冀东油田南堡陆地高含水期油井掺水节能研究

２６　油气田地面工程第２９卷第１期（２０１０．１）　
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６８９６．２０１０．０１．０１３　
冀东油田南堡陆地高含水期油井掺水节能研究　

申权　王保民　赵炳章　崔娟丽　韩卫忠（中国石油冀东油田分公司）　
摘要：冀东油田南堡陆地已进入高含水　
期开发阶段，油井掺水工艺已显示出投资　
大、能耗高等缺点。为降低原油输送成本，　
通过对原油流变性和含水率、温度之间的关　
系，以及结蜡特性与含水率、温度之间的关　系进行分析，开展了离心掺水泵节能技术研　究。该研究成果应用于冀东油田，日节能折　合人民币０．８９４万元。　关键词：冀东油田；高含水期；油井掺　水；节能　１　油井掺水现状　冀东油田掺水工艺流程主要有双管掺水和环形　掺水两种，掺水基本选择各作业区转油站三相分离　器脱出游离水后加热到设定温度或直接回掺到各油　井的方式。目前，南堡陆地共有油井数１　２９１口，　有掺水流程的油井共１　０８４口，占油井总数的　８４　。全年掺水油井在调研阶段共５１３口，占掺水　油井的４７．３　。根据２００９年试验研究前的不完全　统计，全年平均油井掺水６　５６６　ｍ。／ｄ，耗气６　７２３　ｍ。／ａ，日掺水运行费用折合人民币１．３５９万元。　２　油井掺水节能研究　２．１原油流变性和含水率、温度之间的关系　冀东油田已进入高含水开发阶段，南堡陆地目　前综合含水９Ｏ　以上。高含水原油输送的流动特　性和开发初期相比已发生了很大的变化，因此从节　能等经济效益上考虑，高含水期油井掺水研究十分　必要。采取了小范围试验大规模推广的形式，首先　在油品性质比较好的老爷庙油田开始试验。　２．１．１原油物性分析　对老爷庙３２２口井的原油物性化验报告进行分　类，选出４口典型井原油进行分析。由于老爷庙区　块原油性质相对较好，按照《稠油集输及注蒸汽系　统设计技术规定（ＳＹＪ２７—８７）》和《油气集输设　计规范（ＧＢ５０３５０—２００５）》的定义，均不在稠油　和高凝原油的范围之内。凝点以２Ｏ℃为界：①超　过２０℃．为高凝原油；②０℃～２０℃之间为中　凝；③低于０℃的为低凝。黏度以５０　ｍＰａ・Ｓ为　界：①大于１００　ｍＰａ・Ｓ的为高黏；②５０～１００　ｍＰａ・Ｓ的为中黏；③小于５０　ｍＰａ・Ｓ的为低黏。　以这样的标准进行划分，Ｍ１０１一Ｐ１６井为高凝低　黏原油；Ｍ２７—１１井为中凝低黏原油；Ｍ１１８—１　井为低凝中黏原油；Ｍ２８—１３井为低凝低黏原油。　
２．１．２试验阶段　
通过大量的室内试验，找出了４种性质不同的　
原油流变性与含水、温度的变化规律。　
（１）高凝低黏原油（Ｍ１Ｏ１一Ｐｌ６井）。从　
Ｍ１０１一Ｐ１６井不同含水原油黏温曲线可以看出：　
温度在１５℃～２５℃时，原油黏度陡降；２５℃～　
４Ｏ℃，原油黏度下降缓慢；超过４Ｏ℃，近乎一条　
直线。含水超过７Ｏ％时，曲线比较平滑，黏度受　
温度影响不大。　
从Ｍ１０１一Ｐ１６井原油黏度随含水变化曲线可　
以看出：随着原油含水的升高，原油黏度上升；当　
含水达到２０　时，原油黏度达到最高，也就是转　
相点；当含水超过转相点，黏度下降较快。　
（２）中凝低黏原油（Ｍ２７—１１井）。从Ｍ２７一　
ｌｌ井不同含水原油黏温曲线可以看出：当温度低　
于３０℃，原油黏度陡降；３０℃～４５℃，黏度缓　
慢下降，超过４５℃；原油黏度随温度变化不大。　
从Ｍ２７—１１井原油黏度随含水变化曲线可以　
看出：随着原油含水的升高，原油黏度上升；当含　
水达到３０　时，原油黏度达到最高，即３Ｏ　是转　
相点；当含水超过３Ｏ　时，黏度陡降；含水大于　
５Ｏ　时黏度变化缓慢，含水８Ｏ　、３０℃时黏度值　
只有１０　ｍＰａ・Ｓ。　
（３）低凝中黏原油（Ｍ１１８—１井）。从Ｍ１１８　
１井不同含水原油黏温曲线可以看出：含水３Ｏ　
～
６０　，温度１５℃～３５℃，原油黏度下降较快；　
当温度超过３５℃，黏度平稳下降；当含水小于　
３０　或大于７Ｏ　，原油黏度随着温度的升高平缓　
下降。　
从Ｍ１１８—１井原油黏度随含水变化曲线可以　
看出：单井原油转相点为６０　；含水小于６０　时，　
随着含水的上升，黏度直线上升；含水为６Ｏ　～　
７０　时，黏度急速下降；当含水超过７０　以后，　
原油黏度平稳下降，而且低温时的变化更加明显。　
