水力旋流除油技术中适宜工艺条件探讨

刘东明，窦玉明，马占江

(中石油新疆油田分公司风城油田作业区，新疆 克拉玛依 834000)

水力旋流除油技术中适宜工艺条件探讨

刘东明，窦玉明，马占江

(中石油新疆油田分公司风城油田作业区，新疆 克拉玛依 834000)

新疆风城油田特稠油具有粘度大、密度高、凝点高、胶质沥青质含量高等特点，且采出液泥沙含量高，所有这些特点使得特稠油采出液的组成非常复杂、乳状液稳定性强，分离出的污水含油量高，处理难度大。在风城特稠油联合处理站旋流除油装置投产试验的基础上，分析了旋流除油装置反相破乳剂浓度、溢流比、进液流量对除油率的影响，确定了适宜工艺条件：投加反相破乳剂的适宜浓度为35～45mg/L；适宜溢流比为9%～10%；进液流量控制在44.5～46.4m3/h。

反相破乳剂; 溢流比; 进液流量; 除油率

随着风城油田新区块相继开发投产及SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage，蒸汽辅助重力驱油)重大开发试验项目的实施，采出液性质发生了较大变化(含粉泥、含砂量较大)，原油脱水较为困难，导致沉降罐出水含油大幅升高，为此采用水力旋流除油技术对沉降罐出水进行处理。下面，笔者对水力旋流除油技术中适宜工艺条件进行探讨。

1 水力旋流除油技术

1.1工艺原理与流程

1)工艺原理 实施水力旋流除油技术时运用的主要设备是旋流除油装置(图1)，该装置由多根单管水力旋流除油器组装而成(见图2)，其工作原理是利用含油污水的油水密度差，使其受到不等离心力的作用而实现油水分离，具体内容如下：含油污水进入圆筒涡旋段并沿旋流管轴向螺旋态流动；在同心缩径圆锥段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，由于其中油和水存在密度差，当水沿着管壁旋流时，油珠则移向中心汇成油芯；流体进入平行尾段后，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，从而使低压油芯通过溢流口排出。

2)工艺流程 实施水力旋流除油技术的主要工艺流程是油田采出液经除砂后进一次沉降罐，投加反相破乳剂后由提升泵增压进旋流除油装置进行旋流除油处理，分离出的污油回掺系统，分离出的水进采出水处理系统。

图1 旋流除油装置示意图 图2 单管水力旋流除油器结构图

1.2主要工艺参数

1)除油率 实施水力旋流除油技术的主要目的是尽可能从含油污水中除去油分，减少底流排水中的含油量，可用式(1)表示含油污水分离效率[2]：

(1)

式中,E为除油率；Ci为进口含油浓度，mg/L；Cu为底流含油浓度，mg/L。

2)溢流比 溢流比是水力旋流除油工艺中的重要参数，其计算公式如下：

(2)

式中，R为溢流比；Qo为溢流流量即出油流量,m3/h；Qi为进液流量，m3/h。

2 适宜工艺条件的确定

2.1反相破乳剂浓度

在旋流除油装置进液流量为45m3/h和溢流比为10%的条件下，反相破乳浓度和除油率关系曲线如图3所示。从图3可以看出，当反相破乳剂浓度小于41.9mg/L时，随着浓度的增加，底流含油曲线明显呈下降趋势，最低为1257mg/L。当反相破乳剂浓度大于41.9mg/L时，曲线的变化趋势比较平缓，说明当反相破乳剂浓度高于该值时对底流含油的影响有限。为了使旋流除油装置出水含油较低值又不至于投加过多的反相破乳剂造成处理成本过高，根据现场实际运行情况，可以将反相破乳剂的浓度控制在37.5～45mg/L。

2.2溢流比

在旋流除油装置进液流量为45m3/h和反相破乳剂浓度为41.9mg/L的条件下，溢流比和除油率关系曲线如图4所示。从图4可以看出，当溢流比逐渐增大，除油率呈缓慢上升趋势，当溢流比大于9.2%时，曲线比较平缓，整个过程除油率的变化范围比较小，但除油率能够保持在90%以上。说明溢流比的变化对除油率的影响比较有限。因此，为确保除油率高于90%，同时不能让过多的水从溢流口排除，可以将旋流除油装置正常运行时的溢流比控制在9%～10%。

图3 反相破乳浓度和除油率关系曲线 图4 溢流比和除油率关系曲线

图5 进液流量和除油率关系曲线

2.3进液流量

在旋流除油装置溢流比为10%和反相破乳剂浓度41.9mg/L的条件下，进液流量和除油率关系曲线如图5所示。从图5 可以看出，随着进液流量增大，除油率呈上升趋势，当进液流量达到一定值后，除油率呈下降趋势。造成上述现象的原因如下：随着进液流量的增加，液体切向速度增加，导致其离心力增大，从而增强了分离小油滴的能力，因而除油率随之升高。当进液流量继续增大时，虽然离心力增大，但入口处和旋流腔内会产生强烈湍流，由于剪切力的增加，导致油滴剪切破碎，破碎的油滴受到的静分离力减小，同时强烈湍流还会对旋流器内部流场造成扰动，破坏油芯的稳定性，使得部分油滴从底流口流出，从而导致除油率下降[3]。因此,在旋流除油装置运行时保持适宜的进液流量十分重要，就该装置而言，当进液流量为44.5～46.4m3/h时，除油效率能够达到90%以上，因而可将44.5～46.4m3/h作为旋流除油装置的适宜流量区间 。

3 结论与建议

3.1结论

1)旋流除油装置正常运行时投加反相破乳剂的适宜浓度为35～45mg/L。

2)旋流除油装置正常运行时的适宜溢流比为9%～10%。

3)进液流量的变化对除油率的影响较大，为了提高除油率，可以将进液流量控制在44.5～46.4m3/h。

3.2建议

1)经过旋流除油装置处理的底流含油依然偏高，建议进行使用处理能力更大的旋流除油器及其多级串联运行的试验工作。

2)由于含油污水处理难度大，建议对旋流除油装置分离的污油进行专门处理以免其对工艺系统造成不利影响。

[1]霓玲英.水力旋流器的研究现状及其在石油工业中的应用前景[J].过滤与分离，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].石油机械，2000，28(6)：21-24.

[编辑] 李启栋

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

TE685.3

A

1673-1409(2012)12-N096-03