大庆油田开发 50 多年来,累计生产原油 20.7 亿吨,与国际上同类油田6—12 年的稳产期相比,大庆油田从 1976 年开始,已经实现年产原油 5000万吨以上连续 27 年高产稳产,并连续 8 年实现 4000 万持续稳产。
大庆油田开采技术由一次自喷采油、二次水驱采油到三次化学驱采油,目前,大庆油田以水驱、聚驱开发为主,但要超前做好三次采油技术研发与储备。目前大庆油田开发进入高含水期,面临的挑战大、任务重。经过多年的实践,大庆油田水、聚两驱技术不断发展完善,在原油稳产中发挥了重要的支撑作用。大庆油田是世界最大的三次采油基地,年产量超过 1000 万吨已连续 8 年。但随着油田的开发,产量递减是一个必然规律,特别是进入高含水后期,按当时的资源和技术,产量每年将递减 200 万吨以上,以此类推,到 2009 年将下降到 3000 万吨以下,要想保持 4000 万吨以上持续稳产困难重重。而 2010 年年末,“十一五”的最后一年,大庆油田原油产量仍是 4000 万吨,并且,大庆人提出 4000 万吨产量要持续稳产。
大庆油田近十年在地面工程建设中采用了许多新技术、新工艺。在聚合物驱油方面,采用了无专用储罐配制母液的“一管两站” 、 “短流程”工艺,采用可搬迁式注入站,而且研制了新型药剂、新型设备,提出了大规模开展聚合物驱油地面工程总体布局设计新方法、新思路。在油田污水处理方面,采用了穿孔管排泥工艺、射流曝氧气技术、横向流聚结除油器以及物理杀菌法、化学药剂杀菌法。于此同时,在老油田及外围油田的三次采油和节能降耗方面采用了新技术、新工艺。
大庆油田聚合物驱油地面工程建设的特点:首先是规模大;其次是注入聚合物的种类较多,目前有五种类型,分别是中分子普通聚合物、高分子普通聚合物、超高分子普通聚合物和高分子抗盐聚合物、超高分子抗盐聚合物;再次是聚合物配制工艺、注入工艺及采出液处理工艺,流程复杂,基础建设投资高,生产运行成本高。油田地面工程各专业(油、气、水、控、电等专业)依靠科技进步,将聚合物配制工艺、注入工艺及采出液处理工艺不断简化完善,形成了适应大庆油田大规模开展聚合物驱油的地面工艺技术系列,以实现节约基建投资、控制运行成本的目的。
(1)为进一步简化了聚合物溶液配注流程,设计上,不断改进配制站流程、输送流程和注入站流程。
油田开发逐步进入二类油层聚驱阶段,为简化配置站工艺,取消了早期聚合物配置中的母液储罐,节约总罐容约 50%,省去了转输泵,成为聚合物配置“短流程” ,建设投资是老流程建设投资的 85%[2]。聚合物母液输送工艺有 1 管对 1 站改为 1 管对 2 站,同时采用单螺杆泵(特点:排量大、压力高)和流量调节器(低剪切力) ,且采用闭环控制,将母液外输泵加变频调速器。为了节省自来水用量,搞好含油污水产出和回注平衡,采用含油污水配置抗盐聚合物,但抗盐聚合物较普通聚合物的熟化时间长,为 4 h,普通聚合物的熟化时间为 2h[3] [4]。为此,试验研制了螺旋推进式搅拌器,使熟化时间缩短到 3 h 以下,熟化装置的扩建规模减少,配制站的改造投资降低。为提高水粉混合效率,研制了能够满足各类聚合物配制需要的射流分散装置等新型水粉混和器,提高聚合物母液配制质量。近年来,设计并开发了一批可搬迁注入站,其特点:一是采用低剪切力流量调节器,实现一泵对多井注入,使柱塞泵的数量减少了,同时日常维护工作量也减少了;二是实现自动控制,通过采用组合电器,集变压器、低压盘、自控仪表盘及控制台于一体,将双电源简化为单电源来实现;三是重复利用可搬迁的橇装化模式主体设施。这样提高注入站主体设施的利用率,每座可搬迁注入站可减少占地面积两千平方米,一次搬迁可节省投资 250 万元以上,比新建站投资节省70%。
(2)为了解决含聚合物原油脱水难的问题,根据聚驱采出液的油水分离特性,研制了高效脱水设备。
聚驱采出液处理难度比水驱采出液处理难度大,沉降时间需要 40min,而水驱采出液在相同处理温度、相同压力的条件下,沉降时间仅为 20min。当采出液中聚合物浓度达到 450 mg/L 时,极易造成电脱水器的电流骤增,把电器设备烧坏。因此,开发并研制了适应聚驱采出液脱水的竖挂电极电脱水器和高效游离水脱除器。
(3) 大规模开展了聚合物驱地面工程总体规划的思路和方法。
聚合物驱油与水驱油相比,地面工程工艺增加了聚合物的配制工艺和聚合物的注入工艺,与水驱采出液相比,聚驱采出液的处理难度增大。每个注聚合物区块的注聚时间一般需要 3~4 年,生产周期一般需要 8~10 年。油田地面工程总结出了一套适应大庆油田规模化开展聚合物驱需要的总体规划思路和方法,以适应聚合物驱采油的特点。
1)经过多年生产实践及现场试验,形成了“集中配制、分散注入”的配置注入工艺。为了减少配制站部分的工程建设投资及运行成本,将母液输送半径确定在六公里以内,在此范围内多座注入站的供液由一座配制站提供,这样由于油田开发区块周期性注入聚合物带来的设备闲置或搬迁问题,就可以有效的避免了,且具有十分显著的技术经济效益。
2)采取“地面地下一体化”优化措施,即将地面开发与地下开发相结合,合理调整开发方案,将地下聚合物驱油区块的开发时间错开[43],这样将配制站的建设规模降低,增加配置站整装设备的利用率,同时降低采出液及采出水处理站和相关配套工程的设计规模。
3)为适应含聚合物采出液脱水要求,将已建水驱系统的电脱水器电极改造成竖挂电极电脱水器。因此,将聚驱原油脱水工艺分成两段,在一段,即在电脱水之前将水驱采出液与聚驱采出液分开处理,在第二段即电脱水部分将水驱与聚驱采出液混合处理;最终进入含聚合物污水处理站处理。
4)聚驱污水处理工艺主要为“横向流聚结压力除油、一、二两级压力过滤[44]”和“自由混凝两级沉降除油、一、二两级压力过滤” [5],将处理工艺参数重新核定。原水含聚合物后,增大聚驱含油污水处理难度,主要原因是污水含聚合物后,污水黏度增加了,水膜强度增加了,油珠浮升速度降低了,油珠聚并变得困难。通过探索聚驱采出液含聚合物高峰及产液高峰的规律,以及对含聚合物污水的混凝等物理化学特性的研究、对应化学药剂筛选[6]等一系列科研攻关和现场试验,将自由混凝沉降时间由 15.5 h 缩短为12 h,以减少沉降罐容积,减少占地,降低机泵等配套系统的投资。为了适应含聚污水的处理。开发研制了横向流聚结除油器,该设备由聚结板区和分离板区构成。水流在设备内沿水平方向流动,油垂直向上移动,泥垂直向下滑动,处理后水质不会产生二次污染等问题[7]。