原油含砂治理技术研究

赖 勇

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

某油田油井因井下套管穿孔，导致产层上部泥质进入井筒及下游生产流程，不但加重了堵塞问题，而且给分离器内的油水分离处理带来很大的难度。部分泥沙跟随生产分离器的湿油进入电脱器，致使下游换热器、蒸汽加热器堵塞严重。电脱器内的乳化层增多，油水界面层不断加厚，水中含有泥质和悬浮物，电脱器的脱水脱盐效果下降。通过提高电场电压，以及加入破乳剂等常规处理工艺很难达到较好的效果，油品质量受到影响。需定期将电脱器内的乳化物排放到污油舱，致使老化油舱存总量增加。对于舱内的老化油，工艺流程无法实现在线处理。针对以上存在的问题，开展井液中含泥沙问题的专项研究，寻求解决此问题的方法。

1 原油泥砂的危害分析

油井出砂是砂岩等油藏开采中比较常见的问题，砂主要成分是二氧化硅，硬度较高，对设备造成严重磨损，同时容易造成各种阀门和泵密封损坏、点蚀、堵塞、冲蚀等危害，增加设备的检修频次，导致生产成本升高。出砂破坏了地层的架构，会改变油藏的油水剖面，对地层造成破坏，严重时会引起地层坍塌，促使油藏环境复杂化，污染地质油藏环境。影响油井井下设备如电潜泵及传感器的正常运行，影响油井产量和生产时率。对地面油水处理工艺设备的正常运行更是很大的挑战，加大了设备的故障率。

在某田生产工艺处理流程中，泥砂的存在对管道、泵体、阀门、等流程设施产生腐蚀。原油中的泥沙具有很强的吸油吸水性，这样在油水中就促进了乳化层的形成，增加了原油破乳难度，影响分离器和电脱器的分离效果，并对下舱干油和外排水质产生影响。泥砂的存在，导致了板式换热器和蒸汽加热器油垢与硬钙垢的板结，造成换热器效率降低、检修周期缩短及维修费用升高。油田存在的这些问题，都直接或间接和原油中含的泥沙有关。要解决这些问题，一是解决油井井下出砂问题，如修复穿孔套管，但作业成本高，作业难度大；二是研究除砂工艺技术，去除地面工艺流程原油中的泥沙。

2 原油除砂设备及流程设计

2.1 原油除砂方法选择

传统分离方法主要有滤网过滤、沉降分离、静态旋流器、离心机离心分离。传统方法除砂效果不佳，滤网过滤阻力大，且分离程度受限。静态旋流器离心强度较小，分离能力受限。离心机是靠原动部件的转动来提供离心力，容易堵塞，清洗难度大。结合离心机和旋流器技术，产生一种新的分离方法，即采用动态旋流器，其特点在于离心强度大，无压力损失，适宜处理黏度大的介质，除砂率高，处理量大。

2.2 动态旋流器的基本原理

如图1所示，带有泥砂的原油由上部进入旋流器，在转子的旋转下使得原油获得离心力从而不断旋转，转子的转速可以根据工况及处理需要进行调整，从而使旋流器处于最佳工况。泥砂的密度大于原油，原油由中心管汇上方管口向下进入油出口，密度较大的泥砂由旋流器底部流出到下方的洗砂罐，从而实现原油中泥砂的分离。由于转子的高速旋转作用，会使原油的动能增加，这样进出口压差非常小，处理过程中几乎无压力能损失。且底部的排砂口通畅，可以带压排砂，不易堵塞，从保证设备的连续性运转。

图1 动态旋流器原理图

2.3 泥砂治理设计方案与技术

经过对比分析，确定了除砂器的最优安装位置及处理工艺，如图2所示。将除砂设备安装在三相分离器湿油出口与下游蒸汽加热器之间，在这个工艺点实现原油泥砂脱除，可以减轻和预防加热器、换热器的结垢，有效防止蒸汽加热器的堵塞，保障蒸汽管式加热器的原油通过率，以及下游电脱器内原油的清洁度，使电脱器内的油水分离良好，预减少老化油与黑水的形成，降低入舱原油的含水率。

在此工艺设计中，生产分离器的含砂湿油进入旋流器，实现固液分离。分离后的湿油进入管式加热器加热，然后进入电脱器进行深度油水分离。旋流器出来的含油泥砂进入调质洗砂罐，经过洗油处理后，进入固液离心机，对固相泥砂进行压滤制成泥饼外运。固液离心机分离出的液相，进入生产分离器再处理，从而实现工艺处理无次生污染，提高处理效率。

图2 除砂设备的安装设计

由于泥砂的吸油吸水性，对含油泥砂不能直接进行机械脱水操作，必须通过技术方式进行污泥调质。固液分离过程实际上是固体悬浮粒子群和液相相对运动的过程，而污泥的调质则是通过加化学法来调整粒子群的性状和排列状态，使之适合不同脱水条件的预处理操作。污泥调质能显著改善固液分离效果，提高机械脱水性能。这里使用的化学法是往洗砂罐中加入混凝剂、洗砂剂、破乳剂等化学药剂对含油污泥进行调质。洗砂剂、破乳剂对油水乳液进行破乳，絮凝剂对悬浮固体颗粒进行絮凝聚结，从而实现油、水、泥砂的分离。从洗砂罐分离出的泥砂再通过固液离心机分离，形成纯净泥砂再压制成泥饼外运。

2.4 流程处理效果

某油田设施上两台三相分离器湿油实际总量为12 000桶/d。对生产分离器的湿油进行取样离心，在离心管底部有0.4%的沉淀物。实验室获得原油在50℃时的黏度为106cP，60℃时的黏度为53cP。通过三相分离器处理后的湿油属于高比重、高黏度、低含硫、低含蜡、低凝固、低溶解气油比的重质原油。湿油中的含砂粒径中值为50μm，小于10μm比例为5%，小于32μm比例33%，小于100μm比例为70%，最大粒径为500μm。通过工艺实验证明，通过除砂器的处理，原油中粒径为100μm砂的去除率为98%；粒径为 80μm砂的去除率为95%；粒径为 50μm砂的去除率为82%；粒径为 30μm砂的去除率为75%；粒径为 20μm砂的去除率为60%；粒径为10μm砂的分离效率在50%，除砂效果良好。

3 结论

海上油井出砂，改变了原油成分，其中针对泥砂对下游工艺流程的处理操作以及对设备结垢堵塞从而降低设备工况效率等典型问题，提出的原油泥砂治理设计方案有效。采用除砂器等设备来脱除原油中的泥砂，动态旋流器结合了传统静态旋流器和离心机的技术优势，几乎无压力损失，适宜处理黏度大的介质，除砂率高，处理量大。整体的除砂效果良好，再通过化学法进行污泥调质，显著改善了固液分离效果，提高泥砂的机械脱水性能。