水力旋流除油技術中適宜工藝條件探討

劉東明，竇玉明，馬占江

(中石油新疆油田分公司風城油田作業區，新疆 克拉瑪依 834000)

水力旋流除油技術中適宜工藝條件探討

劉東明，竇玉明，馬占江

(中石油新疆油田分公司風城油田作業區，新疆 克拉瑪依 834000)

新疆風城油田特稠油具有粘度大、密度高、凝點高、膠質瀝青質含量高等特點，且采出液泥沙含量高，所有這些特點使得特稠油采出液的組成非常復雜、乳狀液穩定性強，分離出的污水含油量高，處理難度大。在風城特稠油聯合處理站旋流除油裝置投產試驗的基礎上，分析了旋流除油裝置反相破乳劑濃度、溢流比、進液流量對除油率的影響，確定了適宜工藝條件：投加反相破乳劑的適宜濃度為35～45mg/L；適宜溢流比為9%～10%；進液流量控制在44.5～46.4m3/h。

反相破乳劑; 溢流比; 進液流量; 除油率

隨著風城油田新區塊相繼開發投產及SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage，蒸汽輔助重力驅油)重大開發試驗項目的實施，采出液性質發生了較大變化(含粉泥、含砂量較大)，原油脫水較為困難，導致沉降罐出水含油大幅升高，為此采用水力旋流除油技術對沉降罐出水進行處理。下面，筆者對水力旋流除油技術中適宜工藝條件進行探討。

1 水力旋流除油技術

1.1工藝原理與流程

1)工藝原理 實施水力旋流除油技術時運用的主要設備是旋流除油裝置(圖1)，該裝置由多根單管水力旋流除油器組裝而成(見圖2)，其工作原理是利用含油污水的油水密度差，使其受到不等離心力的作用而實現油水分離，具體內容如下：含油污水進入圓筒渦旋段并沿旋流管軸向螺旋態流動；在同心縮徑圓錐段，由于圓錐截面的收縮，使流體增速，由于其中油和水存在密度差，當水沿著管壁旋流時，油珠則移向中心匯成油芯；流體進入平行尾段后，由于流體恒速流動，對上段產生一定的回壓，從而使低壓油芯通過溢流口排出。

2)工藝流程 實施水力旋流除油技術的主要工藝流程是油田采出液經除砂后進一次沉降罐，投加反相破乳劑后由提升泵增壓進旋流除油裝置進行旋流除油處理，分離出的污油回摻系統，分離出的水進采出水處理系統。

圖1 旋流除油裝置示意圖 圖2 單管水力旋流除油器結構圖

1.2主要工藝參數

1)除油率 實施水力旋流除油技術的主要目的是盡可能從含油污水中除去油分，減少底流排水中的含油量，可用式(1)表示含油污水分離效率[2]：

(1)

式中,E為除油率；Ci為進口含油濃度，mg/L；Cu為底流含油濃度，mg/L。

2)溢流比 溢流比是水力旋流除油工藝中的重要參數，其計算公式如下：

(2)

式中，R為溢流比；Qo為溢流流量即出油流量,m3/h；Qi為進液流量，m3/h。

2 適宜工藝條件的確定

2.1反相破乳劑濃度

在旋流除油裝置進液流量為45m3/h和溢流比為10%的條件下，反相破乳濃度和除油率關系曲線如圖3所示。從圖3可以看出，當反相破乳劑濃度小于41.9mg/L時，隨著濃度的增加，底流含油曲線明顯呈下降趨勢，最低為1257mg/L。當反相破乳劑濃度大于41.9mg/L時，曲線的變化趨勢比較平緩，說明當反相破乳劑濃度高于該值時對底流含油的影響有限。為了使旋流除油裝置出水含油較低值又不至于投加過多的反相破乳劑造成處理成本過高，根據現場實際運行情況，可以將反相破乳劑的濃度控制在37.5～45mg/L。

2.2溢流比

在旋流除油裝置進液流量為45m3/h和反相破乳劑濃度為41.9mg/L的條件下，溢流比和除油率關系曲線如圖4所示。從圖4可以看出，當溢流比逐漸增大，除油率呈緩慢上升趨勢，當溢流比大于9.2%時，曲線比較平緩，整個過程除油率的變化范圍比較小，但除油率能夠保持在90%以上。說明溢流比的變化對除油率的影響比較有限。因此，為確保除油率高于90%，同時不能讓過多的水從溢流口排除，可以將旋流除油裝置正常運行時的溢流比控制在9%～10%。

圖3 反相破乳濃度和除油率關系曲線 圖4 溢流比和除油率關系曲線

圖5 進液流量和除油率關系曲線

2.3進液流量

在旋流除油裝置溢流比為10%和反相破乳劑濃度41.9mg/L的條件下，進液流量和除油率關系曲線如圖5所示。從圖5 可以看出，隨著進液流量增大，除油率呈上升趨勢，當進液流量達到一定值后，除油率呈下降趨勢。造成上述現象的原因如下：隨著進液流量的增加，液體切向速度增加，導致其離心力增大，從而增強了分離小油滴的能力，因而除油率隨之升高。當進液流量繼續增大時，雖然離心力增大，但入口處和旋流腔內會產生強烈湍流，由于剪切力的增加，導致油滴剪切破碎，破碎的油滴受到的靜分離力減小，同時強烈湍流還會對旋流器內部流場造成擾動，破壞油芯的穩定性，使得部分油滴從底流口流出，從而導致除油率下降[3]。因此,在旋流除油裝置運行時保持適宜的進液流量十分重要，就該裝置而言，當進液流量為44.5～46.4m3/h時，除油效率能夠達到90%以上，因而可將44.5～46.4m3/h作為旋流除油裝置的適宜流量區間 。

3 結論與建議

3.1結論

1)旋流除油裝置正常運行時投加反相破乳劑的適宜濃度為35～45mg/L。

2)旋流除油裝置正常運行時的適宜溢流比為9%～10%。

3)進液流量的變化對除油率的影響較大，為了提高除油率，可以將進液流量控制在44.5～46.4m3/h。

3.2建議

1)經過旋流除油裝置處理的底流含油依然偏高，建議進行使用處理能力更大的旋流除油器及其多級串聯運行的試驗工作。

2)由于含油污水處理難度大，建議對旋流除油裝置分離的污油進行專門處理以免其對工藝系統造成不利影響。

[1]霓玲英.水力旋流器的研究現狀及其在石油工業中的應用前景[J].過濾與分離，1999(3)：1-4.

[2]Young G A B.Oil-water separation using hydrocyclones：An ecperimental search for optimum dimensions[J].Journal of Petroleum science Engineering，1994(11):37-50.

[3]袁惠新，俞建封.含油污水除油用旋流器的研究[J].石油機械，2000，28(6)：21-24.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.031

TE685.3

A

1673-1409(2012)12-N096-03