(中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300457)

在海洋石油開(kāi)發(fā)開(kāi)采過(guò)程中，由于海上油田所處環(huán)境特殊、油氣集輸流程短、脫水效率要求高且外輸含水指標(biāo)高,實(shí)際操作中的主要應(yīng)對(duì)措施是將乳化層作為廢油置換出流程[1]。為了提高原油處理的工作效率，避免原油外輸不合格，節(jié)省原油運(yùn)輸成本，同時(shí)使污水外排達(dá)標(biāo)、生產(chǎn)水回注達(dá)標(biāo)，避免地層堵塞，保護(hù)環(huán)境，并且節(jié)省人力物力、降低成本，需要進(jìn)行新技術(shù)(電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng))的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

1 海上油田原油處理系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

目前海上油田普遍的原油處理流程為：石油從井口進(jìn)入原油換熱器進(jìn)行加熱，經(jīng)過(guò)一級(jí)加熱器進(jìn)行加熱，以及一級(jí)分離器進(jìn)行脫水脫氣處理后，再通過(guò)二級(jí)加熱器加熱，之后進(jìn)入二級(jí)分離器進(jìn)行脫水脫氣處理，經(jīng)過(guò)電脫增壓泵進(jìn)入電脫水器進(jìn)行脫水處理后，到原油換熱器進(jìn)行冷卻，再用原油外輸泵進(jìn)行輸送，最后到貨油艙進(jìn)行原油外輸。原油處理系統(tǒng)采用的處理技術(shù)有以下幾個(gè)方面。

圖1 油氣水三相分離器

1.1 油氣水三相分離器脫水

油、氣、水三相混合物經(jīng)入口導(dǎo)流裝置流入分離器底部，結(jié)合入口擋板的作用，能夠最大限度地減小入口流體對(duì)分離器的沖擊，同時(shí)氣液初步進(jìn)行分離，見(jiàn)圖1。

氣相上升聚集在分離器的頂部，液相在分離器的中下段流經(jīng)入口分離擋板，進(jìn)入油水分離填料，液體不斷改變方向的流道增加了流體與填料的接觸面積。填料對(duì)液體產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞和吸附作用，使小液滴通過(guò)碰撞變成大液滴，在重力作用下，水滴下沉，油滴上浮，達(dá)到油水分離的目的。分離后的氣體流經(jīng)出口處捕霧網(wǎng)，進(jìn)一步除去氣體中攜帶的小液滴后從管線排出。分離后的油相流過(guò)堰板后聚集在一起，聚集后的油相區(qū)和水相區(qū)底部是出口管線，在出口管線處有破渦流裝置，避免形成渦流破壞油水界面。

1.2 電脫水器脫水

在現(xiàn)有的技術(shù)中，電脫水器的電場(chǎng)技術(shù)可分為3種：交流(AC)、直流(DC)、交直流(AC/DC)。國(guó)內(nèi)自營(yíng)油田普遍采用的是交直流形式的電脫水器。工作過(guò)程為：來(lái)自電脫水供給泵的原油從電脫水器下部的原油進(jìn)口流入，經(jīng)原油分布管進(jìn)行初分配，再經(jīng)過(guò)設(shè)置在容器底部的原油分配器進(jìn)行再分配，進(jìn)入容器的原油均勻分布在容器同一水平面上，原油在容器底部形成一個(gè)均勻的上升界面。原油在上升過(guò)程中首先進(jìn)入交流弱電場(chǎng)，原油中的游離水被脫出，然后進(jìn)入交變?nèi)蹼妶?chǎng)，原油中的水滴振蕩并聚集，在此過(guò)程中可脫除大部分較大的水滴。然后原油繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入直流強(qiáng)電場(chǎng)，原油中的較小乳化水滴在強(qiáng)電場(chǎng)作用下極化，由于電極板垂直分布，偶極化的水滴在直流電廠中受力不平衡，在電場(chǎng)的作用下向臨近的極板運(yùn)動(dòng)，抵達(dá)極板而獲得電荷后，向相反極性板加速運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中水滴碰撞聚結(jié)，當(dāng)水滴變得足夠大時(shí)，其重力使水滴沉降于罐的底部。經(jīng)直流電場(chǎng)脫除小水滴后，達(dá)到脫水指標(biāo)的原油，經(jīng)容器頂部的集油管收集后流出電脫水器[2-4]，見(jiàn)圖2。

