。经分离器分出的气相出口管线410进入下游气体处理系统，经分离器分出的含水油相出口管线420进入下游处理系统，经分离器分出的水相出口管线430进入下游生产水处理系统。

作为一种可选实施方式，在所述第一混合步骤中，所述含砂油水混合物的含水率至少在反相点以上20％且所述含砂油水混合物的含水率高于70％。本发明通过研究发现，提高含水率虽然能够使砂粒较为容易从稠油中分离出去，然而影响含砂稠油除砂率并不是简单的与含水率相关，还与其反相点的含水率有关，特别是高反相点含水率的稠油(反相点含水率高于50％)，若仅仅限定其第一混合步骤后含水率，则其除砂率并不理想。

不同稠油的反相点含水率也不尽相同，请参见表1所示，采用本发明的除砂方法进行稠油除砂时，含砂油水混合物中的含水率不同，其除砂率也大大不同。

表1不同稠油的反相点及除砂率

其中，除砂率＝除砂量/稠油含砂总量。

从表1可以看出，若单纯以油水混合物含水率高于70％，对于反相点含水率较低的稠油除砂分离影响不大，而对于反相点含水率较高的稠油，如反相点含水率在50％以上，仅使含砂油水混合物的含水率达到70％则其除砂率较低，进一步提高其含砂油水混合物的含水率，使其含砂油水混合物的含水率高于反相点含水率20％后，其除砂分离效率则大大提升。

作为一种可选实施方式，所述初步除砂步骤采用旋流除砂器进行初步除砂，进入所述旋流除砂器的含砂油水混合物的流速为5m/s～8m/s，所述旋流除砂器的单台压降小于3bar。通过控制进入旋流除砂器的流体流速在5m/s～8m/s，单台旋流除砂器的压降小于3bar，既能保证除砂效果，又能尽量降低供给除砂系统的压力。

作为一种可选实施方式，所述第二混合步骤中，所述破乳剂选用耐剪切的破乳剂，所述不稳态稠油悬浊物中破乳剂的体积浓度为100ppm～200ppm。

作为一种可选实施方式，所述分离步骤采用四相分离器，所述不稳态稠油悬浊物在所述四相分离器中的停留时间为10.0min～30.0min，限制停留时间在此范围内，既能保证除砂率，又能节省平台空间、重量。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种海上石油平台稠油除砂系统，其特征在于，所述除砂系统包括依次相连通的第一混合组件(100)、初步除砂组件(200)、第二混合组件(300)以及分离组件(400)，所述第一混合组件(100)用于将稠油与水源混合形成含砂油水混合物；所述初步除砂组件(200)用于将所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；所述第二混合组件(300)用于将所述初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；所述分离组件(400)用于将所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

2.根据权利要求1所述的除砂系统，其特征在于，所述初步除砂组件(200)包括旋流除砂器。

3.根据权利要求1所述的除砂系统，其特征在于，所述旋流除砂器为一组或两组以上联用。

4.根据权利要求1所述的除砂系统，其特征在于，所述分离组件(400)包括四相分离器。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的除砂系统，其特征在于，所述除砂系统还包括砂浆收集处理组件，所述砂浆收集处理组件与所述初步除砂组件(200)以及所述分离组件(400)相连通。

6.一种海上石油平台稠油除砂方法，其特征在于，所述除砂方法包括以下步骤：

第一混合步骤，使稠油与水源混合形成含砂油水混合物；

初步除砂步骤，使所述含砂油水混合物初步除砂形成初步除砂稠油；

第二混合步骤，使初步除砂稠油与破乳剂混合形成不稳态稠油悬浊物；

分离步骤，使所述不稳态稠油悬浊物进行油砂、油水分离。

7.根据权利要求6所述的除砂方法，其特征在于，在所述第一混合步骤中，所述含砂油水混合物的含水率至少在反相点以上20％且所述含砂油水混合物的含水率高于70％。

8.根据权利要求6所述的除砂方法，其特征在于，所述初步除砂步骤采用旋流除砂器进行初步除砂，进入所述旋流除砂器的含砂油水混合物的流速为5m/s～8m/s，所述旋流除砂器的单台压降小于3bar。

9.根据权利要求6所述的除砂方法，其特征在于，所述第二混合步骤中，所述破乳剂选用耐剪切的破乳剂，所述不稳态稠油悬浊物中破乳剂的体积浓度为100ppm～200ppm。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的除砂方法，其特征在于，所述分离步骤采用四相分离器，所述不稳态稠油悬浊物在所述四相分离器中的停留时间为10.0min～30.0min。

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