中高成熟度页岩油地面工艺探索与认识.pdf

第 43卷第 4期（2024-04）油气田地面工程 https:/综合技术中高成熟度页岩油地面工艺探索与认识孙海英陈艳张春刚王旭东大庆油田设计院有限公司摘要：中高成熟度页岩油特性与常规原油在开发方式与生产规律等方面存在较大差异，采用传统的地面工程建设技术难以满足低成本、高效开发的要求，且不同类型页岩油差异较大，因此结合页岩油物性特点和生产规律，开展了针对页岩油地面工艺的研究。通过现场试验、分析，结合国内外页岩油地面工艺现状，探讨中高成熟度页岩油地面工艺技术，包括单管不加热混输或分输的集输工艺、多井轮回计量的计量工艺、加注破乳剂的加药工艺、两级热化学脱水的脱水工艺、管输和拉运的原油外输工艺、分子筛脱水+丙烷制冷的天然气处理工艺以及其他相关的地面建设，如橇装化、数字化和返排液处理工艺技术。并通过对地面工艺的分析，总结了页岩油地面工程与油藏工程、钻井工程、采油工程等开发专业协调优化的必要性，地上、地下一体化联动，滚动开发，降低地面工程投资；工艺技术采用密闭工艺、分质处理、分质销售，降低油气损耗，增加产品附加值，提高效益；建设方式采用橇装设备分列布置、数字化建设，适应快速建产、后期扩改建需要，提升管理水平；返排液处理采用循环复配回用的方式，实现注采平衡，绿色开发。关键词：页岩油集输；中高成熟度；计量；脱水；药剂；橇装化Exploration and Understanding of Surface Technology for Medium to High MaturityShale OilSUN Haiying，CHEN Yan，ZHANG Chungang，WANG XudongDaqing Oilfield Design Institute Co.，Ltd.Abstract：There are significant differences in development methods and production rules between me-dium to high-maturity shale oil and conventional crude oil.It is difficult to meet the requirements oflow-cost and efficient development using traditional surface engineering construction techniques，anddifferent types of shale oil have significant differences.Therefore，based on the physical characteristicsand production rules of shale oil，research on shale oil surface technology has been carried out.Throughon-site experiments and analysis，combined with the current situation of shale oil surface technology athome and abroad，this paper explores the surface technology of medium to high-maturity shale oil，including the gathering and transportation process of single pipe unheated mixed or separated transporta-tion，the metering process of multi-well cyclic metering，the dosing process of adding demulsifiers，the dehydration process of two-stage thermal chemical dehydration，the crude oil export process ofpipeline transportation and oil pulling，the natural gas treatment process of molecular sieve dehydration+propane refrigeration，as well as other technologies related to ground construction such as skid-mounted，digital，and backflow fluid treatment.Through the analysis of surface technology，the ne-cessity of coordinating and optimizing development specialties such as shale oil surface engineering，res-ervoir engineering，drilling engineering，and oil production engineering is summarized.The integra-tion and linkage of above-ground and underground，rolling development，and reducing surface engi-neering investment are carried out.The process technology of closed process is adopted，differentiatedtreatment，and differentiated sales are put into operation to reduce oil and gas losses，increase productadded value，and improve efficiency.The construction methods of skid-mounted equipment arrangedin rows and digital construction are implemented to adapt to the needs of rapid production and later ex-DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2024.04.01591综合技术孙海英等：中高成熟度页岩油地面工艺探索与认识油气田地面工程 https:/随着世界常规石油资源的日益枯竭，非常规页岩油在世界能源消费体系中的地位快速上升，少数发达国家已经对页岩油进行了商业性开发。