反滲透技術(shù)在海上多元熱流體熱采中的應(yīng)用

　　海上多元熱流體熱采技術(shù)是一項(xiàng)新的稠油開(kāi)采技術(shù)，該技術(shù)目前已在渤海海域的南堡35-2油田、旅大油田等稠油油田進(jìn)行了應(yīng)用，效果明顯，能大幅度提高稠油井的采油量〔1, 2〕。該項(xiàng)技術(shù)的原理：在高壓燃燒室內(nèi)注入工業(yè)柴油(原油或天然氣)作為燃料，同時(shí)注入高壓空氣及高壓水，燃燒產(chǎn)生的熱量將高壓水汽化，并將燃燒產(chǎn)物和高壓水蒸汽(即多元熱流體)通過(guò)管線一起注入井底。多元熱流體由于攜帶了大量熱量及CO2溶解氣，能顯著降低地層原油黏度，從而提高油田產(chǎn)油速度和最終采收率。多元熱流體技術(shù)流程如圖 1所示〔3, 4, 5〕。

 圖 1 多元熱流體技術(shù)流程

　　在多元熱流體技術(shù)中，水起到了兩方面的重要作用：一是用來(lái)冷卻高壓燃燒室，使燃燒室的溫度保持在350 ℃以下，防止溫度過(guò)高造成設(shè)備損壞;二是作為熱量的主要載體，用于加熱油層，降低原油黏度。當(dāng)?shù)蜏氐乃��?jīng)過(guò)燃燒室后，溫度升高變?yōu)楦邷厮�或水蒸汽，并與燃燒產(chǎn)物一起注入管柱。如果進(jìn)水礦化度偏高，易在發(fā)生器內(nèi)結(jié)垢，造成流道堵塞，降低加熱效率，因此，多元熱流體發(fā)生器對(duì)進(jìn)水有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，要求水質(zhì)干凈、低硬度、低礦化度。

　　1 水源選擇及水質(zhì)要求

　　多元熱流體的水源選擇需要考慮以下3點(diǎn)：(1)水源可取量大，系統(tǒng)每日消耗處理后的水為150～300 m3;(2)水處理設(shè)備占地面積小，平臺(tái)能夠擺放;(3)成本較低，經(jīng)濟(jì)性好。根據(jù)以上幾點(diǎn)，目前可選取的水源有2種：地?zé)崴�及海水。針�?duì)不同的水源，需選擇相對(duì)應(yīng)的水處理設(shè)備，使凈化之后的水能達(dá)到多元熱流體發(fā)生器的供水指標(biāo)。水源水質(zhì)及多元熱流體發(fā)生器的供水 指標(biāo)見(jiàn)表 1。

　　2 水處理系統(tǒng)

　　2.1 地?zé)崴�處理系統(tǒng)

　　地?zé)崴�處理流程如圖 2所示。

 圖 2 地?zé)崴�處理流�?BR>

　　地?zé)崴�處理系統(tǒng)包含3個(gè)單元，分別為預(yù)處理單元、換熱單元、反滲透單元。預(yù)處理單元包括增壓泵、脫氣罐、沉淀池、過(guò)濾器等，脫氣罐用于去除H2S及其他伴生氣;沉淀池用于去除大顆粒懸浮物、沙石;過(guò)濾器用于去除懸浮物、膠體、有機(jī)物及其他粗級(jí)雜物。

　　地?zé)崴�的原始溫度�?5～75 ℃，而反滲透膜的工作溫度為5～45 ℃;同時(shí)，進(jìn)入多元熱流體發(fā)生器的水溫越高，其加熱到設(shè)定出口溫度消耗的燃料越少，綜合考慮，換熱單元采取了2套板式換熱器方式。即預(yù)處理后的水經(jīng)過(guò)1號(hào)換熱器將水溫初步降低后，再經(jīng)過(guò)2號(hào)換熱器用海水再次降溫。經(jīng)過(guò)2次換熱后，水溫降至35 ℃以下，進(jìn)入反滲透處理單元。反滲透出水進(jìn)入1號(hào)換熱器，再將溫度升高至55～60 ℃后進(jìn)入水箱，最后注入多元熱流體發(fā)生器。

　　反滲透處理單元包括過(guò)濾、除鹽、加藥、藥沖洗和電控共5個(gè)系統(tǒng)，其中過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)水作進(jìn)一步的過(guò)濾處理;除鹽系統(tǒng)采用單級(jí)反滲透系統(tǒng);加藥系統(tǒng)進(jìn)行pH調(diào)節(jié)與加入阻垢劑等。經(jīng)過(guò)反滲透處理的濃水則直接排海。

