1、含聚采出液三相分离技术的研究与应用2005 年第 33 卷第 8 期石油机械CHINAPETROI 正 UMMACHINERY 一 35 一新产品开发含聚采出液三相分离技术的研究与应用.何(I.胜利油田有限公司滨南采油厂刚万世清李2.胜利石油管理局职工大学强3.胜利油田有限公司孤岛采油厂)摘要为解决孤岛含聚采出液处理难题,提出污水处理首先从脱水站源头开始,通过应用含聚采出液三相分离器,降低脱水站出水(即污水站进水)中油的质量浓度,减轻污水站处理负荷,从而达到降低外输水中油的质量浓度为最终目的的技术思路.采用最新研制的含聚采出液三相分离器,开展现场试验研究,探索含聚采出液处理效果的工艺技术措施,
2、取得了初步成效.关键词注聚合物驱含聚采出液三相分离器污水处理引言油田集输系统采出液含聚后,油水乳化程度升高,采出水粘度增加,油水界面更加稳定,油水不易分离.特别是孤岛区块油田,由于原油密度达到0.96kg/L,稠油产量比例大,沥青质,胶质含量高,采出液高含聚后污水处理十分困难,常规技术处理后的污水含油比以前高出数十倍,已经成为国内外油田水处理的典型难题.目前联合站主要分为天然气集输,原油脱水,污水处理 3 部分.其中原油脱水采用“重力沉降+电化学脱水“工艺.污水处理部分主要是降低污水含油,主要采用“沉降法+化学法“,即大罐自然沉降或混凝沉降.但现行原油脱水和污水处理工艺设备主要针对水驱而设置的
3、,不适合注聚合物驱.2004 年,该区块污水水质符合率为 59.5%,比胜利油田有限公司考核指标低 4.1 个百分点.其中,外输污水中油的质量浓度平均 585mg/L,比考核指标高出 485mg/L,这是造成水质不达标的主要原因.为了解决孤岛含聚采出液处理难题,提出污水处理首先从脱水站源头开始,通过应用含聚采出液三相分离器,降低脱水站出水(即污水站进水)含油,减轻污水站处理负荷,从而达到降低外输水含油为最终目的的技术思路.2005 年 2 月开始,孤岛采油厂,胜利油田设计院采用最新研制的含聚采出液三相分离器开展现场试验研究,以探索含聚采出液处理效果的工艺技术措施.三相分离器的技术分析1.结构及
4、工作原理含聚采出液三相分离器的结构如图 1 所示.图 1 含聚采出液三相分离器结构图1 一布液管;2 一整流板组;3波纹板组;4斜板组;5 一射频导纳仪;6 一防涡装置;7 一溢油挡板组;8 一除雾器;9 一出油阀三相分离器的结构分为分离沉降室和油室.油,气,水混合物来液进人三相分离器,经整流板组,波纹板组,斜板组等后大部分液体沉降到分离沉降室的液相区,极少部分液体靠液体重力继续沉降,剩余的液体经除雾器进一步分离后,气体通过压力调节阀进人天然气系统.沉降下来的油,水混合液停留一段时间后因密度的差别逐渐进行分层,水沉积在液相区的底部,液相区的上部为油层.当油层液位高出隔油板顶部时,就会溢过挡板流
5、人油室,然后经过油室下部的出油口排出.液相区的水?基金项目:本项目为胜利油田“高效注聚采出液处理技术 “研究的部分内容.一36 一石油机械 2005 年第 33 卷第 8 期沉降分离到沉降室的底层后,经出水阀排出.2.技术和创新特点(1)聚结材料采用波纹板等填料,针对注聚三采采出液粘度高,油水粒径小,分离难度大的特点,利用浅池原理,开发出了聚结分离合一的新型填料.(2)结构旋流式的人口设备,使大部分的伴生气由于离心作用而脱除,降低分离器内的气相负荷,使三相分离器的油水相所占的体积由50%一 60%上升到 90%左右,延长了液相的相对停留时间,为油水聚结,沉降分离及缓冲扩大了空间,提高了设备的处