圖2 電脫水器結(jié)構(gòu)

電脫水器的脫水形式主要分為3種：電泳聚結(jié)；偶極聚結(jié)；振蕩聚結(jié)。交直流電脫水器就是把這3種聚結(jié)方式聯(lián)合在一起進(jìn)行聚結(jié)脫水[5]。

1.3 化學(xué)藥劑破乳脫水

破乳劑的破乳過(guò)程一般分為 3個(gè)階段: ①破乳劑加入原油乳狀液后,讓它分散在整個(gè)油相中, 并能進(jìn)入被乳化的水珠上；②破乳劑滲入到乳化水珠的保護(hù)層, 并使保護(hù)層脆弱變皺破壞, 保護(hù)層破壞后, 被乳化的水珠互相接近并接觸；③水珠聚結(jié), 被乳化的水珠從連續(xù)相分離出來(lái)[6]。

2 影響油水分離質(zhì)量的問(wèn)題

經(jīng)原油處理系統(tǒng)處理后的原油的含水量要達(dá)到0.5%以下，在此期間必須啟動(dòng)電脫水器進(jìn)行油水分離。當(dāng)油田進(jìn)行鉆完井作業(yè)、修井作業(yè)以及酸化作業(yè)等增產(chǎn)措施，使大量不同種類(lèi)的表面活性劑進(jìn)入油田采出液中，形成復(fù)雜的乳化液，對(duì)流程沖擊大，增加了脫水難度，主要表現(xiàn)在電脫水器頻繁跳電、外輸原油超標(biāo)和污水處理困難，使現(xiàn)場(chǎng)工人在處理流程時(shí)身心疲憊，如果處理不及時(shí)會(huì)造成下游流程的核桃殼過(guò)濾器等設(shè)備受到污染、外排超標(biāo)、污水回注不合格，甚至?xí)?duì)環(huán)境造成污染或引發(fā)回注的地層堵塞等嚴(yán)重后果。

3 解決措施

通過(guò)對(duì)工藝流程進(jìn)行改造，在借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和研發(fā)而形成的新技術(shù)，可以有效解決上述問(wèn)題。

此技術(shù)是在原有技術(shù)的工藝流程和原理的基礎(chǔ)上，在二級(jí)分離器處增加了電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)，通過(guò)工藝流程改造把電脫水器的水相管線跟二級(jí)分離器油相入口管連接，使不合格的生產(chǎn)污水(含有很多的乳化液)進(jìn)入二級(jí)分離器，增加乳化液反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)行油水分離，提高分離效果，避免不合格的生產(chǎn)污水(含有很多的乳化液)進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，對(duì)污水處理系統(tǒng)的設(shè)備造成污染，使污水系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下，也能夠保證外排合格，避免環(huán)境污染[7]。

電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)所采取的技術(shù)方法是：將電脫水器的水相出口與二級(jí)分離器油相入口管線相連接，形成含油污水回流管路，在含油污水回流管路上裝有第一閥組，在含油污水排放管路上裝有第二閥組。當(dāng)電脫水器排出的生產(chǎn)污水不合格時(shí)，使其回流到二級(jí)分離器進(jìn)行重新處理；當(dāng)電脫水器排出的生產(chǎn)污水合格時(shí)，則使其進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，見(jiàn)圖3。

為能進(jìn)一步了解本電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲舉以下實(shí)施例并配合圖3說(shuō)明如下。

第一閥組包括第一單流閥6、第一遙控電磁閥1-2、第一旁通球閥1-4、位于第一遙控電磁閥一側(cè)的第一手動(dòng)球閥1-1和位于第一遙控電磁閥另一側(cè)的第二手動(dòng)球閥1-3。

