旋流油水分離器在大港油田埕海1-1人工島污水處理中的應(yīng)用

段少偉(中國(guó)石油大港油田灘海開(kāi)發(fā)公司， 天津 300280)

旋流油水分離器在大港油田埕海1-1人工島污水處理中的應(yīng)用

段少偉(中國(guó)石油大港油田灘海開(kāi)發(fā)公司， 天津 300280)

本文簡(jiǎn)要介紹了旋流油水分離器工作原理，討論了施工工藝流程，分析了相關(guān)影響因素。實(shí)際應(yīng)用效果表明，旋流油水分離器具有單位容積處理量大、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于人工島含油污水的處理。

旋流油水分離器；壓降；處理量

0 引言

大港油田埕海1-1人工島是中石油第一座“海油陸采”開(kāi)發(fā)示范基地，位置處于河北省黃驊市關(guān)家浦以東的灘涂－海域水深4米及淺海地區(qū)，油藏類(lèi)型復(fù)雜，既有中、高滲透油藏，又有低滲透油藏，主力含油層有沙河街組，館陶組，明化鎮(zhèn)組。該區(qū)溶解氣量較小，計(jì)算三套層系的溶解氣驅(qū)采收率分別為14.3%、14.7%、15.1%，Nm、Es的彈性驅(qū)采收率分別為0.3%、1.8%，Ng水油體積比為6.43～20.94，天然能量不足，采取早期注水、保持地層壓力的開(kāi)發(fā)方式。隨著開(kāi)發(fā)的深入，各層原油含水率不斷上升，部分油井原油的綜合含水率已大于90%，進(jìn)入高含水的開(kāi)發(fā)期。油井產(chǎn)出液中含水量的急劇增加，使得污水處理工作量越來(lái)越大，因此，如何提高污水的處理效率和注水水質(zhì)質(zhì)量，利用污水循環(huán)回注，滿足開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)需求，保持注采平衡，對(duì)含油污水處理提出了更高的要求，旋流油水分離器作為一種應(yīng)用十分廣泛的液體非均相混合物的分離設(shè)備，具有單位容積處理量大、分離效率高、占地面積小、操作簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)，在人工島含油污水處理中發(fā)揮著重要作用。

1 旋流油水分離器的工作原理

旋流油水分離器主要由含油污水進(jìn)口、旋流腔、收縮腔、尾錐、尾管、底流口、溢流口等部分組成，其特殊的結(jié)構(gòu)形式制造渦旋流場(chǎng)形成強(qiáng)大的離心力，利用油水兩相物質(zhì)的密度差所產(chǎn)生的離心力不同來(lái)進(jìn)行分離，見(jiàn)圖1。工作時(shí)，首先，含油污水在一定的壓差作用下，從旋流腔上的切向進(jìn)口注入圓筒渦旋段，然后在旋流油水分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)收縮腔、尾錐兩級(jí)收縮，使流體增速并在分離器的內(nèi)部形成一個(gè)穩(wěn)定的離心力場(chǎng)，在離心力的作用下，油水混合液中密度大的重相水在強(qiáng)大離心力作用下被甩向四周，并順著壁面向下運(yùn)動(dòng)，作為底流排出；而密度較小的輕相油被遷移到中間聚合形成油芯并向上運(yùn)動(dòng)，最后作為溢流排出，從而達(dá)到油水分離的目的。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 施工工藝

應(yīng)用中，首先在油井采出液中注入雙脫和破乳劑，然后進(jìn)入油氣水三相分離器利用重力分異作用將油氣水進(jìn)行分離，分離出的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，工藝流程為：油井來(lái)液→投加雙脫劑和破乳劑→三相分離器分離油氣水→污水提升泵→旋流器分離污水→一體機(jī)(核桃殼過(guò)濾和纖維球過(guò)濾)→濾后水罐→注水泵，埕海1-1人工島生產(chǎn)污水處理工藝流程見(jiàn)圖2。

圖1 旋流油水分離器結(jié)構(gòu)原理圖

圖2 埕海1-1人工島生產(chǎn)污水處理工藝流程

旋流油水分離器由于其高速流動(dòng)的液體產(chǎn)生的湍流、剪切作用以及渦流的不穩(wěn)定性造成其水處理精度不可能很高，該流程中將旋流油水分離技術(shù)和核桃殼過(guò)濾、纖維球過(guò)濾技術(shù)配套使用，利用核桃殼的多孔和比表面積大，吸附能力強(qiáng)，以及纖維球?yàn)V料彈性效果好，不上浮水面，空隙大，工作周期長(zhǎng)，水頭損失小等優(yōu)點(diǎn)提高了處理效果。

