海上多元热流体热采技术是一项新的稠油开采技术，该技术目前已在渤海海域的南堡35-2油田、旅大油田等稠油油田进行了应用，效果明显，能大幅度提高稠油井的采油量〔1, 2〕。该项技术的原理：在高压燃烧室内注入工业柴油(原油或天然气)作为燃料，同时注入高压空气及高压水，燃烧产生的热量将高压水汽化，并将燃烧产物和高压水蒸汽(即多元热流体)通过管线一起注入井底。多元热流体由于携带了大量热量及CO2溶解气，能显著降低地层原油黏度，从而提高油田产油速度和最终采收率。多元热流体技术流程如图 1所示〔3, 4, 5〕。
图 1 多元热流体技术流程
在多元热流体技术中，水起到了两方面的重要作用：一是用来冷却高压燃烧室，使燃烧室的温度保持在350 ℃以下，防止温度过高造成设备损坏;二是作为热量的主要载体，用于加热油层，降低原油黏度。当低温的水经过燃烧室后，温度升高变为高温水或水蒸汽，并与燃烧产物一起注入管柱。如果进水矿化度偏高，易在发生器内结垢，造成流道堵塞，降低加热效率，因此，多元热流体发生器对进水有严格的标准，要求水质干净、低硬度、低矿化度。
1 水源选择及水质要求
多元热流体的水源选择需要考虑以下3点：(1)水源可取量大，系统每日消耗处理后的水为150～300 m3;(2)水处理设备占地面积小，平台能够摆放;(3)成本较低，经济性好。根据以上几点，目前可选取的水源有2种：地热水及海水。针对不同的水源，需选择相对应的水处理设备，使净化之后的水能达到多元热流体发生器的供水指标。水源水质及多元热流体发生器的供水 指标见表 1。
2 水处理系统
2.1 地热水处理系统
地热水处理流程如图 2所示。
图 2 地热水处理流程
地热水处理系统包含3个单元，分别为预处理单元、换热单元、反渗透单元。预处理单元包括增压泵、脱气罐、沉淀池、过滤器等，脱气罐用于去除H2S及其他伴生气;沉淀池用于去除大颗粒悬浮物、沙石;过滤器用于去除悬浮物、胶体、有机物及其他粗级杂物。
地热水的原始温度为65～75 ℃，而反渗透膜的工作温度为5～45 ℃;同时，进入多元热流体发生器的水温越高，其加热到设定出口温度消耗的燃料越少，综合考虑，换热单元采取了2套板式换热器方式。即预处理后的水经过1号换热器将水温初步降低后，再经过2号换热器用海水再次降温。经过2次换热后，水温降至35 ℃以下，进入反渗透处理单元。反渗透出水进入1号换热器，再将温度升高至55～60 ℃后进入水箱，最后注入多元热流体发生器。
反渗透处理单元包括过滤、除盐、加药、药冲洗和电控共5个系统，其中过滤系统对水作进一步的过滤处理;除盐系统采用单级反渗透系统;加药系统进行pH调节与加入阻垢剂等。经过反渗透处理的浓水则直接排海。
针对地热水矿化度高的特点，反渗透膜选用的是海德能公司PROC10系列芳香族聚酰胺复合材料膜。该膜具有运行压力低、除盐性能好、不易污堵、技术性能稳定、抗污染性好等特点。该膜的平均脱盐率为99.75%，单支膜平均产水量为39.7 t/d，最高进水压力为4.14 MPa，进水隔网厚度为0.863 6 mm ，直径为203 mm，单支膜元件回收率为15%。该处理系统设计产水480 m3/d，设计回收率为60%。
2.2 海水处理系统
海水处理流程如图3所示。
图 3 海水处理流程
海水处理系统相对简单，由于作业期间海水温度为15～25 ℃，因此无需换热单元，海水经过过滤、增压后可直接进入反渗透处理单元。需要指出的是，由于海水的浊度与硬度均远高于地热水，因此过滤设备与反渗透设备需要及时更换与清洗。为了达到相同的制水水量要求，海水的反渗透膜组数量也远高于地热水的膜组数量。
针对海水淡化的特点，反渗透膜选用的是海德能公司SW系列海水淡化膜。该膜适用于海上和陆地安装，具有耐压能力高、运行成本低、除盐性能好、脱盐效果稳定等特点。该膜为进水隔网厚度0.863 6 mm 、直径203 mm、长度1 000 mm的卷式组合，其平均脱盐率为99.8%，单支膜平均产水量为34.1 t/d，最高进水压力为6.5 MPa，进水温度为5～45 ℃。系统设计产水20 m3/h，设计回收率为50%。
3 反渗透系统运行情况
目前，这2套系统均已得到了良好的应用。其中，地热水处理系统已经在南堡35-2平台进行了固化，并单独设置了反渗透处理操作间(见图 4)。地热水处理系统自2008年至今共完成了20口井次的作业，每口井次提供2 000～5 000 m3的反渗透水，已累计制反渗透水64 000 m3。设备运行期间，定时对处理后的水进行取样检测，检测结果均达到多元热流体发生器的供水指标，效果良好。
海水处理系统于2013年在旅大5-2N、旅大16-1区块进行了现场作业，分别提供了2 000 m3和1 500 m3的反渗透水。由于要求海水处理系统能够方便地吊装于可移动的自升式平台 上，因此将其做成2～3个集装箱的形式，方便船舶的运输和平台的安装(见图 4)。现场应用情况表明，反渗透系统运行良好，制水量稳定，能够保证多元热流体技术的顺利实施。
图 4 现场照片(左为地热水处理操作间，右为海水处理集装箱
4 结论
(1)首次将反渗透技术应用于海上多元热流体热采技术中。通过对海上油田实际情况进行分析，最终选择地热水和海水作为反渗透处理的水源，并针对2种水源的性质设计了2套水处理系统。
(2)地热水处理系统的换热单元采取了2套板式换热器设计，不仅保护了反渗透膜的正常工作，同时最大限度地利用了地热水的热能，即提高了多元热流体发生器的供水温度，降低了多元热流体的燃料消耗，节约了成本。
(3)现场的应用情况表明，2套水处理系统运行稳定，制水良好，保证了海上多元热流体技术的顺利开展，为稠油增产提供了强有力的支撑。