第二閥組包括第二遙控電磁閥2-2、第二旁通球閥2-4、位于第二遙控電磁閥一側(cè)的第三手動(dòng)球閥2-1和位于第二遙控電磁閥另一側(cè)的第四手動(dòng)球閥2-3。通過(guò)第一閥組和第二閥組可在生產(chǎn)污水處理過(guò)程中便于遙控和手動(dòng)流程切換。

正常操作狀態(tài)：第一手動(dòng)球閥1-1、第二手動(dòng)球閥1-3、第三手動(dòng)球閥2-1、第四手動(dòng)球閥2-3為常開(kāi)狀態(tài)；第一旁通球閥1-4、第二旁通球閥2-4為常關(guān)狀態(tài)。

生產(chǎn)污水合格時(shí)，第二遙控電磁閥2-2打開(kāi)，第一遙控電磁閥1-2關(guān)閉，使生產(chǎn)污水進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)。

生產(chǎn)污水不合格時(shí)，第一遙控電磁閥1-2打開(kāi)，第二遙控電磁閥2-2關(guān)閉，使生產(chǎn)污水進(jìn)入二級(jí)分離器重新處理。

閥門(mén)操作的原則是先開(kāi)后關(guān)。

工作原理為：當(dāng)電脫水器3的水相出口排出的污水不合格時(shí)，第一遙控電磁閥1-2打開(kāi)，第二遙控電磁閥2-2關(guān)閉。此時(shí)，不合格的污水通過(guò)與電脫水器水相排出管路連通的含油污水回流管路8進(jìn)入二級(jí)分離器4繼續(xù)進(jìn)行處理，直至達(dá)標(biāo)。生產(chǎn)水處理達(dá)標(biāo)后，第一遙控電磁閥關(guān)閉，第二遙控電磁閥打開(kāi)，生產(chǎn)水處理系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

此技術(shù)解決了電脫水器頻繁跳電、外輸原油超標(biāo)和污水處理困難等問(wèn)題，并獲得國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利，具備以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1)通過(guò)流程的優(yōu)化可以保證原油脫水的質(zhì)量，節(jié)省了原油的運(yùn)輸成本。

2)保證了污水脫油過(guò)程中生產(chǎn)水流程的正常運(yùn)作，避免了污水處理設(shè)備(斜板、核桃殼過(guò)濾器等)被高含油污水污染。

3)優(yōu)化了工藝流程，通過(guò)電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)將含油污水直接轉(zhuǎn)入工藝流程，比傳統(tǒng)的電脫轉(zhuǎn)閉排、閉排轉(zhuǎn)流程的工藝處理方法更安全，操作起來(lái)比傳統(tǒng)的工藝處理方法更簡(jiǎn)單，無(wú)需將乳化液頻繁打入閉排罐，減小現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作量，使現(xiàn)場(chǎng)工人在人性化的工作條件下工作。

4)在污水脫油的過(guò)程中，使生產(chǎn)水中的油達(dá)到最大的回收，避免了浪費(fèi)。

5)在污水回注過(guò)程中避免地層堵塞或者使污水外排的含油量降低。

采用此技術(shù)方案，能確保電脫水器的正常運(yùn)行，并使其油相排出口含水達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)油氣田開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，樹(shù)立公司履行社會(huì)環(huán)保責(zé)任的良好形象。

[1] 肖蘊(yùn),趙軍凱,許濤,等.原油電脫水器技術(shù)進(jìn)展[J].石油化工設(shè)備，2009(6):49-53.

[2] 王春升.淺談原油電脫水器的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)海上油氣(工程),1998(5):14-18.

[3] 王鳳巢,張建,崔景亭.高頻脈沖電脫水機(jī)理淺析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),1998(3):36-37.

[4] 楊思明.蓬萊19-3油田原油脫水方案研究——電脫水器與離心機(jī)的比選[J].中國(guó)海上油氣(工程),2002(5):13-17.

[5] 馬健偉.電脫水器垮電場(chǎng)原因分析及解決措施[D].大慶石油學(xué)院,2005.

[6] 宋華,馬健偉,李金玲.原油靜態(tài)脫水參數(shù)的考察及破乳劑的影響[J].石油煉制與化工,2005(2):48-51.