世界上的天然油田各不相同,因此从地下开采石油的技术和方法也略有差异。通常所说的初级石油开采是指利用地壳自身压力或者抽油泵的抽运能量将原油直接从地下抽取到地面。
然而,并不是每一次抽油情况都符合理想情况。许多情况下,存在于岩石中或者以乳化液的形式存在于地层水中的石油含量的浓度很低。一旦探明在一定区域内有丰富的储量,则经营者就面临一个选择,即是否以及如何经济地继续开发这一油田。对油田的经营者来说,这就意味着在油田开采到一定程度时就要再次投资进行二次采油的开发,以便继续经济地和可持续发展地开发油田。
GOSP油气分离设备的3D设计图
油气分离技术
此时,例如Bilfinger公司开发的先进的生产技术方案——GOSP油气分离技术,就能解决这一难题,从而实现最大产油率。企业在这一开发的油田基础设施中已经投入了许多资金,但如果采用了适合油田特性的二次采油技术,那么辅助的水处理设施的二次投资是非常值得的。Bilfinger公司的模块化方案不受固定地点限制,可以实现每一个模块都能轻松地运送到另一个生产现场。
基于封闭循环的二次采油是将地层水连续地注入含油地层,此时含油地层间充满了水,最后将含油的水一起回收到地面。在油水分离时,抽取到地面的油水混合液在后续的油水分离模块中被分离为地层水、原油和气体。在奥地利的一个参考项目中,Bilfinger公司在天然油田中采用了油水分离的二次采油技术,实现了地层水、油和固体物质成分的分离。沉淀处理后的地层水可以重新循环使用,进一步用于开采石油。
在将含气石油分离为地层水、原油和天然气的过程中有多个不同的分离阶段。
一开始的粗分离时使用的是将地层水、原油和天然气分离开来的三相分离器。为了使分离出来的地层水能够在二次采油中继续使用,就必须将含气石油中的原油成分和固体物质几乎全部分离出来。这里的难点是现代化的原油输送技术将原油和水转变成难以分离的油水乳液。迄今为止,分离油水乳液的方法主要是时间和重力,就是将油水乳液输送到油罐区的大型油罐中。经过长时间的静止,固体物质沉淀在油的下方,实现了油和固体物质的分离。这种固定式分离技术需要投入大量的资金。
相比之下,模块化的GOPS方案更加节省时间和空间。在三相分离前首先进入被称之为Slug Catcher的卧式初级储油罐。初级储油罐的作用就是缓冲不规则的输送过程、保证分离器的均匀供应,保证了最佳的分离效率,满足缓冲油罐的尺寸不应大于集装式油罐的要求。后续的三相分离器是这一方法的核心。水力旋流器模块是利用在很高的重力下,被输送的液体中油和水不同的比重而被分离出来。由于宝贵的原油和天然气可以及时回收,因此地层水就可以按照其最初的形态重新加以利用。这样,新生的原油就可以提取到地面上。Bilfinger公司使用的水力旋流器的产量保持相对恒定,因为流量的波动会带来负面的分离效果。前面提及的卧式初级储油罐拥有绝佳的缓解流量波动的作用,因此并不会影响到水力旋流器的工作。在海上石油钻井平台的采油实践中,已经证明了这一技术是非常节省空间的。管架、管桥和管道连接也采用了法兰式和模块化的连接方式,必要时可快速拆解并在别处重新连接。这样一来,系统的组成部分就比固定式的系统更加方便运输,用户使用起来比较灵活,重新使用的地点安装调试时间也很短。
重要的水质
为了使二次开采更加高效和经济,所用水的水质至关重要。由于地层水是循环利用的,因此应尽可能的不含油和固体成分。必须要强力沙滤后再进行下一步的水质净化处理,或使用聚结器、压气式溶气浮选和果壳过滤器等,其效果是能循环使用的地层水不含油和其他固体成分。
完全抽空的油田矿区中GOPS技术是有价值的,在产油的油田矿区中使用这种抽空技术会提高产油量。但后一种情况则取决于具体的油田。另外,还必须在技术设备方面进行大量的投资,例如压注地层水以及其他产油井中使用的装备。从长远角度来看,这样的投资非常值得,循环使用中更高的生产能力提高了原油的产量。
高产的灵活方案
由于采用了模块化的结构设计,GOSP油气分离技术方案可以根据需要进行调整匹配、扩展和简单运输,满足各种具体使用情况的要求。这一方案也使得石油生产更加灵活,提供了很高的投资安全性和更高原油产量。必要时,Bilfinger公司会利用外部合作伙伴例如地质分析和流程工艺的专业知识来加以辅助技术方案。由于Bilfinger公司产品非常广泛的市场定位,使GOSP油气分离技术为全球石油生产厂提供了最有前途的解决方案,也是更加安全和具有成本效益的生产方法,并且也能更好的利用现有的基础设施。
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