6、理能力,并且避免了油气扰动产生泡沫;分离器油水进口采用布液管形式,并且在下部的水层当中,利用含破乳剂的活性水“水洗 “原油,实现水中除油的目的;在分离器的后端设有由溢流板组成的溢流槽,上层的低含水原油溢过溢流板进入油室,防止分离后的液体在混合段内发生相互干扰,影响分离效果,油室的液位通过浮子液面调节器控制在一定的高度;为了防止分离器出水口在分离器内产生漩涡,影响分离效果,分别在油,水室出口增设了防涡流装置,使油,水室的液面更加平衡;在分离器的后部气出口分离包内设除雾器,该除雾器主要由金属丝网组成,带液气体与金属丝网相撞时,气体穿网而过,气中所含液滴与金属丝相撞,下流并聚集,形成较大液滴,克服液
7、滴表面张力和上升气体速度的限制而降落下来;油层加热技术有别于传统的加热方法,传统的分离器为油水共同加热,热耗很大.而高效三相分离器将加热盘管设在油层区,只加热油层不加热水层,以保证乳状液的有效加热,这样可节约大量热能;分离器沉降段前部设整流板组,整流板采用折流孔板结构,一方面起到使流场稳定的作用,另一方面起到除砂的目的,保护后部的波纹板,斜板不受采出液含砂的影响;分离器沉降段设波纹板组,波纹板采用 V 形结构形式,有利于小油滴聚结成大油滴,加快油水的分离速度,提高分离器的分离效果;分离器的沉降段后部水层中设斜板板组,应用浅池原理,将污水中的油滴除去,提高分离器对污水的处理效果.(3)油水界面监
8、测和控制油水界面监测和控制是分离器出水水质控制的关键因素.该三相分离器油水界面采用射频导纳仪检测,通过手动油水界面调节器调整.根据实际情况分析,分离器的油水界面不清,主要是现有检测仪器由于原油起泡,中间层厚度及探头原油附着导致输出虚假信号.射频导纳仪采用的是利用高频电流测量探头与容器 2个极板之间的电容值来计算出液位,它是在传统电容式物位计的基础上进行了改进,增加了探头根部抗粘附,抗冷凝的功能.在使用射频导纳仪液位计测量油水界面时,进行实际标定,并且调整占值到一适当的位置,能够保证测量准确.由于在原油层与水层之间存在着厚薄不定的乳化层,而乳化层也不是单一的层面,存在着油包水,水包油,以及化学聚
9、合物等,所以其内部物性,理化性能均十分不稳定,再加上进料带来的扰动使得该乳化层内部互相交错,非常复杂,而射频导纳仪检测的是导电性发生阶跃变化的电界面,油和水介质的导电性相差很大,所以能清晰地测量出油水界面.现场试验情况孤二联是孤岛最为典型的含聚采出液处理站,注聚区产量占全区产量的 75%,采出液平均含聚浓度约 150X10.孤二联井排来液温度 48aI=,液量 16431m/d,含水的质量分数 88.7%,水量14581m/d,油量 1820t/d.各队来液的含聚浓度不同,其中 203 队平均含聚浓度最高,为 240X10,202 队平均含聚浓度最低,为 120X10.1.现场试验流程试验采用
10、的含聚采出液三相分离器装置处理能力较弱,为了检验其性能,在流程上选择了最具代表性的含聚浓度最高的 203 队来液和相对容易处理的 202 队来液.试验装置安装在原油气分离器西侧.分离器的进口管线与 202 队,203 队井排去油气分离器的管线相连,来液经 DN80 管线,进入三相分离器,出口的气体进入油气分离器的天然气出口管线,出水口的污水和出油进入油气分离器的出油管线.部分工艺流程如图 2 所示.图 2 三相分离及处理量计量部分工艺流程图试验所用仪器及设备包括中试油气水三相分离器,油气水流量计,油水界面检测仪和油气水控制调节阀等.2005 年第 33 卷第 8 期何刚等:含聚采出液三相分离技