　　針對(duì)地?zé)崴�礦化度高的特點(diǎn)，反滲透膜選用的是海德能公司PROC10系列芳香族聚酰胺復(fù)合材料膜。該膜具有運(yùn)行壓力低、除鹽性能好、不易污堵、技術(shù)性能穩(wěn)定、抗污染性好等特點(diǎn)。該膜的平均脫鹽率為99.75%，單支膜平均產(chǎn)水量為39.7 t/d，最高進(jìn)水壓力為4.14 MPa，進(jìn)水隔網(wǎng)厚度為0.863 6 mm ，直徑為203 mm，單支膜元件回收率為15%。該處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水480 m3/d，設(shè)計(jì)回收率為60%。

　　2.2 海水處理系統(tǒng)

　　海水處理流程如圖 3所示。

 圖 3 海水處理流程

　　海水處理系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，由于作業(yè)期間海水溫度為15～25 ℃，因此無(wú)需換熱單元，海水經(jīng)過(guò)過(guò)濾、增壓后可直接進(jìn)入反滲透處理單元。需要指出的是，由于海水的濁度與硬度均遠(yuǎn)高于地?zé)崴�，因此過(guò)濾設(shè)備與反滲透設(shè)備需要及時(shí)更換與清洗。為了達(dá)到相同的制水水量要求，海水的反滲透膜組數(shù)量也遠(yuǎn)高于地?zé)崴�的膜組數(shù)量。

　　針對(duì)海水淡化的特點(diǎn)，反滲透膜選用的是海德能公司SW系列海水淡化膜。該膜適用于海上和陸地安裝，具有耐壓能力高、運(yùn)行成本低、除鹽性能好、脫鹽效果穩(wěn)定等特點(diǎn)。該膜為進(jìn)水隔網(wǎng)厚度0.863 6 mm 、直徑203 mm、長(zhǎng)度1 000 mm的卷式組合，其平均脫鹽率為99.8%，單支膜平均產(chǎn)水量為34.1 t/d，最高進(jìn)水壓力為6.5 MPa，進(jìn)水溫度為5～45 ℃。系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水20 m3/h，設(shè)計(jì)回收率為50%。

　　3 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行情況

　　目前，這2套系統(tǒng)均已得到了良好的應(yīng)用。其中，地?zé)崴�處理系統(tǒng)已經(jīng)在南堡35-2平臺(tái)進(jìn)行了固化，并單獨(dú)設(shè)置了反滲透處理操作間(見(jiàn)圖 4)。地?zé)崴�處理系統(tǒng)自2008年至今共完成了20口井次的作業(yè)，每口井次提供2 000～5 000 m3的反滲透水，已累計(jì)制反滲透水64 000 m3。設(shè)備運(yùn)行期間，定時(shí)對(duì)處理后的水進(jìn)行取樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到多元熱流體發(fā)生器的供水指標(biāo)，效果良好。

　　海水處理系統(tǒng)于2013年在旅大5-2N、旅大16-1區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，分別提供了2 000 m3和1 500 m3的反滲透水。由于要求海水處理系統(tǒng)能夠方便地吊裝于可移動(dòng)的自升式平臺(tái) 上，因此將其做成2～3個(gè)集裝箱的形式，方便船舶的運(yùn)輸和平臺(tái)的安裝(見(jiàn)圖 4)�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，反滲透系統(tǒng)運(yùn)行良好，制水量穩(wěn)定，能夠保證多元熱流體技術(shù)的順利實(shí)施。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　圖 4 現(xiàn)場(chǎng)照片(左為地?zé)崴�處理操作間，右為海水處理集裝箱

　　4 結(jié)論

（1）首次將反滲透技術(shù)應(yīng)用于海上多元熱流體熱采技術(shù)中。通過(guò)對(duì)海上油田實(shí)際情況進(jìn)行分析，最終選擇地?zé)崴�和海水作為反滲透處理的水源，并針對(duì)2種水源的性質(zhì)設(shè)計(jì)了2套水處理系統(tǒng)。

（2）地?zé)崴�處理系統(tǒng)的換熱單元采取了2套板式換熱器設(shè)計(jì)，不僅保護(hù)了反滲透膜的正常工作，同時(shí)最大限度地利用了地?zé)崴�的熱能，即提高了多元熱流體發(fā)生器的供水溫度，降低了多元熱流體的燃料消耗，節(jié)約了成本。

（3）現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況表明，2套水處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，制水良好，保證了海上多元熱流體技術(shù)的順利開(kāi)展，為稠油增產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的支撐。