美国率先发起了“页岩革命”，目前已经形成了一套完备、成熟、可靠的地面工艺技术。我国页岩油的勘探开发已经进入快速发展的新阶段，部分油田已由试验阶段转入规模开发阶段。页岩油采用体积压裂开发方式，其生产规律为投产初期原油产量较高，递减速度较快，后期逐渐稳定并缓慢递减1。由于页岩油在开发方式与生产规律等方面与常规石油存在较大差异，采用传统的地面工程建设技术难以满足低成本、高效开发的要求，且不同类型页岩油差异较大，结合页岩油物性特点和生产规律，开展地面配套工艺的探索和研究十分必要，有助于形成针对性强、经济有效的地面工程建设技术，降低地面建设投资和运行成本，提高整体开发效益。1国内外页岩油地面工艺简介1.1国内油田国内油田页岩油地面工艺根据页岩油特点，生产阶段一般分为返排阶段和稳定生产阶段。返排阶段产液量高、含水率高时，井场设处理橇和储存橇，返排液就地分离后就近回用，含水油依托已建管网或拉运进站处理，伴生气进入附近集气系统或应用小型伴生气处理装置进行临时回收处理。稳定生产阶段产量相对较稳定，产液进站集中处理，结合井站布局采用油气混输或分输工艺，返排液采用“气浮+过滤”处理工艺，在大井组就地储存处理回输至附近压裂井场或进入地面系统处理后回注地下，伴生气进入站场集气系统处理2。1.2美国页岩油美国页岩油地面建设模式以井组为单元，建设活动设施以降低地面建设投资。集输采用气液分输工艺，在井场设置计量装置和产液分离缓冲罐，高含水期时实现油水初步分离，采出水就近处理或装车外运，产液输送或拉运至集中处理站，伴生气通过管道输送至中心处理厂进行脱水、脱烃处理。页岩油在进入集中处理站后，经热化学和电化学两段处理，分离出的污水集中处理3。国内外页岩油呈现共同特点：生产周期内产液量、产油量、含水率等重要生产参数变化幅度很大；产量衰减快、稳产时间短，采出液组分复杂，油气处理、采出水处理难度较大。2中高成熟度页岩油地面工艺2.1油气集输工艺中高成熟度页岩油油品性质较好，呈现原油密度低、黏度低、凝固点低、气油比高、饱和烃含量较高、芳烃和非烃及沥青质含量低的特点。页岩油井开采初期一般为自喷井，井口压力和出液温度较高。后期随着产量的下降，井口压力和出液温度不断下降，当井口压力下降到一定程度时，油井采油由自喷调整为人工举升。中高成熟度页岩油不同油井产液特性存在一定差异，大部分油井初期井口出油温度较高，且原油凝固点较低，集油系统可采用单管不加热混输工艺。油井产液经不加热集输管道，并利用地层压力集输至计量阀组间后，通过集油汇管输至脱水装置处理4。此种工艺充分利用水力、热力条件，流程简单，同时投资较小。随着井口出油温度的下降，当井口出油温度无法满足集输温度需求时，在井口增设电加热器升温后集输至站场处理5。同时，在井口预留扫线口，当集油管线停输时，通过扫线口扫线，防止管线冻堵。2.2单井计量工艺为满足页岩油井开发和生产的需求，需精确计量油井产量。同时，为提高油田自动化程度，实现无人值守，降低地面建设投资，采用多井轮回计量方式，在井区中心设油气计量橇和选井阀组橇，具体计量沉积如图 1所示。油气计量橇上设油气分离器，并在气、液出口分别设流量计计量，其中液相计量为质量流量计，自动监测含水率。选井阀组橇上设电动阀组实现自动选井计量，在站场控制室pansion and renovation，and to improve management level.A recycling and compounding method isadopted for the treatment of backflow fluid to achieve the injection production balance and green devel-opment.Keywords：shale oil gathering and transportation；medium to high maturity；metering；dehydration；chemicals；skid-mounted92第 43卷第 4期（2024-04）油气田地面工程 https:/综合技术即可完成单井计量操作，实现无人值守。另外，需连续计量的油井，在井场设油气计量橇用于该油井产量计量。2.3加药工艺页岩油井返排液呈现乳化现象，直接分离无法达到分离后指标要求或需要大容积处理设备处理，大幅度增加地面工程投资。因此，为提高页岩油分离效果，采用加注破乳剂。为使药剂充分混合，加药点宜设置在远离处理设备端，可在井场中心的阀组汇管处设集中加药，具体加药工艺见图 2。药剂量根据返排液乳化情况开展现场加药试验确定，以降低加药浓度，从而降低加药成本为原则。同时，油井压裂液的配置、注入层位等不同，返排液呈现不同的乳化情况，在井口预留加药口，可根据油井采出液特性加注药剂。图 2加药工艺流程示意图Fig.2 Schematic diagram of dosing process flow2.4脱水工艺中高成熟页岩油由于油品性质较好，静置沉降油水分离效果好，采用两级热化学脱水工艺即可满足油水高效分离，具体脱水工艺如图 3所示。设备采用高效组合装置，集加热、沉降、分离、脱水为一体。一级沉降时间30 min，分离后原油含水率30%；二级沉降时间60 min，分离后原油为净化原油，含水率0.3%；一、二级分离后污水含油质量浓度500 mg/L。