2.2 影響因素分析

2.2.1 壓差和脫油效率的關(guān)系

壓差，又稱壓力損失或壓力降，在含油污水的處理中，水的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油的含量，且以水處理為主，所以壓差可近似的由入口壓力和底流壓力的差值表示，它近似反映了旋流器內(nèi)部轉(zhuǎn)換為分離能量的大小，工作中常常通過(guò)改變壓差來(lái)改善污水處理效果。當(dāng)旋流器的壓差變小時(shí)，旋流器芯管產(chǎn)生的離心力也變小，油水不能有效分離，旋流器的脫油效率不高。增加旋流器的壓差，含油污水的運(yùn)動(dòng)速度加快，旋流器產(chǎn)生的離心力隨（文章題目：旋流油水分離器在大港油田埕海1-1人工島污水處理中的應(yīng)用）之增大，脫油效率上升，分離效果好。當(dāng)壓差達(dá)到一定值后，流體層之間的剪切作用增強(qiáng)，使得油滴破碎嚴(yán)重，乳化程度提高，脫油率開(kāi)始下降，所以，盡管旋流芯管內(nèi)離心力強(qiáng)度增大，但旋流芯管內(nèi)的油水分離效果卻并未得到提高，反而降低了分選效果。因此，增加旋流器的壓差，還應(yīng)考慮壓差太大時(shí)油滴的破碎乳化情況，應(yīng)該把旋流器的壓差控制在合理的范圍之內(nèi)，從而獲得最佳的脫油效率。通過(guò)試驗(yàn)，進(jìn)口壓力與出口壓力之間的差值的合理范圍控制在0.3～0.4MPa之內(nèi)，獲得了最佳的脫油效率。工作中，要經(jīng)常檢查進(jìn)出口壓力表讀數(shù)，使平時(shí)的污水處理壓差穩(wěn)定在確定的范圍之內(nèi)，確保油水分離效果。

2.2.2 處理量

一臺(tái)水力旋流器是由分成互不聯(lián)通的四個(gè)艙室組成，每個(gè)艙室由插在其中的多個(gè)并聯(lián)的旋流管組成。由于每個(gè)倉(cāng)內(nèi)分布的旋流管數(shù)目不同，導(dǎo)致其處理量也不相同。其中A倉(cāng)處理量為21m3/h，B倉(cāng)處理量為42m3/h，C倉(cāng)處理量為66m3/h，D倉(cāng)處理量為70m3/h。當(dāng)處理量增大時(shí)，我們應(yīng)選擇大艙室，或幾個(gè)艙室的組合，而不要采用單純?cè)龃罅魉賮?lái)增加處理量的方法，這是因?yàn)閴航荡蠹s與流量2次方成正比[1]，流量增大，必然導(dǎo)致壓差增大而超出合理的壓差范圍，這不利于分選脫油效率的提高。實(shí)際工作中，我們采用的是A倉(cāng)+C倉(cāng)處理量組合方式。當(dāng)增大處理量時(shí)，要注意出口排量增大，進(jìn)口壓力的下降，要適當(dāng)?shù)奶岣呶鬯嵘玫念l率(不得過(guò)高的提高頻率，以免出現(xiàn)安全閥開(kāi)啟的現(xiàn)象)，以保持進(jìn)口壓力的穩(wěn)定。

2.2.3 破乳劑和雙脫劑

石油開(kāi)采中的乳化現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，乳化油由于油滴粒徑小，呈乳化狀態(tài)，直接進(jìn)入水力旋流器不易從廢水中分離出來(lái)。對(duì)油田采出液乳化情況進(jìn)行分析和試驗(yàn)，篩選適合的破乳劑、雙脫劑，充分破乳后，不但三相分離效果好，油水分層明顯，而且提高了旋流油水分離器的分離效率。

2.3 應(yīng)用效果

目前埕海1-1人工島在使用旋流油水分離器和配套裝置處理生產(chǎn)污水時(shí)，處理后凈化水含油低于15mg/L，懸浮物低于10mg/L,綜合水質(zhì)達(dá)標(biāo)率90%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)旋流油水分離器作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便的分離設(shè)備，具有單位容積處理量大、分離效率高，占地面積小，重量輕，成本低等優(yōu)勢(shì)，非常適用于人工島的污水處理作業(yè)。

(2)使用旋流油水分離器時(shí)，當(dāng)流量改變時(shí)，要注意調(diào)整提升泵的頻率，并保持壓差的穩(wěn)定。

(3)旋流油水分離器和其他污水處理裝置配套使用，處理效果更好。

[1]劉淼兒,馮叔初.液-液水力旋流器的壓降、流量和分流比的關(guān)系[J].油氣田地面工程,2000,19(2).