劉東明，竇玉明，馬占江

(中石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

水力旋流除油技術(shù)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(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

新疆風(fēng)城油田特稠油具有粘度大、密度高、凝點(diǎn)高、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高等特點(diǎn)，且采出液泥沙含量高，所有這些特點(diǎn)使得特稠油采出液的組成非常復(fù)雜、乳狀液穩(wěn)定性強(qiáng)，分離出的污水含油量高，處理難度大。在風(fēng)城特稠油聯(lián)合處理站旋流除油裝置投產(chǎn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了旋流除油裝置反相破乳劑濃度、溢流比、進(jìn)液流量對(duì)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(jìn)液流量控制在44.5～46.4m3/h。

反相破乳劑; 溢流比; 進(jìn)液流量; 除油率

隨著風(fēng)城油田新區(qū)塊相繼開(kāi)發(fā)投產(chǎn)及SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage，蒸汽輔助重力驅(qū)油)重大開(kāi)發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施，采出液性質(zhì)發(fā)生了較大變化(含粉泥、含砂量較大)，原油脫水較為困難，導(dǎo)致沉降罐出水含油大幅升高，為此采用水力旋流除油技術(shù)對(duì)沉降罐出水進(jìn)行處理。下面，筆者對(duì)水力旋流除油技術(shù)中適宜工藝條件進(jìn)行探討。

1 水力旋流除油技術(shù)

1.1工藝原理與流程

1)工藝原理 實(shí)施水力旋流除油技術(shù)時(shí)運(yùn)用的主要設(shè)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(jiàn)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(shí)現(xiàn)油水分離，具體內(nèi)容如下：含油污水進(jìn)入圓筒渦旋段并沿旋流管軸向螺旋態(tài)流動(dòng)；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(dāng)水沿著管壁旋流時(shí)，油珠則移向中心匯成油芯；流體進(jìn)入平行尾段后，由于流體恒速流動(dòng)，對(duì)上段產(chǎn)生一定的回壓，從而使低壓油芯通過(guò)溢流口排出。

2)工藝流程 實(shí)施水力旋流除油技術(shù)的主要工藝流程是油田采出液經(jīng)除砂后進(jìn)一次沉降罐，投加反相破乳劑后由提升泵增壓進(jìn)旋流除油裝置進(jìn)行旋流除油處理，分離出的污油回?fù)较到y(tǒng)，分離出的水進(jìn)采出水處理系統(tǒng)。

圖1 旋流除油裝置示意圖 圖2 單管水力旋流除油器結(jié)構(gòu)圖

1.2主要工藝參數(shù)

1)除油率 實(shí)施水力旋流除油技術(shù)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(jìn)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(shù)，其計(jì)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(jìn)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(jìn)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(guān)系曲線如圖3所示。從圖3可以看出，當(dāng)反相破乳劑濃度小于41.9mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，底流含油曲線明顯呈下降趨勢(shì)，最低為1257mg/L。當(dāng)反相破乳劑濃度大于41.9mg/L時(shí)，曲線的變化趨勢(shì)比較平緩，說(shuō)明當(dāng)反相破乳劑濃度高于該值時(shí)對(duì)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(guò)多的反相破乳劑造成處理成本過(guò)高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)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(jìn)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(guān)系曲線如圖4所示。從圖4可以看出，當(dāng)溢流比逐漸增大，除油率呈緩慢上升趨勢(shì)，當(dāng)溢流比大于9.2%時(shí)，曲線比較平緩，整個(gè)過(guò)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(shuō)明溢流比的變化對(duì)除油率的影響比較有限。因此，為確保除油率高于90%，同時(shí)不能讓過(guò)多的水從溢流口排除，可以將旋流除油裝置正常運(yùn)行時(shí)的溢流比控制在9%～10%。

圖3 反相破乳濃度和除油率關(guān)系曲線 圖4 溢流比和除油率關(guān)系曲線

圖5 進(jìn)液流量和除油率關(guān)系曲線

2.3進(jìn)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(jìn)液流量和除油率關(guān)系曲線如圖5所示。從圖5 可以看出，隨著進(jìn)液流量增大，除油率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)進(jìn)液流量達(dá)到一定值后，除油率呈下降趨勢(shì)。造成上述現(xiàn)象的原因如下：隨著進(jìn)液流量的增加，液體切向速度增加，導(dǎo)致其離心力增大，從而增強(qiáng)了分離小油滴的能力，因而除油率隨之升高。當(dāng)進(jìn)液流量繼續(xù)增大時(shí)，雖然離心力增大，但入口處和旋流腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流，由于剪切力的增加，導(dǎo)致油滴剪切破碎，破碎的油滴受到的靜分離力減小，同時(shí)強(qiáng)烈湍流還會(huì)對(duì)旋流器內(nèi)部流場(chǎng)造成擾動(dòng)，破壞油芯的穩(wěn)定性，使得部分油滴從底流口流出，從而導(dǎo)致除油率下降[3]。因此,在旋流除油裝置運(yùn)行時(shí)保持適宜的進(jìn)液流量十分重要，就該裝置而言，當(dāng)進(jìn)液流量為44.5～46.4m3/h時(shí)，除油效率能夠達(dá)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(qū)間 。

3 結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

1)旋流除油裝置正常運(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)的適宜溢流比為9%～10%。

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

3.2建議

1)經(jīng)過(guò)旋流除油裝置處理的底流含油依然偏高，建議進(jìn)行使用處理能力更大的旋流除油器及其多級(jí)串聯(lián)運(yùn)行的試驗(yàn)工作。

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

[1]霓玲英.水力旋流器的研究現(xiàn)狀及其在石油工業(yè)中的應(yīng)用前景[J].過(guò)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(jī)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