11、术的研究与应用一 372.试验情况现场试验于 2004 年 23 月进行,试验了三相分离器对 202 和 203 队来液在不同处理量,不同加药量时的分离处理效果.202 队在加药情况下.处理量为 5m/h,加入2010 新型除油剂的条件下,出水含油平均为45mg/L;202 队在不加药情况下,处理量为 5,8,12/1“1/h,出水含油随处理量的增加而增加.在处理量为 12m/h,停留时间为 20min 的条件下.出水中油的质量浓度小于 200mg/L,效果明显.处理量为 5m/h 时,出油中水的质量分数平均 18%左右.效果也较好.203 队在不加药情况下,来液经处理.出水中油的质量浓度在
12、3000mg/L 左右,效果不理想;203 队在加药情况下.处理量为 6m/h 时.在加入新型除油剂的条件下.处理效果如图 3 所示.,一.oE蠖橱蜒墨踅图 3 新型除油剂投加量与污水出口油的质量浓度变化关系图由图 3 可以看出,203 队来液经三相分离器搭配适当的药剂处理后.也可以收到较好效果.效果评价及效益分析1.效果评价从试验结果可以看出,采用新型聚结分离结构研制的三相分离器,其性能有了很大的改善,可以胜任对含聚采出液的处理.在配合适当的化学药剂的条件下,三相分离器出口原油中水的质量分数可以降低到 20%左右,污水中油的质量浓度可以降低到在 500mg/L 以内,再经过污水处理站沉降处理
13、,外输污水中油的质量浓度可下降到 200mg/L.根据试验情况,预计处理成本与达到效果见表 1.2.效益分析根据试验情况,孤二联如果应用含聚液三相分离器(配合使用新型除油剂,浓度为 40X10),年可节约燃油 285t,折合资金 42 万元(原油价格按照 1500Yr.,/t 计算). 年减少原油损失 4800t,折合资金 720 万元.改变除油剂种类和浓度,药剂费用每年需增加 114 万元.则每年节约资金 42+720114=648 万元.全部处理孤二联液量需新建4 台 PWO.4MPa3600X18900 型含聚采出液三相分离器及配套.单台投资约 162.5 万元,4 台共需650 万元.
14、若投入使用,在能大幅降低孤二联外输污水含油的情况下,每年可节约资金 648 万元,静态投资回收期为 1a,经济效益和社会效益显着 .表 1 试验前后效果评价项目孽验剪霜蓑状况加药类型加药浓度/10采出液处理成本/(元?mI3)出水中油的质量浓度/(mg?LI1)外输污水中油的质量浓度/(mg?LI1)出油中水的质量分数/%原料油中水的质量分数/%MPR3 新型除油剂28400.230.423oo0500l2oo2oo88.72O2O!O注:MPR3 价格为 8400:Tr_/t;除油剂单价为 10500r_/t.结论及建议(1)对含聚采出液处理技术的研究及成本投入不要仅局限于降低外输污水含油上
15、,应把降低外输污水含油和脱水站节能问题同时考虑.含聚采出液三相分离器的研究正是同时满足了这 2 点需求,其工艺先进,流程简单,管理方便,既能降低外输污水含油,又能降低原料油含水,减少脱水站耗能.(2)下一步应首先新建 1 台 3600X18900 型含聚采出液三相分离器.在孤二联进行放大处理量的中试试验,考察分离器的生产运行情况.(3)若中试试验取得成功,建议在孤二联扩建其它 3 台,对来液进行分类处理.对不需加药就能收到较好效果的来液单独建一个一次沉降罐,只对必需加药的来液加药,以集中发挥药物性能,减少药剂使用量,进一步提高经济效益.作者简介:何刚,工程师,生于 1970 年,1992 年毕业于西南石油学院矿场机械专业,现从事生产与技术管理工作.地址:(257400) 山东省东营市 .电话:(0543)3467251.收稿日期:20050529(本文编辑刘峰)