（４）低凝低黏原油（Ｍ２８—１３井）。从Ｍ２８—　
油气田地面工程第２９卷第１期（２０１０．１）　２７　
１３井不同含水原油黏温曲线可以看出，原油黏度　
随着温度的升高平缓下降。　
从Ｍ２８—１３井原油黏度随含水变化曲线可以　
看出：单井原油转相点为４０　；含水小于４Ｏ　时，　
随着含水的上升，黏度直线上升；当含水超过　
７０　以后，原油黏度平稳下降。　
２．２结蜡特性与含水率、温度之间的关系　
含蜡原油在油管内流动过程中不断向周围环境　
散热，当含蜡原油温度低于蜡的初始结晶温度时，　
蜡晶微粒便开始在油流中和管道内壁及抽油杆上析　
出。这时原油黏度急剧增加，随温度不断降低，析　
出蜡晶的数量增加，并相互交联成网状结构。当网　
状结构达到一定强度后，原油将失去流动而凝结，　
这就严重影响原油的生产和输送。　
通过大量的室内试验数据证明，随着含水率的　
升高，在转相点附近，原油结蜡量有一个转折。在　
转相点之前，随着乳化油含水升高，原油结蜡量也　
持续升高，到了转相点时，原油结蜡量大幅下降，　
并随着含水率的升高而降低；随着温度的降低，原　
油结蜡量升高，尤其是在原油凝点附近出现大幅升　
高，即原油结蜡量高峰期出现在转相点含水２０　
左右和凝点到凝点以下５℃区间内。　
试验研究证明，上述类型的原油含水超出　
７Ｏ　后都已过转相点，而且黏度随含水的上升变化　
缓慢，中高凝原油在温度超过４５℃时，原油黏度　
随温度不再发生大的变化。此试验结论在老爷庙油　
田的掺水中得到了成功的验证。　
２．３离心掺水泵节能技术　
根据离心泵的特性，其工况调节主要是流量。　
调节流量的方法，一是通过调节泵出口阀的开度，　
二是通过改变离心泵的转速进行调节（见图１）。　
如果通过以上两种方法把流量由Ｑ　调节到Ｑ　，假　
设在调节前泵的运行参数为Ｑ　，Ｈ　，Ｎ　，　
（Ｑ　，Ｈ　，Ｎ　分别为离心泵在转速为　时的流　
量、扬程、轴功率），调速后运行参数为Ｑ　，Ｈ　，　
Ｎ：，ｎ　（Ｑ　，Ｈ。，Ｎ　分别为离心泵在转速为　时　
的流量、扬程、轴功率），调节泵出口阀开度后的　
运行参数为Ｑ。，Ｈ。，Ｎ。，　（Ｑ　，Ｈ。，Ｎ。分别为　
离心泵调节阀出口开度后的流量、扬程、轴功率）。　
泵的转速由　调到　。，管路特性曲线Ｒ不发生改　
变，性能曲线由Ｑ　一Ｈ　变为Ｑ　一Ｈ　，扬程由Ｈ　
点降至Ｈ　，运行工况点由ｎ点移至ｂ点。当调节　
泵出口阀门开度使得流量由Ｑ　降至到Ｑ　时，管路　
摩阻变大，管路曲线发生变化，由Ｒ变为Ｒ　，扬　程由Ｈ　上升到Ｈ。，工况由ａ点移至Ｃ点。根据泵　【ｒｎ　的功率计算公式Ｎ一　可得　Ｎ　一　（１）　Ｎ。＝＝＝　（２）　式（２）一式（１）为　ＡＮ＝Ｎ。一Ｎ　一　（Ｈ。一Ｈ　）＞０（３）　由式（３）可知，采用泵出ＶＩ阀控制流量，有　ＡＮ的功率在管路中被损耗掉。而采用转速控制　下，流量Ｑ和转速　成一次正比关系，扬程和转速　成正比，轴功率和转速的立方成正比下降，原来消　耗在阀门上的功率完全可以避免，这样就能取得良　好的节能效果。　日　日３　且　图１调速控制和出口阀开度控制的离心泵特性曲线　３　研究成果　综上研究，得出以下５点结论：①一小部分低　含水井（含水≤２０　）、稠油井（如柳北区块Ｃ２—　３井２０℃密度为０．９６０　７　ｇ／ｃｍ。，５０℃黏度高达　２．５６０　Ｐａ・ｓ）、高凝原油井（如高深北区凝点达到　３７．５℃）还需继续掺水；②含水在２０　～７０　之　间的油井，根据产液量情况合理地减少掺水量；③　含水大于７０　以上油井，在产液量足的情况下都　可以直接停止掺水；④单井输送温度不宜太高，控　制在４５℃～５Ｏ℃之间比较合理；⑤离心掺水泵的　调节一定要严格执行变频调速规程来控制流量。　据此结论，冀东油田展开了掺水节能的实施工　作。２００９年５月与２００８年同期相比，掺水油井由　５１３口降到２８７口，在此基础上停掺２２６口，其中　未停掺的油井都在原来的基础上根据实际情况相应　地减少了掺水量。掺水泵全油田２７台，运行１０　台，掺水加热炉全油田１Ｏ台，运行１台，掺水温　度根据含水和油品性质都控制在合理范围。掺水泵　的调节全部要求操作人员根据水量调频控制。据不　完全统计，２００９年５月日平均掺水４　６ｌ６　ｍ。，耗　气１　３６０　ｍ。，与２００８年同期相比，掺水量减少　
１　９５０　ｍ。，耗气减少５　３６３　Ｉｎ。，日节能折合人民币　
０．８９４万元。　
（栏目主持杨军）