旋流油水分离器在大港油田埕海1-1人工岛污水处理中的应用

2022-09-10

0 引言

大港油田埕海1-1人工岛是中石油第一座“海油陆采”开发示范基地, 位置处于河北省黄骅市关家浦以东的滩涂-海域水深4米及浅海地区, 油藏类型复杂, 既有中、高渗透油藏, 又有低渗透油藏, 主力含油层有沙河街组, 馆陶组, 明化镇组。该区溶解气量较小, 计算三套层系的溶解气驱采收率分别为14.3%、14.7%、15.1%, Nm、Es的弹性驱采收率分别为0.3%、1.8%, Ng水油体积比为6.43~20.94, 天然能量不足, 采取早期注水、保持地层压力的开发方式。随着开发的深入, 各层原油含水率不断上升, 部分油井原油的综合含水率已大于90%, 进入高含水的开发期。油井产出液中含水量的急剧增加, 使得污水处理工作量越来越大, 因此, 如何提高污水的处理效率和注水水质质量, 利用污水循环回注, 满足开发和环境保护需求, 保持注采平衡, 对含油污水处理提出了更高的要求, 旋流油水分离器作为一种应用十分广泛的液体非均相混合物的分离设备, 具有单位容积处理量大、分离效率高、占地面积小、操作简单、设备成本低等优点, 在人工岛含油污水处理中发挥着重要作用。

1 旋流油水分离器的工作原理

旋流油水分离器主要由含油污水进口、旋流腔、收缩腔、尾锥、尾管、底流口、溢流口等部分组成, 其特殊的结构形式制造涡旋流场形成强大的离心力, 利用油水两相物质的密度差所产生的离心力不同来进行分离, 见图1。工作时, 首先, 含油污水在一定的压差作用下, 从旋流腔上的切向进口注入圆筒涡旋段, 然后在旋流油水分离器内高速旋转, 经收缩腔、尾锥两级收缩, 使流体增速并在分离器的内部形成一个稳定的离心力场, 在离心力的作用下, 油水混合液中密度大的重相水在强大离心力作用下被甩向四周, 并顺着壁面向下运动, 作为底流排出;而密度较小的轻相油被迁移到中间聚合形成油芯并向上运动, 最后作为溢流排出, 从而达到油水分离的目的。

2 现场应用

2.1 施工工艺

应用中, 首先在油井采出液中注入双脱和破乳剂, 然后进入油气水三相分离器利用重力分异作用将油气水进行分离, 分离出的污水进入污水处理系统, 工艺流程为:油井来液→投加双脱剂和破乳剂→三相分离器分离油气水→污水提升泵→旋流器分离污水→一体机 (核桃壳过滤和纤维球过滤) →滤后水罐→注水泵, 埕海1-1人工岛生产污水处理工艺流程见图2。

旋流油水分离器由于其高速流动的液体产生的湍流、剪切作用以及涡流的不稳定性造成其水处理精度不可能很高, 该流程中将旋流油水分离技术和核桃壳过滤、纤维球过滤技术配套使用, 利用核桃壳的多孔和比表面积大, 吸附能力强, 以及纤维球滤料弹性效果好, 不上浮水面, 空隙大, 工作周期长, 水头损失小等优点提高了处理效果。

2.2 影响因素分析

2.2.1 压差和脱油效率的关系

压差, 又称压力损失或压力降, 在含油污水的处理中, 水的含量远远大于油的含量, 且以水处理为主, 所以压差可近似的由入口压力和底流压力的差值表示, 它近似反映了旋流器内部转换为分离能量的大小, 工作中常常通过改变压差来改善污水处理效果。当旋流器的压差变小时, 旋流器芯管产生的离心力也变小, 油水不能有效分离, 旋流器的脱油效率不高。增加旋流器的压差, 含油污水的运动速度加快, 旋流器产生的离心力随之增大, 脱油效率上升, 分离效果好。当压差达到一定值后, 流体层之间的剪切作用增强, 使得油滴破碎严重, 乳化程度提高, 脱油率开始下降, 所以, 尽管旋流芯管内离心力强度增大, 但旋流芯管内的油水分离效果却并未得到提高, 反而降低了分选效果。因此, 增加旋流器的压差, 还应考虑压差太大时油滴的破碎乳化情况, 应该把旋流器的压差控制在合理的范围之内, 从而获得最佳的脱油效率。通过试验, 进口压力与出口压力之间的差值的合理范围控制在0.3~0.4MPa之内, 获得了最佳的脱油效率。工作中, 要经常检查进出口压力表读数, 使平时的污水处理压差稳定在确定的范围之内, 确保油水分离效果。

2.2.2 处理量

一台水力旋流器是由分成互不联通的四个舱室组成, 每个舱室由插在其中的多个并联的旋流管组成。由于每个仓内分布的旋流管数目不同, 导致其处理量也不相同。其中A仓处理量为21m3/h, B仓处理量为42m3/h, C仓处理量为66m3/h, D仓处理量为70m3/h。当处理量增大时, 我们应选择大舱室, 或几个舱室的组合, 而不要采用单纯增大流速来增加处理量的方法, 这是因为压降大约与流量2次方成正比[1], 流量增大, 必然导致压差增大而超出合理的压差范围, 这不利于分选脱油效率的提高。实际工作中, 我们采用的是A仓+C仓处理量组合方式。当增大处理量时, 要注意出口排量增大, 进口压力的下降, 要适当的提高污水提升泵的频率 (不得过高的提高频率, 以免出现安全阀开启的现象) , 以保持进口压力的稳定。