图 3脱水工艺流程示意图Fig.3 Schematic diagram of dehydration process flow2.5原油外输工艺页岩油外输工艺可采用管输和拉运两种方式。若页岩油输量可满足管输至下级站场时，考虑管输；若外输量较小无法满足管输或周围无已建地面设施可依托时，采用装车拉运至下级站场。根据中高成熟度页岩油生产规律，返排阶段含水率较高，含油量较少，随之油量逐渐升高，稳产一段时间后，产量开始递减，总产油量产量波动幅度较大，存在高于和低于最小管输量（管道起输量）两个阶段，此时外输工艺应采用管输和装车拉运两种组合方式。当外输量最小管输量时，采用密闭装车拉油至卸油点；当最小管输量外输量管道最大输量时，采用外输泵升压管输至下一站；当外输量管道最大输量时，两种外输方式均运行，在保证管道最大输量的同时，剩余外输量采用密闭装车拉运。两套原油外输工艺可满足多种工况下的运行需要，同时若外输线或下一站出现问题，无法正常外输时，密闭拉运也可作为事故工艺流程，保证站场正常运行。2.6天然气处理工艺依据页岩油油气比高、天然气中烃类组分含量高的特点，对于油井集中、天然气产量高的井区，图 1轮换计量流程示意图Fig.1 Schematic diagram of cyclic metering process93综合技术孙海英等：中高成熟度页岩油地面工艺探索与认识油气田地面工程 https:/建设集中的天然气处理站。将脱水站分离出的伴生气进入压缩机增压后，经“分子筛脱水+丙烷制冷”处理后的干气外输，供燃烧或发电用，处理后的轻烃通过拉运外销6，具体处理工艺流程如图 4所示。对于油井分布较为零散的油井，为充分回收天然气资源，可采用移动橇装设备回收天然气，提高页岩油的收益。图 4天然气处理工艺流程示意图Fig.4 Schematic diagram of natural gas treatment process flow2.7压裂液返排液工艺压裂液返排液性质与钻井液和压裂液性质相关，钻井液和压裂液配方不同，返排液乳化程度、离子含量等都不同，采用“气浮+沉降”工艺可有效处理返排液。压裂返排液全部复配回用是实现页岩油绿色高效开发、保证页岩油正常生产期内不产生污水外排的必要措施，因此返排液处理指标依据压裂液复配指标确定。另外，为了解决压裂用水与压裂液返排在时间上的不均衡，可建设必要的缓冲水池7。2.8橇装工艺依据页岩油具有返排阶段含水率较高、产量衰减速率较快的特点，地面设施采用活动橇和固定地面设施相结合的方式。活动设施和固定设施满足返排阶段油井高产时地面处理工艺的需要，固定地面设施满足稳产阶段地面处理工艺的需要，同时活动橇可搬迁复用至其他建设区块。橇装设计为多专业的集成设计，将设备本体与配管、电气、仪表、钢结构、操作平台等高度集成，统筹考虑。同时依据现场需求，成系列、按类设计橇座，形成模块化的标准化设计，便于工程复用，以提高设计效率、施工质量，加快施工周期。为便于重复利用、提高利用率，橇座设备宜按其功能组橇，同时也可根据具体情况多功能联合成橇或同一功能分多块成橇。按照安装、吊装、拉运的最大规格要求，一般最大外形尺寸为长 16 m、宽 4 m、高 4 m，最大单体重量为 60 t，灵活组橇，以最优方式成橇8。2.9数字化工艺页岩油地面系统采用数字化建设，井场、阀组间可实现远程控制，无人值守；站场可实现集中监控，少人高效。零散井井场实现无人值守，少人巡检。随着页岩油的全面开发，页岩油地面建设的数字化需求尤为重要。井场、阀组间、站场按照“远程监控、无人值守”要求采集生产运行数据，采集的数据上传至所属站控系统，通过站控系统传至中心站场集中监控，并具有智慧指挥中心远程监控的功能9，形成“井站一体、电子巡护、远程监控、智能管理”的开发管理模式。3结论（1）相比常规油田，页岩油地面工程与油藏工程、钻井工程、采油工程等开发专业更具有协调优化的必要性10。应注重开发与地面工程统筹优化，地上、地下一体化联动，滚动开发以满足油田产能平稳接替，统筹考虑建设规模、钻井及压裂用电、用水、通信、道路及井场场地建设等方面，降低地面工程投资。（2）中高成熟度页岩油为轻质油，饱和烃含量高，全过程应采用密闭工艺，降低油气损耗，并最大程度收集油气资源；采用分质处理、分质销售，增加产品附加值，提高效益；返排液处理指标应与压裂复配要求相匹配，并应全部循环回用，实现注采平衡、绿色开发。（3）页岩油地面建设宜采用橇装设备，分列布置，以适应快速建产、后期扩改建需要，同时可搬迁、重复利用；数据采集与监控宜按数字化建设标准执行，中小型站场按无人值守设计，大型站场按照少人值守、集中监控设计。参考文献1 李庆，云庆，王坤，等中高成熟度页岩油及致密油地面工程建设模式及工艺技术J油气与新能源，2021，33（3）：82-89LI Qing，YUN Qing，WANG Kun，et al Constructionmode and process technology of medium-high maturity shaleoil and tight oil surface engineeringJ Oil&Gas and NewEnergy，2021，33（3）：82-892 闫林，陈福利，王志平，等我国页岩油有效开发面临94第 43卷第 4期（2024-04）油气田地面工程 https:/综合技术的挑战及关键技术研究J石油钻探技术，2020，48（3）：63-69YAN Lin，CHEN Fuli，WANG Zhiping，et al Researchon challenges and key 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Petroleumand Chemical Standards and Quality，2022，42（19）：143-145作者简介孙海英：高级工程师，硕士研究生，2005 年毕业于大庆石油学院油气储运专业，从事原油集输处理及储运工作，13059098808，sunhaiying_，黑龙江省大庆市让胡路区西苑街 46号，163712。收稿日期2023-11-29（编辑胡宏宇）95